关于酒精可燃与不可燃临界浓度的研究性学习实验探究报告.docx

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关于酒精可燃与不可燃临界浓度的研究性学习实验探究报告

【问题提出】

21世纪是一个能源支撑着的时代，也是一个能源缺乏的时代。

伴随着煤，石油，天然气等传统化石燃料储量的减少，人们将目光转向了寻求新型无污染的清洁能源，而酒精作为新型能源之一，未来的开发前景不可估量。

且在化学学习中，酒精灯作为最常见的加热仪器，也是以酒精为能源燃烧的，但酒精灯的浓度是95％，因此，我们就想；酒精作为可燃混合物，它是否在95％以下的浓度中依然可燃？

如果可以，它可燃与不可燃的临界浓度又是多少？

对此我们决定展开实验探究。

【背景知识】

乙醇　　化学式　C2H5OH

描述：

乙醇在常温常压下是一种易燃，易挥发的无色透明液体，低毒性，纯液体不可直接饮用；具有特殊香味，并略带刺激；微甘，并伴有刺激的辛辣滋味。

易燃，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物，相对密度（d15.56）0.816。

乙醇的用途很广，可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。

医疗上也常用体积分数为70%－75%的乙醇作消毒剂等，

乙醇与二甲醚（即甲醚）互为官能团异构体。

毒性：

低毒。

急性毒性：

LD507060mg/kg（大鼠经口）；7340mg/kg（兔经皮）；LC5037620mg/m³，10小时（大鼠吸入）；人吸入4.3mg/L×50分钟，头面部发热，四肢发凉，头痛；人吸入2.6mg/L×39分钟，头痛，无后作用。

物理性质：

分子量　　46.07

熔点　　　-114℃

沸点　　　78℃

水溶性　　与水任意比混溶，其水溶液俗称酒精，可混溶于乙醚、氯仿、甘油、甲醇等多数有机溶剂

密度　　　789kg/m³（20℃）

外观　　　无色的液体、黏稠度低

化学性质：

1.乙醇可以与金属钠反应，产生氢气，但不如水与金属钠反应剧烈。

　　　2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑

　　　活泼金属（钾、钙、钠、镁、铝）可以将乙醇羟基里的氢取代出来。

　　2.乙醇的催化氧化反应：

　　　2CH3CH2OH+O2→2CH3CHO+2H2O（条件是在Cu或Ag作催化剂的作用下加热）

　　3.乙醇燃烧：

发出淡蓝色火焰，生成二氧化碳和水（蒸气），并放出大量的热，不完全燃烧时还生成一氧化碳，有黄色火焰，放出热量

　　　完全燃烧：

C2H5OH+3O22→CO2+3H2O

　　4.乙醇可以和卤化氢发生取代反应，生成卤代烃和水。

　　　C2H5OH+HBr→C2H5Br+H2O

　　　注意：

通常用溴化钠和硫酸的混合物与乙醇加热进行该反应。

故常有红棕色气体产生。

　　5.乙醇可以在浓硫酸和高温的催化发生脱水反应，随着温度的不同生成物也不同。

　　　A.消去反应（分子内脱水）制乙烯（浓硫酸） C2H5OH→CH2=CH2↑+H2O（消去反应）

　　　B.缩合反应（分子间脱水）制乙醚（浓硫酸）2C2H5OH→C2H5OC2H5+H2O（取代反应）

检测方法：

醇含量的测定有物理方法和化学方法。

物理方法：

气相色谱法、密度瓶法、酒精计法、折射计测定法。

化学方法：

重铬酸钾比色法、莫尔氏盐法、碘量滴定法。

酒精度数计算：

酒精水溶液中纯酒精的含量就是其浓度，我国是以容量（体积）百分数进行酒精水溶液的浓度计算的。

如平常说的五十度酒是指在20℃时100体积酒精溶液中含有50体积纯酒精。

计算式：

酒精容量=（纯酒精容量数/酒精水溶液总容量数）*100%

酒精度数=酒精容量*100%

医用酒精：

主要成分是乙醇，并且它是混合物。

医用酒精是用淀粉类植物经糖化再发酵经蒸馏制成，相当于制酒的过程，但蒸馏温度比酒低，蒸馏次数比酒多，酒精度高，制成品出量高，含酒精以外的醚、醛成分比酒多，不能饮用，但可接触人体医用。

