原煤样燃烧热的测定研究

赵 明 杨 声 李芳蓉 孙永军 刘凤霞

(定西师范高等专科学校，甘肃 定西 743000)

原煤样燃烧热的测定研究

赵 明 杨 声 李芳蓉 孙永军 刘凤霞

(定西师范高等专科学校，甘肃 定西 743000)

利用XRY-1A型氧弹式燃烧仪的原理和装置，通过标准物质苯甲酸对仪器的水当量W’的测定，计算得原煤样的燃烧热。实验结果表明：标准物质苯甲酸和原煤样均能燃烧完全，燃烧成功率达98%；雷诺校正图处理后，原煤样的燃烧热为-17.91KJ/g（文献值-26.54—-27.92KJ/g），较文献值低。

原煤样；燃烧热；测定；雷诺校正图

燃烧热的测定是物理化学实验教学中的一个基础实验[1]，也是科研和工业测定的重要手段。燃烧热测定的影响因素较多，实验结果误差较大，实验成功率较低。已报道一些提高实验成功率的方法，是将点火丝压入样品片中[2-3]，但此方法点火丝容易被压断且燃烧成功率较低，增加了燃烧丝的长度，使实验误差增大。黄成等人[4-6]采取如图1中a的安装形式，取得较好效果。

本文选用XRY-1A型氧弹式燃烧仪，对标准物质苯甲酸和原煤样进行了燃烧试验，通过雷诺校正图处理，计算出了原煤样的燃烧热，并与文献值进行了比较，基本吻合。

图1 点火丝的安装示意图Fig.1 The installation of ignition wire diagram

1、实验部分

1.1 实验原理

由热力学第一定律可知：在不做非体积功情况下，恒容燃烧热Qv=Δ U，恒压燃烧热Qp=Δ H。在氧弹量热计中测得燃烧热为Qv，而一般热化学计算值为Qp，且Qp=Qv+Δ nRT。其中：Δ n为产物气体物质的量之和与反应物气体物质的量之和之差；R为气体常数；T为反应的热力学温度。实验中因为煤是混合物，无法准确写出其对应的燃烧反应方程式，所以只给出原煤样的恒容燃烧热Qv。图2 为XYR-1A型氧弹式燃烧装置示意图。

1.2 仪器与试剂

仪器：XYR-1A型氧弹式燃烧设备1套，武汉格莱莫检测设备有限公司；压片机1台；氧气钢瓶及减压阀1套；扳手2只；台枰1台；电子天平1台。

试剂：苯甲酸（A.R.），山东省枣庄市同泰维润化工有限公司；原煤样；点火丝（镍）。

1.3 实验步骤

（1）量热计水当量W’的测定。称取烘干的标准物质苯甲酸（已压片）0.4-0.8g左右，准确称量，将其装入氧弹中。取约6cm长的点火丝，对折做成弹弓状，两端固定在电极上，点火丝两端和电极接触良好，用万用电表检查两电极间电阻值。对折处紧密接触样品片上表面，两端不碰到燃烧皿，不自身短路，点火时，接触样品片上表面的点火丝就一定会燃烧，从而引燃药片。

（2）原煤样燃烧热的测定。将原煤压片，烘干，准确称量，将其装入氧弹中。按上述操作步骤测量恒容燃烧热Qv。

图2 XYR-1A型氧弹式燃烧装置Fig.2 XYR-1 type oxygen bomb combustion devices

1.4 原煤样燃烧热的计算

根据Qm=M/m（W+W’）(T2-T1)求算煤样的燃烧热。其中：m为待测物质的质量（g）；Q m为待测物质的恒容燃烧热；(T2-T1))为待测物质燃烧前后量热计温度变化（℃）；W’为仪器的水当量，可通过苯甲酸（25时其比燃烧热为-26460J·g-1）标定。

