周軍華谷物燃燒熱的測定研究

1、題 目： 谷物燃燒熱的測定研究 姓 名： 周軍華 學 號： 200913010014 系 別： 化學系 專 業(yè)： 應用化學 年級班級： 2009應用化學 指導教師： 馮彩婷 年 月 日目 錄摘要3引言41實驗部分51.1儀器與試劑51.2實驗原理51.3實驗內容62燃燒熱測定條件的研究72.1樣品處理對燃燒熱的影響72.2樣品量對燃燒熱測定的影響72.3氧氣壓力的選取82.4熱交換對燃燒熱測定的影響82.5其他因素對燃燒熱測定的影響93實驗數據及處理93.1數據的處理依據93.2樣品測試的數據記錄及處理93.3影響實驗誤差的因素分析123.4實驗中的注意事項124結論13參考文獻13致謝15谷

2、物燃燒熱的測定研究摘 要：本實驗采用傳統(tǒng)方法氧彈燃燒法測定四種谷物的燃燒熱值。在氧氣壓力2.4mpa左右、樣品量1克左右、壓片狀態(tài)下，進行完全燃燒。并用計算機用雷諾圖校正法對實驗數據進行處理，得到水溫的變化值，進而計算四種谷物的燃燒。谷物的燃燒熱測定在一些營養(yǎng)雜志及報刊上尚未見報道，利用量熱法對谷物的燃燒熱進行試驗測定，實驗原理可靠，儀器簡便，容易操作，能夠完全燃燒。該數值的測定能為人們的膳食結構和谷物種類的食用提供一個科學依據。關鍵詞：氧彈量熱計 ；谷物（大米、小米、玉米、小麥）；燃燒熱determination of the heat of combustion of cerealsabs

3、tract：in this study，using the traditional method of determination of oxygen bomb combustion heat of combustion of four kinds of cerealthe oxygen pressure of about 2.4mpa，about 1 gram of sample volume, compression state，for complete combustionand use a computer with reynolds fig experimental data cor

4、rection method，to give the water temperature change value，then calculate four kinds of grain burningdetermination of the heat of combustion of grain nutrition in some magazines and newspapers have not been reported，the use of calorimetry for cereals tests to determine the heat of combustion，reliable

5、 experimental principle，the instrument is simple，easy to operate，can be completely burneddetermination of the number of meals for people to structure and types of food grains to provide a scientific basiskey words：oxygen bomb calorimeter；cereals (rice, millet, corn, wheat) ；heat of combustion引言谷類主要是

6、指禾本科植物的種子。五谷主要包括稻米、小麥、玉米等，是人們日常生活的主要食物，為人類提供了50%80%的熱能、40%70%的蛋白質、60%以上的維生素b1。谷類可因種類、品種、產地、生長條件和加工方法的不同，其營養(yǎng)素的含量有很大的差異1。 谷類含蛋白質在8-12%之間，因谷粒外層蛋白質較里層含量高，因此，精制的大米和面粉因過多的去除外皮，使蛋白質含量較粗制的米和面低。例如，整粒稻米蛋白質生理價值為72.7，而精白米的蛋白質生理價值降為66.2。谷類蛋白質中賴氨酸、苯丙氨酸和蛋氮酸含量較低。尤其是小米和面粉中賴氨酸最少。玉米中既缺乏賴氨酸又缺乏色氨酸。因此，應將多種糧食混合食用或將谷類與動物性食

7、物混合食用，以提高谷類蛋白質的生理價值。 谷類脂肪含量較少，約2%，但玉米和小米可達到4%,主要存在于糊粉層及谷胚中。大部分為不飽和脂肪酸，還有少量磷脂。胚芽油中含有較多的維生素e，有抗氧化作用。 谷類中含碳水化物不但量多(約70-80%)，而且大部分是淀粉。谷類的淀粉按其分子結構分為直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種，由于二者的溶解度、粘度、易消化程度的差別，以及在不同谷類中所占的比例不同，就直接影響它們的加工特點與食用風味。谷類碳水化物的利用率較高，在90%以上，是人體熱能的主要來源。 谷類是b族維生素的重要來源，其中維生素b1、b2和尼克酸較多。小米、玉米中含有胡蘿卜素。谷類胚芽中含有較多量的維生素

