酒精可燃與不可燃的臨界濃度探究

曹牧萱

摘 ?要：二十一世紀是一個需要海量能源作為發(fā)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(tǒng)能源儲備量大幅度縮減，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?；诖?，本文將主要針對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：

我在學習過程中對于化學實驗有著濃厚的興趣，高一時就產(chǎn)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(xiàn)象與實驗結(jié)果進行分析，最終較精確地得出酒精溶液燃燒的臨界質(zhì)量分數(shù)為36.25%。質(zhì)量分數(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，若將其棄去無疑是一種能源浪費，如若采取適當?shù)拇胧┐偈蛊滟|(zhì)量分數(shù)比臨界質(zhì)量分數(shù)得到提升，便能夠通過乙醇溶液中進行新燃燒。

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，并且會揮發(fā)無色透明狀液體，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町斨袘?yīng)用范圍極為廣泛，可用于醋酸、飲料、香精、燃料、染料等制造當中，并且其也經(jīng)常以70%至75%體積分數(shù)用于醫(yī)療、消毒。另外，酒精與二甲醚之間相互為官能團異構(gòu)體^[1]。

二、物理性質(zhì)

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(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行加熱。

四、實驗探究

（一）實驗?zāi)康?/p>

本文主要目標在于找尋酒精可燃與不可燃臨界點質(zhì)量分數(shù)。

（二）實驗用品

質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(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(zhì)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(nèi)點燃。接著對現(xiàn)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(zhì)量分數(shù)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(fā)生燃燒現(xiàn)象，再繼續(xù)配置酒精，此次配置質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)。

（五）實驗要求

在對不同質(zhì)量分數(shù)酒精溶液配制過程當中，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中，同時將室內(nèi)溫度控制在二十攝氏度之內(nèi)。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(nèi)不通風，從而規(guī)避局部水蒸發(fā)，令酒精質(zhì)量分數(shù)提升這一現(xiàn)象。

（六）數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過試驗后所得數(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)量分數(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(shù)值。另外，由于酒精屬于易揮發(fā)物質(zhì)，因此在試驗過程當中所量取酒精會有少量揮發(fā)，因此，在實際配制酒精溶液過程當中，其質(zhì)量分數(shù)要略低于理論數(shù)值。

結(jié)束語：

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(zhì)量分數(shù)質(zhì)量值達到移動程度，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，最大程度地節(jié)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(guī)律研究[J]. 安全與環(huán)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.