能源化學實驗講義

1、能源化學實驗講義 聶迎春 2015.10實驗一 煤中水分、揮發(fā)分含量的測定實驗二 石油產品水溶性酸堿、酸值、中和值及皂化值的測定實驗三 原料中粗淀粉的測定實驗四 原料中纖維素含量的測定實驗一 煤中水分、揮發(fā)分含量的測定一、實驗的目的與要求1 掌握揮發(fā)分產率的測定原理及方法。2 掌握本法測定揮發(fā)分產率的條件3掌握用空氣干燥法測定煤中水分的原理和方法。二、實驗原理稱取一定量粒度小于6mm的空氣干燥煤樣,在空氣流中于105110下干燥到質量恒定,然后根據(jù)煤樣的質量損失計算出水分的含量.將煤放在與空氣隔絕的容器內，在高溫下經一定時間加熱后，煤中的有機質和部分礦物質分解為氣體釋出，由減小的質量再減去水的

2、質量即為煤的揮發(fā)分。因為煤中可燃性揮發(fā)分不是煤的固有物質，而是在特定條件下，煤受熱的分解產物，而且其測定值受溫度、時間和所用坩堝的大小、形狀等不同而異，測定方法為規(guī)范性試驗方法，因此所測的結果應稱為揮發(fā)分產率，用符號V表示。根據(jù)揮發(fā)分產率的高低，可以初步判別煤的變質程度、發(fā)熱量及焦油產率等各種重要性質，而且?guī)缀跏澜绺鲊疾捎酶稍餆o灰基揮發(fā)分作為煤分類的一個主要指標。工業(yè)生產上用煤也都首先需要了解揮發(fā)分是否合乎要求，所以煤的揮發(fā)分是了解煤性質和用途的最基本也是最重要的指標，也是煤分類的重要指標。三、儀器設備1、干燥箱:帶有自動控溫裝置和鼓風機,并能保持溫度在105-110范圍內.2、干燥器:內裝

3、變色硅膠或料狀無水氯化鈣.3、玻璃稱量瓶:直徑70mm,高3540mm,4、分析天平:感量0.001g.5、工業(yè)天平:感量0.1g.6. 磨口坩堝（測揮發(fā)分產率的瓷制專用坩堝）。坩堝蓋外緣槽形，此槽正好蓋在坩堝口的外緣上，在蓋內邊有凹處，以備揮發(fā)釋出。7. 高溫爐帶熱電偶和調溫器，爐壁留有一個排氣孔。爐膛內必須有一個溫度穩(wěn)定的恒溫區(qū)，以保證爐內溫度能恒定在900±10范圍內。8. 坩堝架用鎳鉻絲制成，其規(guī)格以能放置6個坩堝為好，大小應與爐內900±10穩(wěn)定溫度區(qū)相適應，放在架上的坩堝底部應與爐堂底距離2030mm。四、測定步驟:(一)水分測定1、用預先干燥并稱量過(稱準至0

4、.01g)的稱量瓶迅速稱取粒度小于6mm的煤樣1012g(稱準到0.01g),平攤在稱量瓶中.2、打開稱量瓶蓋,放入預先鼓風并已加熱到105110的干燥箱中,在鼓風條件下、煙煤干燥1h,無煙煤干燥11.5h.3、從干燥箱中取同稱量瓶,立即蓋上蓋,在空氣中冷卻約5min.然后放入干燥器中,冷卻至室溫(約20min),稱量(稱準到0.01g).4、進行檢查性干燥,每次30min,直到連續(xù)兩次干燥煤樣質量的減少不超過0.001g或質量有所增加為止.在后一種情況下,應采用質量增加前一次的質量作為計算依據(jù).水分在2%以下時,不必進行檢查性干燥.5、結果計算水分測定結果按式(1)計算: 式中:Mad煤樣的

5、水分,% m煤樣的質量,g m1干燥后煤樣減少的質量,g.報告值約至小數(shù)點后一位.（二）揮發(fā)分測定準確稱取分析煤樣1±0.01g，精確至0.0002g，于已在900±10灼燒恒量的專用坩鍋內，輕敲坩堝使試樣攤平，然后蓋上坩堝蓋，置于坩堝架上，迅速將坩堝架推至已預先加熱至900±10的高溫爐的穩(wěn)定溫度區(qū)內，并立即開動秒表，關閉爐門。準確灼燒恰好7分鐘，迅速取出坩堝架，在空氣中放置56min，再將坩鍋置于干燥器中冷卻至室溫，稱量。從加熱至稱量都不能揭開坩堝蓋，以防焦渣被氧化，造成測定誤差。按下式計算揮發(fā)分產率： 式中 m試料的質量，g；m1樣品加熱后減少的質量，g。實

