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香烟燃烧的烟头会产生多少热量?如何测量?

 pgl147258 2014-01-25

【Ruki的回答(5票)】:

理论上的计算方法:

1)将香烟置于环境中一段时间确保其温度与室温一致;记录香烟质量(记为m);记录香烟燃烧前的室温(假设为T1),燃烧时的温度(假设为T2);需要已知烟草的热容(heat capacity,C1),如果求精确的话还需已知外面包裹纸层的热容(C2);那么将香烟(假设算作一个整体)从温度T1加温到T2所需要的热量为:Q1=m(C1+C2)(T2-T1);所有变量均使用国际标准单位;假设在升温的过程中没有任何物态变化(升华、融化etc);

2)需要已知烟草成分及所占百分比。用尼古丁(C10H14N2)举例,完全燃烧方程式为:C10H14N2+19/2O2---》10CO2+7H2O+2NO,原结构如下:

香烟燃烧的烟头会产生多少热量?如何测量?

每个分子在燃烧过程中,断裂的化学键有:

3X(N-C)

2X(N...C)这个...是指右边环上delocalised的N=C/N-C键

4X(C...C)

4X(C-C)

9.5X(O=O)

形成的化学键有:

20X(C=O)

14X(O-H)

2X(N=O)

那么在这个燃烧反应中,放出热量与焓变(enthalpy change)有关,即= 断键释放热量-成键吸收热量;通过查找资料可以简单计算出,这里就不重复上面已经列出的公式了;

假设燃烧反应中(1mol)放出的热量为Qi,尼古丁所占烟草含量(质量)为i%,那么1g尼古丁燃烧所放热量= Qi/molecular mass(分子量 162.23g/mol ); 在质量为m的香烟里共有mXi%质量的尼古丁,燃烧一支香烟中的尼古丁放热为(Qi/162.23)X(mXi%);

以此类推可以计算把香烟中所有成分依次计算出来相加;得到总热量Q2;

3)理论上将一支香烟燃尽的放热即为Q1+Q2;

4)此计算方法十分粗略,需要如下假设:

i)香烟所有成分已知且任何一支待测香烟都含有同样含量的同样成分;(在现实中难以达成,香烟含有数以千计的物质且分布不均匀)

ii)室温在燃烧过程中保持不变或基本不变;

iii)香烟为完全燃烧,及所有固态物都反应形成简单无机物(CO2,H2O,NO,NO2,SO2etc)且能被及时从系统中排出;(这点在现实中基本不可能达到,香烟燃烧冒出的青烟便能表明其实有很多不完全燃烧反应)

5)综上所述理论计算是有很大误差的。实际上可以很简单:把香烟置于一密闭空间内燃烧(需要容器能承受一定程度的压强),测量内部空气温度上升情况,根据1)中公式计算空气上升这些温度所需热量;

6)此方法便于操作,但是也存在一定的误差,比如当香烟燃烧后空气的成分会变得很复杂(加入了CO2等),那么热容一定会变化导致测量的精准度不可知;香烟在不同环境下燃烧的完全度也不同,所以不可一概而论,需要在不同环境下(比如不同温度、湿度)多次实验以确保实验可靠性和精准度。

7)最后建议楼主尽量减少吸烟,保持身体健康:)

【赵世奇的回答(5票)】:

燃烧热量,一般采用氧弹测量法。

对于香烟来说,可以分两种:

完全燃烧,那么直接去掉烟蒂,采用氧弹直接测量。

不完全燃烧,模拟正常燃烧情况,充空气。操作过程:

烟压片、称量、填并充气(要求1充氧气,2充空气)

搅拌恒温

点火,记录数据

放气、泄压,试验完成

计算计算方法:

手头没公式编辑器,大概写一下,通过氧弹外面的水、氧弹热容计算热量,然后减去燃烧丝热量,就是烟燃烧发出热量,正常情况下,1热量高于2。为了实验准确性,请重复多次取均值。

又氧弹测量其实非常便宜,不至于大价钱。但是,在实际研究中,一般研究的是香烟不完全燃烧后产生的尼古丁、一氧化碳、焦油量,以及烟丝醇化程度。各公司比较着力的点其中有一个是香料。

【翁鹱的回答(2票)】:

已经有人回答得非常详细了,在此要说一下为什么没有人做这个实验。(如果真的有,欢迎指出)

这里要涉及到研究所,实验室的研究方向。要知道那些人是收了财团,公司,制造商,政府的钱,为老板们的商业计划进行研究从而使甲方能赚更多的钱或者产品更靠谱。楼主所说的实验涉及到燃烧的研究和香烟的研究。

对香烟的研究通常在生物或者生物化学方面,主要为对人体的危害等。与燃烧热量基本无关。

对燃烧的研究,ruki所说的燃烧研究方法大量运用在烃燃料和其他工业燃料的燃烧研究中。从中可以推算没kg燃料在STD下的燃烧条件,对内燃机外燃机的研究有极大的帮助。其丰厚的回报(提高的燃烧效率省下的油钱〉〉研究费用)和良好的形象(保护环境的机器)促使众多公司进行燃料的燃烧研究。其他的燃烧研究还包括对防火材料(安全与法规促使)的实验等。

香烟公司不会对这些热量进行利用,自然不会花大钱(油费*mass production真的很贵)请实验室来做香烟的燃烧热量实验。

综上所述,该实验可行,但无实用意义,所以没有人测量过。

【萧东楼的回答(0票)】:

找个实验室用氧弹测一下就完事了。

原文地址:知乎

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