8、e，這些維生素大部分集中在胚芽、糊粉層和谷皮里。因此，精白米、面中維生素含量很少，。谷類的無機鹽的含量為1.5%左右，其中主要是磷和鈣。此外，還含有較多的鎂。谷類的無機鹽也大都集中在谷皮和糊粉層，粗制的米和面由于保留了部分軼皮，無機鹽的含量較精制的高。谷類所含的鈣和磷，絕大部分以植酸鹽形式存在，植酸鹽不易為機體吸收利用。據一國外學者研究，谷類中含有植酸酶，可分解植酸鹽釋放出游離的鈣和礴，增加鈣、確的利用率。該植酸酶在55 攝氏度環(huán)境下活性最強，當米、面在經過蒸、煮或焙烤時，約有60%的植酸鹽可水解而被吸收利用。 燃燒熱的測定是高等院校物理化學實驗中的一個重要實驗，在工業(yè)生產中有著重要的用途。燃

9、燒熱是指物質與氧氣進行完全燃燒時所放出的熱量。它一般用單位物質的量、單位質量或單位體積的燃料燃燒時放出的能量計量。燃燒反應通常是烴類在氧氣中燃燒生成二氧化碳、水并放熱的反應,。燃燒熱可以用彈式量熱計測量，也可以直接查表獲得反應物、產物的生成焓再相減求得，本實驗采用量熱法測定谷物的燃燒熱。量熱法,是熱力學試驗的一個基本方法，通過采用已知燃燒熱值的苯甲酸作為標準物來測定水和量熱計當量i，然后在測定一定量的谷物是量熱計升高的溫度與i的乘積，計算出該谷物的熱值，單位可用kj/kg或j/g.人體所需要的熱能來源是食物中的碳水化合物、脂肪、蛋白質。這些營養(yǎng)在體內氧化過程與在體外燃燒有類似之處，但由于其最終

10、產物不同，所釋放的熱能并不完全相同。用傳統(tǒng)方法氧彈量熱法,測定谷物的燃燒熱，并用現(xiàn)代計算機技術進行數據處理，目的在于提供每克谷物能在體外釋放的熱能，為人們的膳食結構和谷物種類的食用提供一個科學依據。1實驗部分1.1儀器與試劑儀器：氧彈式量熱計（上海儀器廠gr3500)； 氧彈；壓片機；分析電子天平；氧氣鋼瓶 ；容量瓶；燒杯試劑：苯甲酸 ；樣品：谷物（大米、小米、玉米、小麥，都是去皮的）1.2實驗原理1mol物質完全燃燒時的熱效應稱為燃燒熱。所謂的完全燃燒指的是cco2(氣)、h2h2o(液)、sso2 (氣)等。恒容條件下測得的燃燒熱稱為恒容燃燒熱(qv)，在不做非體積功的條件下:qv=u;恒

11、壓條件下的燃燒熱叫恒壓燃燒熱(qp),同樣在不做非體積功的情況下：qp= h。qp與qv間的關系: qp=qv +nrt (1) 式中an為產物氣體物質的量之和與反應物氣體物質的量之和之差.r為摩爾氣體常數；t為反應的熱力學溫度。在量熱計中測得的燃燒熱為恒容燃燒熱。 本實驗由于谷物是混合物。無法準確寫出其對應的燃燒反應方程式，所以只給出谷物的恒容燃燒熱。在盛有定量水的容器中，放入內裝有一定量的樣品和氧氣的密閉氧彈，然后使樣品完全燃燒，放出的熱量傳給水及儀器 ，引起溫度上升。若已知水量為w克，儀器的水當量為w(量熱計每升高1度所需的熱量)。而燃燒前后的溫度為t0和tn。則m克物質的燃燒熱q=(c

12、w+w)( tn- t0) （2）若水的比熱為1（c=1）,摩爾質量為m的物質，其摩爾燃燒為：q=m/m(w+ w)( tn- t0) （3）水當量ww的求法是用已知燃燒熱的物質（如本實驗用苯甲酸）放在量熱計中燃燒，測其始、末溫度，按式（3）求w。一般因每次的水量相同，(w+ w)可作為一個定值（i）來處理。故q=m/m(i) ( tn- t0) (4)由于物質在燃燒的過程中，除它本身放熱外，燃燒絲、棉線以及氧氣中含有的少量含氮物質的氧化也會放出熱量，這三部分熱量之和等于量熱計升高t溫度時所需的熱量,故這部分熱對實驗的影響應予以排除。1.3實驗內容1.3.1樣品的壓片、稱量稱取于燥的苯甲酸樣品

