酒精可燃與不可燃的臨界濃度探究
2020-11-02 02:18:58曹牧萱
學習周報·教與學 2020年37期
曹牧萱
摘 ?要：二十一世紀是一個需要海量能源作為發展支撐的時代，同時也是能源嚴重匱乏的時期，伴隨煤炭、石油、天然氣等傳統能源儲備量大幅度縮減，人們開始將目光轉移到酒精之上。作為一種新型能源，酒精有著不可估量的開發潛力。基于此，本文將主要針對酒精可燃與不可燃臨界濃度展開探究。
關鍵詞：酒精;臨界濃度;可燃;非可燃
引言：
我在學習過程中對于化學實驗有著濃厚的興趣，高一時就產生了研究酒精可燃濃度的想法，后來慢慢找時間做了實驗和驗證。本文主要以探究酒精溶液可燃與不可燃的臨界濃度為目的，通過利用二分法，對實驗酒精溶液濃度進行多次改變，對現象與實驗結果進行分析，最終較精確地得出酒精溶液燃燒的臨界質量分數為36.25%。質量分數低于36.25%的酒精溶液雖然不可燃，但其中仍然含有一定量的酒精，若將其棄去無疑是一種能源浪費，如若采取適當的措施促使其質量分數比臨界質量分數得到提升，便能夠通過乙醇溶液中進行新燃燒。
一、酒精內涵
酒精專業稱呼為乙醇，其在常溫與常壓下易燃燒，并且會揮發無色透明狀液體，不具備較高毒性，純粹液體狀態下人體不得直接飲用，具有特殊香味，同時帶有一定刺激性。其所產生的蒸汽可與空氣相結合，成為具有爆炸性的混合物質，密度為（d15.56）0.816。酒精在人們日常生活當中應用范圍極為廣泛，可用于醋酸、飲料、香精、燃料、染料等制造當中，并且其也經常以70%至75%體積分數用于醫療、消毒。另外，酒精與二甲醚之間相互為官能團異構體[1]。
二、物理性質
酒精分子量為46.07，熔點為-114攝氏度，沸點為78攝氏度，水溶性使其能夠與任意水分子混溶，例如乙醚、氯仿、甘油、甲醇等。密度為每20攝氏度789kg/m3，不具備較高黏稠度[2]。
三、化學性質
首先，酒精能夠與金屬鈉相互反應產生氫氣，但反應無法超越金屬鈉與水的反應，反應公式為2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑。其次，酒精催化氧反應為2CH2CH2HO+O2→2CH3CHO+2H2O，其反應條件為需在Cu或Ag作為催化劑作用情況下進行加熱。
四、實驗探究
（一）實驗目的
本文主要目標在于找尋酒精可燃與不可燃臨界點質量分數。
（二）實驗用品
質量分數為99.7%酒精溶液，其余所需用品為蒸餾水、兩個5毫升小燒杯、十毫升量筒一個、膠頭滴管兩個、玻璃棒、火柴、鑷子、溫度計、濕抹布等。
（三）實驗原理
酒精溶液在一定質量分數作用下能夠在空氣中發生燃燒現象，形成火焰為淡藍色，同時生成二氧化碳和水，本文公式為。
（四）實驗步驟
首先，使用5毫升量筒取4克酒精，酒精質量需為99.7%，確保其在二十攝氏度時密度能夠達到每厘米0.8克，即為5毫升酒精。然后，再將酒精溶液在小燒杯內點燃。接著對現象進行觀察并謹慎記錄。如若在上述條件下，酒精能夠燃燒，則再行配置酒精溶液，質量分數為50%，即為4克酒精。接著將上述50%酒精在小燒杯中點燃，若發生燃燒現象，再繼續配置酒精，此次配置質量分數為25%，隨后重復第一步與第二步。若酒精無法燃燒，便需配置質量分數為0.25+0.5/2=37.5%的酒精，隨后同樣重復第一步與第二步，如此反復，直至得出酒精燃燒條件臨界點質量分數。
（五）實驗要求
在對不同質量分數酒精溶液配制過程當中，需為酒精質量提供保障，并且確保所用于量取酒精的量筒與膠頭并未參與到量取蒸餾水步驟當中，同時將室內溫度控制在二十攝氏度之內。另外，出于對局部燃燒對溫度造成差異這一情況的考慮，在點燃酒精溶液時必須在小燒杯當中進行，并且保證室內不通風，從而規避局部水蒸發，令酒精質量分數提升這一現象。
（六）數據處理
經過試驗后所得數據具體內容如表一。t=19.8攝氏度，所得結果公式如下
五、試驗結論與誤差分析
（一）結論
經由上述數據可以看出，酒精可燃與不可燃臨界質量分數為35.04%。
（二）誤差分析
通過上述數據，本文所使用蒸餾水為實驗室提供，其密度為1.2g/cm3，但是在實際當中，其密度可能略大于這一數值。另外，由于酒精屬于易揮發物質，因此在試驗過程當中所量取酒精會有少量揮發，因此，在實際配制酒精溶液過程當中，其質量分數要略低于理論數值。
結束語：
綜合上文所示，雖然其他不可燃酒精不可燃，但是其內部仍存有一定酒精，若直接舍棄便是一種對資源的浪費，如若在其中加入一定程度氧化鈣，隨后對酒精進行蒸出，亦或使用恰當措施促使其臨界質量分數質量值達到移動程度，也能夠促使其燃燒，這一結論能夠促使資源得到更好利用的同時，最大程度地節約資源，對于我國社會資源緊缺問題的解決擁有較大實際意義。
參考文獻：
[1]金靜，王俊，張金專. 酒精在常見可燃地面材料燃燒痕跡特征規律研究[J]. 安全與環境學報，2017，17（004）：1339-1342.
[2]解立峰，李斌，沈正祥，等. 可燃液體爆燃特性及其抑制實驗[J]. 爆炸與沖擊，2009（06）：659-664.