是植物原料产品。

消毒机理：

要使蛋白质变性，就要让蜷曲、螺旋的蛋白质分子长链舒展、松弛，其中关键是破坏形成蜷曲和螺旋的各种力。

酒精分子有两个末端，一端是憎水的（一C2H5），可以破坏蛋白质内部憎水基团之间的吸引力；一端是亲水的（一OH），但它难以破坏蛋白质外部的亲水基团之间的吸引力。

另一方面。

水分子虽然可以松弛蛋白质亲水基团之间的吸引力，但它即使钻进细菌内部，也无法破坏其蛋白质中憎水基团之间的吸引力。

所以，纯酒精或水都不足以使细菌内的蛋白质变性，只有酒精和水共同存在，同时使保持蛋白质几何形状的各种吸引力松弛，蛋白质才会失去生理活性。

因此，只有一定浓度的酒精溶液，才能达到良好的消毒杀菌目的。

不同浓度（以下的浓度均是指体积分数）：

95%的酒精常用于擦拭紫外线灯。

这种酒精在医院常用，而在家庭中则只会将其用于相机镜头的清洁。

75%的酒精用于消毒。

这是因为，过高浓度的酒精会在细菌表面形成一层保护膜，阻止其进入细菌体内，难以将细菌彻底杀死。

若酒精浓度过低，虽可进入细菌，但不能将其体内的蛋白质凝固，同样也不能将细菌彻底杀死。

40%－50%的酒精可预防褥疮。

长期卧床患者的背、腰、臀部因长期受压可引发褥疮，如按摩时将少许40%～50%的酒精倒入手中，均匀地按摩患者受压部位，就能达到促进局部血液循环，防止褥疮形成的目的。

25%－50%的酒精可用于物理退热。

高烧患者可用其擦身，达到降温的目的。

因为用酒精擦拭皮肤，能使患者的皮肤血管扩张，增加皮肤的散热能力，其挥发性还能吸收并带走大量的热量，使症状缓解。

但酒精浓度不可过高，否则可能会刺激皮肤，并使表皮散失大量的水分。

清洁能源：

即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，它包括核能和“可再生能源”。

传统意义上，清洁能源指的是对环境友好的能源，意思为环保，排放少，污染程度小。

但是这个概念不够准确，容易让人们误以为是对能源的分类，认为能源有清洁与不清洁之分，从而误解清洁能源的本意。

清洁能源的准确定义应是：

对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系。

含义有三点：

第一清洁能源不是对能源的简单分类，而是指能源利用的技术体系；第二清洁能源不但强调清洁性同时也强调经济性；第三清洁能源的清洁性指的是符合一定的排放标准。

可再生能源，是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能（沼气）、地热能（包括地源和水源）海潮能这些能源。

可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此，可再生能源的开发利用，日益受到许多国家的重视，尤其是能源短缺的国家。

中国前景：

未来十年，中国能源将实现两个目标：

一是到2020年非化石能源占一次能源消费总量的比重达到15%左右；二是到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%－45%。

如今，中国已经成为全球清洁能源投资第一大国。

据2012年全球清洁能源投资报告显示，2012年全球投资总额为2687亿美元，相当于2004年的5倍。

其中，中国在清洁能源方面的投资达到创纪录的677亿美元，较2011年增加20%，投资总额位居世界第一，成为全球清洁能源领头羊。

燃料乙醇：

燃料乙醇一般是指体积分数达到99.5%以上的无水乙醇，是良好的辛烷值调和组分和汽油增氧剂，燃烧乙醇汽油能够有效减少汽车尾气中的PM2.5和CO，其作为可再生液体燃料的代表之一，可补充化石燃料资源，降低石油资源对外依存度，减少温室气体和污染物排放，近年来受到世界各国的广泛关注。

