趙麗娜，姜大雨，劉春玲，王秀艷

（吉林師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林四平 136000）

3種自選煤樣燃燒熱的測(cè)定＊

趙麗娜，姜大雨，劉春玲，王秀艷

（吉林師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林四平 136000）

利用燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)的原理和裝置，選取3種煤樣對(duì)其燃燒熱進(jìn)行測(cè)定.測(cè)定結(jié)果表明，一號(hào)煤樣燃燒最完全，燃燒熱也最大，是3個(gè)煤樣中最好的一種.

煤樣；燃燒熱；測(cè)定

應(yīng)對(duì)全球氣候變化，保障能源安全是世界各國(guó)共同面對(duì)的挑戰(zhàn)［1］.然而如今的壞境問(wèn)題正成為中國(guó)乃至全世界所面臨的重大問(wèn)題.煤炭是中國(guó)的主要能源之一，因煤炭燃燒性能較差，其溫室氣體（CO2）排放的強(qiáng)度和控制的難度也大，再加上中國(guó)能源技術(shù)相對(duì)較為落后，故導(dǎo)致中國(guó)CO2排放量居世界第二［2］.因此，中國(guó)要從根本上降低CO2排放量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，促進(jìn)綠色發(fā)展，針對(duì)中國(guó)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)、機(jī)遇和挑戰(zhàn)等問(wèn)題，必須采取具體的節(jié)能減排措施［3－4］.

由于各種煤性質(zhì)上的差異，燃燒時(shí)放出的能量，排放的溫室氣體量也有所不同，因此選擇一種能量高、熱量大、污染小的好煤有一定的現(xiàn)實(shí)意義.筆者從不同廠家抽取3種煤樣，分別用一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)樣標(biāo)注，通過(guò)測(cè)定其燃燒熱，給出一個(gè)綜合結(jié)果，供人們參考.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)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＝ΔU，恒壓燃燒熱.在氧彈量熱計(jì)中測(cè)得燃燒熱為QV，而一般熱化學(xué)計(jì)算值為QP，且QP＝QV＋ΔnRT.其中：Δn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(shí)驗(yàn)中因?yàn)槊菏腔旌衔?，無(wú)法準(zhǔn)確寫出其對(duì)應(yīng)的燃燒反應(yīng)方程式，所以只給出煤樣的恒容燃燒熱［5］.圖1示出燃燒熱裝置的構(gòu)造.

1.2 儀器與試劑

儀器：燃燒熱試驗(yàn)儀1套，壓片機(jī)1臺(tái)，氧氣鋼瓶及減壓閥1只，扳手1只，臺(tái)枰1臺(tái)，電子天平1臺(tái).試劑：煤樣（一號(hào)、二號(hào)和三號(hào)），苯甲酸（A.R.），點(diǎn)火絲（鎳）.

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）量熱計(jì)水當(dāng)量W卡的測(cè)定.稱取烘干的苯甲酸約0.6g，取20cm左右的點(diǎn)火絲1根，準(zhǔn)確稱量，將其在壓片機(jī)上壓片，準(zhǔn)確稱重.將樣品點(diǎn)火絲裝置氧彈中，沖入約2MPa氧氣.將氧彈裝入量熱計(jì)中，連接好其他附件，每隔60s記錄一個(gè)溫度，記錄10min，改為30s計(jì)時(shí)，按下“點(diǎn)火”按鈕，開始煤樣的燃燒，記錄溫度，當(dāng)溫度上升明顯緩慢后改為每隔60s記錄一次溫度，記錄10min，停止實(shí)驗(yàn)，稱量剩余點(diǎn)火絲的質(zhì)量備用.

圖1 燃燒熱裝置

（2）3種煤樣燃燒熱的測(cè)定.分別稱取一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)煤樣各約0.5g，按上述操作步驟測(cè)量3種煤樣的恒容燃燒熱QV.

1.4 3種煤樣燃燒熱的計(jì)算

根據(jù)mQV＝W卡Δθ－Q點(diǎn)火絲m點(diǎn)火絲求算煤樣的燃燒熱.其中：m為待測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量（g）；QV為待測(cè)物質(zhì)的恒容摩爾燃燒熱；Q點(diǎn)火絲（鎳）＝3 243J·g－1；Δθ為燃燒熱前后量熱計(jì)溫度的變化值；W卡為量熱計(jì)水當(dāng)量，可通過(guò)苯甲酸（QV＝26 460J·g－1）來(lái)標(biāo)定.

2 結(jié)果與討論

2.1 量熱計(jì)水當(dāng)量（W卡）的測(cè)定

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制苯甲酸燃燒熱測(cè)定曲線，見(jiàn)圖2.

（2）量熱計(jì)常數(shù)K的求算.樣品名稱：苯甲酸.點(diǎn)火絲質(zhì)量0.035 6g，樣品＋點(diǎn)火絲質(zhì)量0.577 3g，剩余點(diǎn)火絲質(zhì)量0.034 8g.