13、0.8克左右，用壓片機將其壓制成密度適中的圓片，再用電子天平準確稱取樣。1.3.2點火絲的安裝品圓片的質量(精確至0.0001)，將樣品圓片放入氧彈的燃燒匙內。剪取長約6cm的金屬鎳絲作為點火絲，然后將點火絲兩端周定在兩個電極柱上，用棉線連接點火絲，并把樣品原片壓在棉線上，以方便燃燒。1.3.3氧彈充氧保持氧彈內干燥潔凈，擰緊氧彈蓋，然后由進氣管緩緩向氧彈中充人氧氣，直至氧彈內的壓力為2.4mpa左右，并檢查氧彈的氣密性。1.3.4量熱計的安裝將氧彈放人內筒中的氧彈座架上，再向內筒中加人2500ml自來水，并調節(jié)內筒中的水溫比外筒(水套)低1.0左右。接上點火導線，并連接好控制箱上的所有電路導

14、線，蓋上膠木蓋，將測溫傳感器插入內筒中。1.3.5溫度的測量打開量熱計的電源和攪拌開關，待馬達運轉2min3min后，每隔0.5min讀取水溫一次。當內筒中的水溫變化均勻后，直至連續(xù)五次水溫有規(guī)律微小變化，按下“點火”開關，當數字顯示明顯升溫時，表示樣品已燃燒。樣品燃燒后，水溫很快上升，每隔0.5min記錄溫度一次，當溫度讀數連續(xù)5個微小變化時，停止實驗。并認真記錄實驗數據。1.3.6樣品燃燒情況的檢查停止攪拌，打開量熱計蓋，取出內筒和氧彈，用放氣閥放掉氧彈內的余氣，擰開氧彈并觀察，若苯甲酸樣品燃燒完全，表示實驗成功。改變苯甲酸的用量，再測三次苯甲酸的燃燒熱。1.3.7谷物燃燒熱的測定按照苯甲

15、酸燃燒熱的測定方法，測定大米、小米、玉米、小麥等四種谷物的燃燒熱，每種谷物測量四次。2燃燒熱測定條件的研究2.1樣品處理對燃燒熱的影響對樣品的前期處理有三種選擇；用膠囊作載體、用濾紙包裹、壓片。膠囊做載體做空白實驗燃燒產生黑色物質，影響谷物是否完全燃燒的觀測，膠囊作載體不是最佳選擇，濾紙包裹和壓片分別燃燒基本沒有區(qū)別，而且濾紙包裹還會額外引入濾紙燃燒的熱量，造成數據不準確，實驗證明：壓片是做該實驗的最佳選擇。2.2樣品量對燃燒熱測定的影響樣品用量太多會使樣品不能完全燃燒，造成實驗失??；樣品用量太少，雖然能夠完全燃燒，但是使內筒水溫升高太少，誤差較大。實驗證明1g左右的谷物樣品在本實驗室條件下能

16、使樣品較為完全的燃燒且能夠使外部環(huán)境（2500ml水）升高1攝氏度左右，符合實驗要求。2.3氧氣壓力的選取在1g左右夫人樣品條件下，實驗證明在氧氣壓力2.2mpa-2.4mpa條件下能夠完全燃燒，壓力太低會不完全燃燒，實驗失?。粔毫μ邥煅鯕獾睦速M。2.4熱交換對燃燒熱測定的影響 本實驗成功的關鍵首先是樣品的完全燃燒； 其次，還必須使燃燒后放出的熱量盡可能全部傳遞給量熱計本身和其中盛放的水，而幾乎不與周圍環(huán)境發(fā)生熱交換的損失雖然該實驗裝置對避免體系和環(huán)境之間的熱交換進行了專門設計，但是，量熱計及儀器的散熱損失仍然無法完全避免；另外，還有周圍環(huán)境向量熱計輻射進熱量而使其溫度升高增加了熱量來源，