2、结果与讨论

2.1 量热计水当量的测定

（1）记录苯甲酸点火前后温度，绘制苯甲酸水温-时间曲线（雷诺校正图），见图3。

表1 苯甲酸点火前温度记录Tab.1 Benzoic acid before ignition temperature record

表2 苯甲酸点火后温度记录Tab.2 Benzoic acid after ignition temperature record

图3 苯甲酸水温-时间曲线（雷诺校正图）Fig.3 Benzoic acid water temperature-time curve(R enault correction plan)

数据分析：

a.实验测得T2=19.953℃，T1=17.933℃，Δ T=2.020℃；由雷诺校正图得T2=20.248℃，T1=18.246℃，Δ T=2.002℃。

b.绝对误差Δ a=a-a真=|（20.248℃-18.246℃）-（19.953℃-17.933℃）|=|-0.018℃|=0.018℃；

相对误差Δ a/ a真=0.018℃/2.020℃=0.009。

(2) 仪器的水当量W’的计算。

将W=6000g，T2=20.248℃，T1=18.246℃，m=0.4707g，M(苯甲酸)=122g/m ol，苯甲酸（25时其比燃烧热为-26460J·g-1）换算代入Q m=M/m（W+W’）(T2-T1)，求得W’=-6010.50g。

2.2 原煤样燃烧热的测定

(1)记录原煤样点火前后温度，绘制原煤样水温-时间曲线（雷诺校正图），见图4。

表3 原煤样点火前温度记录Tab.3 The raw coal sample before ignition temperature record

表4 原煤样点火后温度记录Tab.4 The raw coal sample after ignition temperature record

表5 苯甲酸和原煤样质量及仪器温度变化Tab.5 Benzoic acid, and quality of raw coal samples and instrument temperature change

图4 原煤样水温-时间曲线（雷诺校正图）Fig.4 The raw coal sample temperature-time curve(R enault correction plan)

数据分析：

a.实验测得T2=20.987℃，T1=1 8.796℃，Δ T=2.1 91℃；由雷诺校正图得T2=21.1 81℃，T1=18.968℃，Δ T=2.213℃。

b.绝对误差Δ a=a-a真=|（21.181℃-18.968℃）-（20.987℃-18.796℃）|=0.022℃；

相对误差Δ a/ a真=0.022℃/2.191℃=0.01。

(2) 原煤样燃烧热的计算。

将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、结论

本实验采用XRY-1A型氧弹式燃烧仪的原理和装置，确定了标准物质苯甲酸对仪器的水当量W’，并对原煤样的燃烧热进行了测定计算。测定条件为：氧气压力1.8-2.2M Pa，样品质量0.4-0.8g左右，压片燃烧。结果表明：标准物质苯甲酸和原煤样均能燃烧完全，燃烧成功率达98%；雷诺校正图处理后，原煤样的燃烧热为-17.91KJ/g（文献值-26.54KJ/g—-27.92KJ/g），较文献值低，这可能是在计算时对相关误差未考虑完全导致的。

[1] 冯鸣, 梅来宝, 郭会明. 物理化学实验[M]. 北京：高等教育出版社, 2008: 53-56.

[2] 刘岿, 石燕. 燃烧热测定实验改进探讨[J]. 天水师范学院学报,2011, 31(5): 111-113.

[3] 王新红, 戴兢陶, 吴秀红. 燃烧热测定实验的改进措施[J]. 实验室研究与探索,2012, 31(7): 236-237转261.

[4] 黄成, 彭敬东. 燃烧热测定实验技术的改进 [J].西南师范大学学报（自然科学版）,2013, 38(5): 169-172.

[5] 赵丽娜, 姜大雨, 刘春玲, 王秀艳. 3种自选煤样燃烧热的测定[J]. 吉林大学学报(自然科学版) ,2013, 34(5): 79-81.

[6] 赵爱娟, 冯彩婷, 周军华. 谷物燃烧热的测定研究[J]. 河南科学,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