自巴西、美国率先于20世纪70年代中期大力推行燃料乙醇政策以来，加拿大、法国、西班牙、瑞典等国纷纷效仿，目前以甘蔗、玉米为原料的第1代燃料乙醇产业已经形成规模，燃料乙醇已经成为世界消费量最大的生物燃料。

目前，燃料乙醇的生产方法主要分为化学合成法和生物法。

化学合成法包括乙烯路线和合成气路线，生物法分为生物化学法和热化学法。

乙醇做燃料清洁程度比较：

理论上乙醇燃烧只产生，水和二氧化碳，但是存在燃烧不完全的问题（因为是液态和空气接触不足）容易产生微量一氧化碳。

　　而甲烷是气体和氧气接触充足，只产生无害的水和二氧化碳。

　　所以都是清洁能源而甲烷较乙醇更清洁。

【实验设计】

由于实验器材限制，我们未能得到实验室95%浓度的酒精，但我组同学善于观察生活，善于向生活取材，我们发现药店里有贩卖75%浓度的医用酒精，且实验证实该浓度酒精可燃，于是我们知道，在实验室酒精灯95%的浓度之下的其他浓度依然可燃。

　　在生活常识中，我们知道；酒精浓度越低越不易燃，我们便决定，以稀释75%浓度的医用酒精从而得到其他更低浓度的酒精，由此依次实验，不断逼近酒精可燃与不可燃的临界浓度。

【实验过程＆结果】

我们每次选取10ml75%的医用酒精进行稀释；

由稀释定理可知，稀释前后溶质乙醇的量不变，设为得到浓度为x的酒精，需加水nml，则x，n满足：

10*0.75=（10+n）*x，

即：

n=（7.5-10*x）/x　，

由此我们通过计算就能得知，为得到指定浓度x的酒精，需加水的量ｎ。

通过计算与配置，得到指定浓度酒精，依次实验探究其是否可燃。

通过实验，现将实验结果表格呈现如下：

＊（每次稀释前状态都为10ml75%医用酒精）＊

加水量n/ml

得到酒精浓度x

现象

0.71

70%

可燃

2.50

60%

可燃

5.00

50%

可燃

8.75

40%

可燃

15.00

30%

不可燃

11.43

35%

不可燃

10.83

36%

可燃

【实验结论】

分析实验数据可知，酒精可燃与不可燃的临界浓度约是35.5%

【实验分析】

由于实验器材由我小组内部成员自行准备，如：

每次的加水量的取得，由于没有量筒和胶头滴管，我们小组内商议后决定以小型医用注射器代替，不免存在较大误差，且随着实验进行，原医用酒精也在蒸发，浓度减小。

综上所述，我们认为，此次实数值偏大。

【实验意义】

通过实验探究得知酒精的临界浓度后，对于实验室使用酒精具有积极意义,我们可以在以后使用酒精作燃料时，通过适当降低浓度（如将实验室用的95%改用40%，50%），以在不影响酒精燃烧效果的前提下,达到节约酒精，节约能源的目的,在如今能源紧张的社会下,其显示出的意义可想而知.

同时在整个过程后，加强了我们的动手操作能力，锻炼了我们发现问题，解决问题的能力，实验过程中，成员们因地取材，通力合作在学习知识的过程中增进了同学情谊。

平凉一中研究性学习成果报告

关于酒精可燃与不可燃临界浓度的实验探究报告

本组成员贾峰赵家敏汝苗苗刘雅怡张宇涵张恒

（高二14班第三小组）

指导教师李蓬勃