17、也可以由量熱計向周圍環(huán)境輻射出熱量，而使量熱計的溫度降低，造成了熱量損失因此，燃燒前后溫度的變化值不能直接準確測量，必須經過作圖校正法(該法常稱為雷諾圖校正法)進行處理，校正的方法如下：取適量待測物質樣品燃燒后使量熱計中的水溫升高，將燃燒前后每次觀測到的水溫記錄下來，并繪圖，連成abcd 線(如，圖1)圖中b點相當于開始燃燒之后，c點為觀測到的最高溫度讀數點，由于量熱計和外界的熱量交換，曲線ab及cd常常發(fā)生傾斜取b點所對應的 溫度t ，c點對應的溫度t：，其平均溫度 (t +tn)2為t，經過t點作橫坐標的平行線to， 與折線abed相交于o點，然后過o點作垂直線 ab，此線與ab曲線過b點

18、的切線和cd曲線過c點的切線的延長線交干e、f兩點， 則e點和f點所表示的溫度差即為欲求溫度的升高值t如圖1所示，ee表示環(huán)境輻射進來的熱量所造成量熱計溫度的升高，這部分是必須扣除的， 而ff 表示量熱計向環(huán)境輻射出熱量而造成量熱計溫度的降低，因此這部分必須加上經過校正后的溫度差比較真實地反映了樣品燃燒使量熱計溫度升高的數值。時間/min溫度/圖1 苯甲酸第一組實驗數據進行的雷諾溫度曲線校正圖2.5其他因素對燃燒熱測定的影響在不放入樣品的條件下，燃燒絲，棉線以及含氮物質燃燒產生的熱量q其他，通過測定記錄數據，并經過雷諾圖的校正，是周圍環(huán)境升高的溫度可忽略不計，對該實驗視為沒有影響。3實驗數據及

19、處理3.1數據的處理依據把已知燃燒熱的苯甲酸作為標準物質，測定水及量熱計熱當量。根據空白試驗和苯甲酸燃燒試驗所測數據，按照公式：q=m/m(i) ( tn- t0) (4) 進行計算，測得水和量熱計熱當量i根據四種谷物所測數據及水和量熱計的熱當量平均值i.按照公式：q=m/m(i) ( tn- t0) (4)計算,求燃燒熱并計算標準偏差。3.2樣品測試的數據記錄及處理 表1列出了室溫下樣品測試的基本參數，表2列出了標準物質和樣品的測試數據和處理結果。苯甲酸1苯甲酸2苯甲酸3空白實驗1空白實驗2空白實驗3大米實驗1大米實驗2大米實驗30.73730.80950.69570.00000.00000

20、.00000.9390.9170.8974小米實驗1小米實驗2小米實驗3玉米實驗1玉米實驗2玉米實驗3小麥實驗1小麥實驗2小麥實驗30.8351.0730.97951.05421.09711.16251.1360.9521.047表1 樣品測試的基本參數（質量/g）苯甲酸1苯甲酸2苯甲酸3空白實驗1空白實驗2空白實驗3大米實驗1大米實驗2大米實驗322.3722.3122.1222.1522.2522.3121.9922.1822.2622.5922.3622.1622.1522.2522.3122.0122.1922.3122.8522.5422.322.1622.2522.3122.122

21、2.4522.4723.122.7622.4722.1622.2622.3122.4522.6222.6623.2122.9822.6422.1622.2622.3122.5622.7222.7823.323.1722.7822.1622.2622.3122.6322.7922.8823.3723.2522.922.1722.2622.3122.6922.8522.9423.4323.3922.9822.1722.2622.3122.7322.922.9923.4823.4623.122.1722.2622.3222.7622.9423.0323.5223.5123.1322.1722.262

22、2.3222.7922.9823.0923.5623.5623.1922.1722.2622.3222.822323.1223.5823.6123.2222.1722.2622.3222.8423.0223.1523.6123.6623.2422.1722.2622.3222.8823.0423.1723.6323.723.2622.1822.2622.3222.923.0623.1923.6523.7223.2822.1822.2722.3222.9123.0823.2123.6723.7423.2922.1822.2722.3222.9223.0923.2323.6923.7523.322

23、.1822.2722.3222.9423.123.2523.723.7623.3222.1822.2722.3222.9623.1223.2623.7123.7823.3322.1822.2722.3222.9723.1323.2723.7223.7923.3322.1822.2722.3222.9823.1423.2823.7423.823.3422.1822.2722.3222.9923.1523.2923.7523.8123.3422.1822.2722.322323.1623.323.7623.8223.3522.1822.2722.3223.0123.1723.3123.7723.8

