酒精可燃與不可燃的臨界濃度探究

曹牧萱

摘 ?要：二十一世紀(jì)是一個(gè)需要海量能源作為發(fā)展支撐的時(shí)代，同時(shí)也是能源嚴(yán)重匱乏的時(shí)期，伴隨煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源儲(chǔ)備量大幅度縮減，人們開始將目光轉(zhuǎn)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(fā)潛力。基于此，本文將主要針對(duì)酒精可燃與不可燃臨界濃度展開探究。

關(guān)鍵詞：酒精;臨界濃度;可燃;非可燃

引言：

我在學(xué)習(xí)過程中對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)有著濃厚的興趣，高一時(shí)就產(chǎn)生了研究酒精可燃濃度的想法，后來(lái)慢慢找時(shí)間做了實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)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(duì)實(shí)驗(yàn)酒精溶液濃度進(jìn)行多次改變，對(duì)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，最終較精確地得出酒精溶液燃燒的臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.25%。質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(wú)疑是一種能源浪費(fèi)，如若采取適當(dāng)?shù)拇胧┐偈蛊滟|(zhì)量分?jǐn)?shù)比臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)得到提升，便能夠通過乙醇溶液中進(jìn)行新燃燒。

一、酒精內(nèi)涵

酒精專業(yè)稱呼為乙醇，其在常溫與常壓下易燃燒，并且會(huì)揮發(fā)無(wú)色透明狀液體，不具備較高毒性，純粹液體狀態(tài)下人體不得直接飲用，具有特殊香味，同時(shí)帶有一定刺激性。其所產(chǎn)生的蒸汽可與空氣相結(jié)合，成為具有爆炸性的混合物質(zhì)，密度為（d15.56）0.816。酒精在人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中應(yīng)用范圍極為廣泛，可用于醋酸、飲料、香精、燃料、染料等制造當(dāng)中，并且其也經(jīng)常以70%至75%體積分?jǐn)?shù)用于醫(yī)療、消毒。另外，酒精與二甲醚之間相互為官能團(tuán)異構(gòu)體^[1]。

二、物理性質(zhì)

酒精分子量為46.07，熔點(diǎn)為-114攝氏度，沸點(diǎn)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(xué)性質(zhì)

首先，酒精能夠與金屬鈉相互反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，但反應(yīng)無(wú)法超越金屬鈉與水的反應(yīng)，反應(yīng)公式為2CH₃CH₂OH+2Na→2CH₃CH₂ONa+H₂↑。其次，酒精催化氧反應(yīng)為2CH₂CH₂HO+O₂→2CH₃CHO+2H₂O，其反應(yīng)條件為需在Cu或Ag作為催化劑作用情況下進(jìn)行加熱。

四、實(shí)驗(yàn)探究

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本文主要目標(biāo)在于找尋酒精可燃與不可燃臨界點(diǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（二）實(shí)驗(yàn)用品

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.7%酒精溶液，其余所需用品為蒸餾水、兩個(gè)5毫升小燒杯、十毫升量筒一個(gè)、膠頭滴管兩個(gè)、玻璃棒、火柴、鑷子、溫度計(jì)、濕抹布等。

（三）實(shí)驗(yàn)原理

酒精溶液在一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)作用下能夠在空氣中發(fā)生燃燒現(xiàn)象，形成火焰為淡藍(lán)色，同時(shí)生成二氧化碳和水，本文公式為。

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

首先，使用5毫升量筒取4克酒精，酒精質(zhì)量需為99.7%，確保其在二十?dāng)z氏度時(shí)密度能夠達(dá)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(nèi)點(diǎn)燃。接著對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行觀察并謹(jǐn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，即為4克酒精。接著將上述50%酒精在小燒杯中點(diǎn)燃，若發(fā)生燃燒現(xiàn)象，再繼續(xù)配置酒精，此次配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，隨后重復(fù)第一步與第二步。若酒精無(wú)法燃燒，便需配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25+0.5/2=37.5%的酒精，隨后同樣重復(fù)第一步與第二步，如此反復(fù)，直至得出酒精燃燒條件臨界點(diǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（五）實(shí)驗(yàn)要求

在對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)酒精溶液配制過程當(dāng)中，需為酒精質(zhì)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(dāng)中，同時(shí)將室內(nèi)溫度控制在二十?dāng)z氏度之內(nèi)。另外，出于對(duì)局部燃燒對(duì)溫度造成差異這一情況的考慮，在點(diǎn)燃酒精溶液時(shí)必須在小燒杯當(dāng)中進(jìn)行，并且保證室內(nèi)不通風(fēng)，從而規(guī)避局部水蒸發(fā)，令酒精質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升這一現(xiàn)象。

（六）數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過試驗(yàn)后所得數(shù)據(jù)具體內(nèi)容如表一。t=19.8攝氏度，所得結(jié)果公式如下

五、試驗(yàn)結(jié)論與誤差分析

（一）結(jié)論

經(jīng)由上述數(shù)據(jù)可以看出，酒精可燃與不可燃臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.04%。

（二）誤差分析

通過上述數(shù)據(jù)，本文所使用蒸餾水為實(shí)驗(yàn)室提供，其密度為1.2g/cm³，但是在實(shí)際當(dāng)中，其密度可能略大于這一數(shù)值。另外，由于酒精屬于易揮發(fā)物質(zhì)，因此在試驗(yàn)過程當(dāng)中所量取酒精會(huì)有少量揮發(fā)，因此，在實(shí)際配制酒精溶液過程當(dāng)中，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)要略低于理論數(shù)值。

結(jié)束語(yǔ)：

綜合上文所示，雖然其他不可燃酒精不可燃，但是其內(nèi)部仍存有一定酒精，若直接舍棄便是一種對(duì)資源的浪費(fèi)，如若在其中加入一定程度氧化鈣，隨后對(duì)酒精進(jìn)行蒸出，亦或使用恰當(dāng)措施促使其臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量值達(dá)到移動(dòng)程度，也能夠促使其燃燒，這一結(jié)論能夠促使資源得到更好利用的同時(shí)，最大程度地節(jié)約資源，對(duì)于我國(guó)社會(huì)資源緊缺問題的解決擁有較大實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

[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(guī)律研究[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，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(shí)驗(yàn)[J]. 爆炸與沖擊，2009（06）：659-664.