根據(jù)恒容燃燒熱計(jì)算公式mQV＝W卡Δθ－Q點(diǎn)火絲m點(diǎn)火絲，已知Q點(diǎn)火絲＝3 243J·g－1，Q苯甲酸＝2 6 460J·g－1，Δθ＝1.16℃，m苯甲酸＝0.577 3－0.035 6＝0.541 7g，m點(diǎn)火絲＝0.035 6－0.034 8＝8×10－4g，則

2.2 一號(hào)煤樣燃燒熱的測(cè)定

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制一號(hào)煤樣燃燒熱測(cè)定曲線，見(jiàn)圖3.

圖2 苯甲酸燃燒測(cè)定曲線

圖3 一號(hào)煤樣燃燒熱測(cè)定曲線

（2）一號(hào)煤樣燃燒熱的求算.點(diǎn)火絲質(zhì)量0.047 8g，點(diǎn)火絲＋藥品質(zhì)量0.722 3g，剩余點(diǎn)火絲的質(zhì)量0.033 5g，剩余雜質(zhì)質(zhì)量0.094 7g.

根據(jù)恒容燃燒熱計(jì)算公式mQV＝W卡Δθ－Q點(diǎn)火絲m點(diǎn)火絲，已知m點(diǎn)火絲＝0.047 8－0.033 5＝0.014 3g，m樣品＝0.722 3－0.047 8－0.094 7＝0.579 8g，m樣品＝0.511 2－0.022 3－0.048 2＝0.440 7g，則

2.3 二號(hào)煤樣燃燒熱的測(cè)定

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制二號(hào)煤樣燃燒熱測(cè)定曲線，見(jiàn)圖4.

（2）二號(hào)煤樣燃燒熱的求算.點(diǎn)火絲質(zhì)量0.031 6g，點(diǎn)火絲＋藥品質(zhì)量0.538 8g，剩余點(diǎn)火絲的質(zhì)量0.009 5g，剩余雜質(zhì)質(zhì)量0.086 7g.

根據(jù)恒容燃燒熱計(jì)算公式mQV＝W卡Δθ－Q點(diǎn)火絲m點(diǎn)火絲，已知m點(diǎn)火絲＝0.031 6－0.009 5＝0.022 1g，m樣品＝0.538 8－0.031 6－0.086 7＝0.420 5g，則

2.4 三號(hào)煤樣燃燒熱的測(cè)定

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制三號(hào)煤樣燃燒熱測(cè)定曲線，見(jiàn)圖5.

圖4 二號(hào)煤樣燃燒熱測(cè)定曲線

圖5 三號(hào)煤樣燃燒熱測(cè)定曲線

（2）三號(hào)煤樣燃燒熱的求算.點(diǎn)火絲質(zhì)量0.022 3g，點(diǎn)火絲＋藥品質(zhì)量0.511 2g，剩余點(diǎn)火絲質(zhì)量0.010 0g，剩余雜質(zhì)質(zhì)量0.048 2g.

根據(jù)恒容燃燒熱計(jì)算公式mQV＝W卡Δθ－Q點(diǎn)火絲m點(diǎn)火絲，已知m點(diǎn)火絲＝0.022 3－0.010 0＝0.021 3g，m樣品＝0.511 2－0.022 3－0.048 2＝0.440 7g，則

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)上述3種煤樣燃燒熱的測(cè)定可知，一號(hào)煤樣的燃燒最完全，且放熱最多，雖然二號(hào)煤樣燃燒后的雜質(zhì)量小于一號(hào)樣品，但是其燃燒的完全程度不如一號(hào)，三號(hào)煤樣的雜質(zhì)量最少，但是燃燒熱值也最小；因此，可總結(jié)為一號(hào)煤樣最好，最可取.

［1］ 東北師范大學(xué)等校.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.第2版.北京：高等教育出版社，1989：45－49.

［2］ 清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫組.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.第1版.清華大學(xué)出版社，1991：26－37.

［3］ 羅澄源.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.第3版.北京：高等教育出版社，1991：26－37.

［4］ 馮之浚，周 榮.低碳經(jīng)濟(jì)：中國(guó)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的根本途徑［J］.中國(guó)人口資源與環(huán)境，2010，20（4）：69－72.

［5］ 王秀艷，趙麗娜.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.第1版.吉林：吉林大學(xué)出版社，2010：22－27.

（責(zé)任編輯 向陽(yáng)潔）

Assay of Combustion Heat of Three Optional Coal Samples

ZHAO Li-na，JIANG Da-yu，LIU Chun-ling，WANG Xiu-yan
（College of Chemistry，Jilin Normal University，Siping 136000，Jilin China）

On the basis of the combustion heat theory，the combustion heat of the three optional coal samples from three different mines were assayed.Form the results of the test，sample No.1is not only burnt completely but also produces the highest combustion heat.It is the best of the three samples coal.

coal sample；combustion heat；assay

O642.1

B

10.3969／j.issn.1007－2985.2013.05.019

1007－2985（2013）05－0079－03

2013－03－25

吉林師范大學(xué)高等教育教學(xué)研究項(xiàng)目資助（JSJY1213）；吉林省教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃課題（GH11176）

趙麗娜（1975－），女，吉林四平人，吉林師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)教育研究.