24、323.3522.1822.2722.3223.0223.1823.3223.7723.8423.3622.1822.2722.3223.0323.1923.33t/()1.281.391.120000.880.840.86qv(kj/g)-13.487512.089112.8079平均值-12.7948表2 樣品測試結果（溫度/）小米實驗1小米實驗2小米實驗3玉米實驗1玉米實驗2玉米實驗3小麥實驗1小麥實驗2小麥實驗321.922.2422.4721.5922.3120.9521.3821.2421.472222.4922.4822.5922.3121.9521.3921.2421.4822

25、.1922.6922.622.722.3821.9621.5721.2521.622.3822.922.822.922.622.0621.6721.3821.8522.4822.9823.0723.1522.8922.2521.9421.5522.0822.5523.0723.1923.3123.0522.3822.1121.722.2222.623.1223.2623.3923.1322.5122.2921.8822.3222.6423.1823.3223.4723.2222.5922.392222.3922.6823.2523.3523.523.2822.6522.4422.0422.44

26、22.7123.2823.3923.5523.3322.6822.4822.0822.4922.7323.3123.4223.5923.3722.7222.5122.1322.5222.7523.3323.4523.6123.422.7322.5422.1722.5522.7723.3523.4623.6423.4422.7422.5722.222.5722.7823.3623.4823.6623.4722.7622.5822.2322.622.823.3823.523.6723.4822.7722.6122.2622.6222.8123.3923.5223.6923.522.7822.632

27、2.2822.6322.8223.4123.5423.723.5222.822.6422.322.6522.8323.4223.5523.7223.5322.8122.6522.3122.6622.8423.4323.5623.7323.5522.8222.6622.3222.6722.8623.4423.5823.7423.5722.8322.6722.3322.6822.8623.4523.5923.7523.5822.8422.6822.3522.722.8723.4623.5923.7623.5922.8522.6922.3622.722.8723.4723.623.7723.622.

28、8622.722.3622.7122.8823.4823.623.7823.6122.8722.7122.3822.7222.8823.4923.6123.7823.6122.8722.7222.3922.7321.922.2422.4721.5922.3120.9521.3821.2421.47t/()0.841.11.021.061.041.11qv(kj/g)14.158414.428214.65614.28515.009313.317415.610415.375114.9998平均值14.414214.203915.3284表2 樣品測試結果（溫度/）（續(xù)）表2測

29、試結果表明，在所測四種谷物中,大米的燃燒熱最小，小麥的燃燒熱最大。與實際情況符合，用氧彈燃燒法測定谷物的燃燒熱是可行和可靠的。3.3影響實驗誤差的因素分析 攪拌時有摩擦會使有熱量生成，會影響溫度的測定造成實驗誤差；燃燒不充分造成實驗誤差；攪拌太快則會易于和壁碰撞、損壞，熱量的散失的快，溫度降得快，不易控制好，若是太慢則是使水中的熱量漸損失到空氣中，都會造成實驗誤差；內筒水溫要有適宜的差值；以及熱交換損失等。3.4實驗中的注意事項 引火絲與試樣要緊密接觸但不能碰到燃燒皿（防點火失敗短路）。電極也是不能碰到燃燒皿而且兩電極不能靠近（以防短路）；樣品樣品需要干燥，且壓片壓力要適當，壓得太緊，點火后難

30、以燃燒；太松，容易脫落。4結論本實驗研究結果表明：該實驗操作簡便、快速, 易于掌握。用計算機作雷諾圖校正所得數據準確, 避免了手工繪圖引起的誤差, 同時也提高了數據處理的精度和效率。通過用計算法處理數據不僅能夠讓學生獲得準確的化學反應熱力學參數, 降低了數據處理難度, 節(jié)約了時間, 更重要的是將計算機應用于化學實驗中,對燃燒熱實驗數據處理進行了新的嘗試, 是處理燃燒熱的測定實驗數據的有效方法。這種計算方法能夠較為準確采集和處理數據, 可成為燃燒熱測定實驗中較為理想的量熱分析方法, 有廣泛的實際應用價值。參考文獻1 陳學存，趙法仍營養(yǎng)調查手冊m北京：人民衛(wèi)生出版社，1987222 李耀階，等青海

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