原煤樣燃燒熱的測定研究

趙 明 楊 聲 李芳蓉 孫永軍 劉鳳霞

(定西師范高等?？茖W(xué)校，甘肅 定西 743000)

原煤樣燃燒熱的測定研究

趙 明 楊 聲 李芳蓉 孫永軍 劉鳳霞

(定西師范高等?？茖W(xué)校，甘肅 定西 743000)

利用XRY-1A型氧彈式燃燒儀的原理和裝置，通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸對儀器的水當(dāng)量W’的測定，計算得原煤樣的燃燒熱。實驗結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸和原煤樣均能燃燒完全，燃燒成功率達98%；雷諾校正圖處理后，原煤樣的燃燒熱為-17.91KJ/g（文獻值-26.54—-27.92KJ/g），較文獻值低。

原煤樣；燃燒熱；測定；雷諾校正圖

燃燒熱的測定是物理化學(xué)實驗教學(xué)中的一個基礎(chǔ)實驗[1]，也是科研和工業(yè)測定的重要手段。燃燒熱測定的影響因素較多，實驗結(jié)果誤差較大，實驗成功率較低。已報道一些提高實驗成功率的方法，是將點火絲壓入樣品片中[2-3]，但此方法點火絲容易被壓斷且燃燒成功率較低，增加了燃燒絲的長度，使實驗誤差增大。黃成等人[4-6]采取如圖1中a的安裝形式，取得較好效果。

本文選用XRY-1A型氧彈式燃燒儀，對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸和原煤樣進行了燃燒試驗，通過雷諾校正圖處理，計算出了原煤樣的燃燒熱，并與文獻值進行了比較，基本吻合。

圖1 點火絲的安裝示意圖Fig.1 The installation of ignition wire diagram

1、實驗部分

1.1 實驗原理

由熱力學(xué)第一定律可知：在不做非體積功情況下，恒容燃燒熱Qv=Δ U，恒壓燃燒熱Qp=Δ H。在氧彈量熱計中測得燃燒熱為Qv，而一般熱化學(xué)計算值為Qp，且Qp=Qv+Δ nRT。其中：Δ n為產(chǎn)物氣體物質(zhì)的量之和與反應(yīng)物氣體物質(zhì)的量之和之差；R為氣體常數(shù)；T為反應(yīng)的熱力學(xué)溫度。實驗中因為煤是混合物，無法準(zhǔn)確寫出其對應(yīng)的燃燒反應(yīng)方程式，所以只給出原煤樣的恒容燃燒熱Qv。圖2 為XYR-1A型氧彈式燃燒裝置示意圖。

1.2 儀器與試劑

儀器：XYR-1A型氧彈式燃燒設(shè)備1套，武漢格萊莫檢測設(shè)備有限公司；壓片機1臺；氧氣鋼瓶及減壓閥1套；扳手2只；臺枰1臺；電子天平1臺。

試劑：苯甲酸（A.R.），山東省棗莊市同泰維潤化工有限公司；原煤樣；點火絲（鎳）。

1.3 實驗步驟

（1）量熱計水當(dāng)量W’的測定。稱取烘干的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸（已壓片）0.4-0.8g左右，準(zhǔn)確稱量，將其裝入氧彈中。取約6cm長的點火絲，對折做成彈弓狀，兩端固定在電極上，點火絲兩端和電極接觸良好，用萬用電表檢查兩電極間電阻值。對折處緊密接觸樣品片上表面，兩端不碰到燃燒皿，不自身短路，點火時，接觸樣品片上表面的點火絲就一定會燃燒，從而引燃藥片。

（2）原煤樣燃燒熱的測定。將原煤壓片，烘干，準(zhǔn)確稱量，將其裝入氧彈中。按上述操作步驟測量恒容燃燒熱Qv。

圖2 XYR-1A型氧彈式燃燒裝置Fig.2 XYR-1 type oxygen bomb combustion devices

1.4 原煤樣燃燒熱的計算

根據(jù)Qm=M/m（W+W’）(T2-T1)求算煤樣的燃燒熱。其中：m為待測物質(zhì)的質(zhì)量（g）；Q m為待測物質(zhì)的恒容燃燒熱；(T2-T1))為待測物質(zhì)燃燒前后量熱計溫度變化（℃）；W’為儀器的水當(dāng)量，可通過苯甲酸（25時其比燃燒熱為-26460J·g-1）標(biāo)定。

2、結(jié)果與討論

2.1 量熱計水當(dāng)量的測定

（1）記錄苯甲酸點火前后溫度，繪制苯甲酸水溫-時間曲線（雷諾校正圖），見圖3。

表1 苯甲酸點火前溫度記錄Tab.1 Benzoic acid before ignition temperature record

表2 苯甲酸點火后溫度記錄Tab.2 Benzoic acid after ignition temperature record

圖3 苯甲酸水溫-時間曲線（雷諾校正圖）Fig.3 Benzoic acid water temperature-time curve(R enault correction plan)

數(shù)據(jù)分析：

a.實驗測得T2=19.953℃，T1=17.933℃，Δ T=2.020℃；由雷諾校正圖得T2=20.248℃，T1=18.246℃，Δ T=2.002℃。

b.絕對誤差Δ a=a-a真=|（20.248℃-18.246℃）-（19.953℃-17.933℃）|=|-0.018℃|=0.018℃；

相對誤差Δ a/ a真=0.018℃/2.020℃=0.009。

(2) 儀器的水當(dāng)量W’的計算。

將W=6000g，T2=20.248℃，T1=18.246℃，m=0.4707g，M(苯甲酸)=122g/m ol，苯甲酸（25時其比燃燒熱為-26460J·g-1）換算代入Q m=M/m（W+W’）(T2-T1)，求得W’=-6010.50g。

2.2 原煤樣燃燒熱的測定

(1)記錄原煤樣點火前后溫度，繪制原煤樣水溫-時間曲線（雷諾校正圖），見圖4。

表3 原煤樣點火前溫度記錄Tab.3 The raw coal sample before ignition temperature record

表4 原煤樣點火后溫度記錄Tab.4 The raw coal sample after ignition temperature record

表5 苯甲酸和原煤樣質(zhì)量及儀器溫度變化Tab.5 Benzoic acid, and quality of raw coal samples and instrument temperature change

圖4 原煤樣水溫-時間曲線（雷諾校正圖）Fig.4 The raw coal sample temperature-time curve(R enault correction plan)

數(shù)據(jù)分析：

a.實驗測得T2=20.987℃，T1=1 8.796℃，Δ T=2.1 91℃；由雷諾校正圖得T2=21.1 81℃，T1=18.968℃，Δ T=2.213℃。

b.絕對誤差Δ a=a-a真=|（21.181℃-18.968℃）-（20.987℃-18.796℃）|=0.022℃；

相對誤差Δ a/ a真=0.022℃/2.191℃=0.01。

(2) 原煤樣燃燒熱的計算。

將W’=-6010.50g，T2=21.181℃，T1=18.968℃，m=0.7845g，M(原煤)=12g/m ol，代入Q m=M/m（W+W’）(T2-T1)，求得Q m=-17.91KJ/g。

3、結(jié)論

本實驗采用XRY-1A型氧彈式燃燒儀的原理和裝置，確定了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸對儀器的水當(dāng)量W’，并對原煤樣的燃燒熱進行了測定計算。測定條件為：氧氣壓力1.8-2.2M Pa，樣品質(zhì)量0.4-0.8g左右，壓片燃燒。結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸和原煤樣均能燃燒完全，燃燒成功率達98%；雷諾校正圖處理后，原煤樣的燃燒熱為-17.91KJ/g（文獻值-26.54KJ/g—-27.92KJ/g），較文獻值低，這可能是在計算時對相關(guān)誤差未考慮完全導(dǎo)致的。

[1] 馮鳴, 梅來寶, 郭會明. 物理化學(xué)實驗[M]. 北京：高等教育出版社, 2008: 53-56.

[2] 劉巋, 石燕. 燃燒熱測定實驗改進探討[J]. 天水師范學(xué)院學(xué)報,2011, 31(5): 111-113.

[3] 王新紅, 戴兢陶, 吳秀紅. 燃燒熱測定實驗的改進措施[J]. 實驗室研究與探索,2012, 31(7): 236-237轉(zhuǎn)261.

[4] 黃成, 彭敬東. 燃燒熱測定實驗技術(shù)的改進 [J].西南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2013, 38(5): 169-172.

[5] 趙麗娜, 姜大雨, 劉春玲, 王秀艷. 3種自選煤樣燃燒熱的測定[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) ,2013, 34(5): 79-81.

[6] 趙愛娟, 馮彩婷, 周軍華. 谷物燃燒熱的測定研究[J]. 河南科學(xué),2014, 32(7): 1189-1192.

The raw coal sample determination of the heat of combustion research

Zhao M ing Yang Sheng Li Fang-rong Sun Yong-jun Liu Feng-xia
(Dingxi Teachers’ College of Gansu Province, Dingxi, 743000, China)

Using XRY - 1 type a principle and device of oxygen bom b com bustion type instrum ent, through standard m aterial benzoic acid to m easuring instrum ent of w ater equivalent W 'calculated heat of com bustion of coal sam ple. The experim ental results show that the standard m aterial benzoic acid and raw coal sam ple can com plete com bustion, burning the success rate of 98%; Renault correction chart after processing, the heat of com bustion of coal sam ple for -17.91KJ/g (the literature value of 26.54—27.92 KJ/g).

The raw coal sam ple; Heat of com bustion; Determ ination; Renault correction plan