6、驗二 石油產品水溶性酸堿、酸值及皂化值的測定一、實驗目的（1）掌握石油產品水溶性酸堿測定（GB/T 259-1988）原理及操作技能。（2）掌握石油產品酸值測定（GB/T 264-1983）原理及操作技能。（3）掌握石油產品皂化值測定（GB/T 8021-2003）原理及操作技能。二、實驗儀器和試劑（1）儀器 分液漏斗（250mL或500mL）；試管（直徑1520mm，高度140150mm，用無色玻璃制成）；漏斗（普通玻璃漏斗）；量筒（25mL，50mL，100mL）；錐形瓶（100mL和250mL）；瓷蒸發(fā)皿、電熱板或水浴。滴定管：25 ml,或50 mI。移液管：25 ml,容量瓶：100

7、 mL, 錐形瓶和冷凝管：容量為250 mL或300 mL的耐堿錐形瓶，可以接直形或球形回流冷凝管。直形冷凝管通過磨口與錐形瓶緊密連接；球形冷凝管與錐形瓶連接較松可以透氣?；亓魉淠芤部捎每諝饫淠艽?。（2）試劑 甲基橙（配成0.02%甲基橙水溶液）；酚酞（配成1%酚酞乙醇溶液）；蒸餾水（符合GB6682-1992實驗室用水規(guī)定中三級水規(guī)定）；0#柴油；95%乙醇，0.05molL氫氧化鉀乙醇溶液 ;堿性藍6B溶液（指示劑）甲基紅溶液（指示劑。）鉻 酸 洗 液 ；丁酮；石油醚；二甲苯。中性酚酞指示劑溶液：將1. 0 g土0.1 g酚酞溶解在100 mL乙醇中（見7.1.1)。用。1 mol

8、/I.氫氧化鉀乙醇溶液調至淡紅色，即為中性。0.5m ol/L的鹽酸標準溶液：用氫氧化鉀乙醇標準溶液（見7.1.6)標定，標定時精確到0.00 05 m ol/L,0.5m ol/L氫氧化鉀乙醇標準溶液：用乙醇配制0.5 m ol/L的氫氧化鉀乙醇溶液。把此溶液放置在暗處，在使用之前靜置24 h，并過濾或虹吸后使用。氫氧化鉀乙醇溶液用鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液進行標定。0.1 m ol/L鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液：把鄰苯二甲酸氫鉀在110士5下烘干恒重，然后精確稱取2.04 22 g 士0.00 02 g 并裝人100m L容量瓶中，用水溶解。為促進溶解可以稍微加熱，待冷卻后用水稀釋到100 ML.

9、三、實驗步驟1. 石油產品水溶性酸堿的測定（1）液體石油產品 將50mL試樣和50mL蒸餾水放入分液漏斗，加熱至5060。對50運動粘度大于75mm2 /s的石油產品，應預先在室溫下與50mL汽油混合，然后加入50mL加熱至5060的蒸餾水。（2）用指示劑測定水溶性酸、堿 向兩個試管中分別放入12mL抽提物，在第一支試管中，加入2滴甲基橙溶液，并將它與裝有相同體積蒸餾水和2滴甲基橙溶液的另一支試管相比較。如果抽提物呈玫瑰色，則表示所測石油產品中有水溶性酸存在。在第二支試管中加入3滴酚酞溶液，如果溶液呈玫瑰色或紅色時，則表示有水溶性堿存在。2. 石油產品酸值的測定中和1g石油產品所需氫氧化鉀毫克

10、數(shù)稱為酸值。（1）用干燥錐形瓶（1）稱取試樣8-10g，準確至0.2g（2）取錐形瓶（2）加95%乙醇50ml，加冷凝管煮沸5min，除二氧化碳。加入0.5ml堿性藍6B(或甲酚紅)，趁熱用0.05molL氫氧化鉀乙醇溶液中和，溶液由藍色變淺紅色（或黃色變紫紅色）。（3）將中和過的95%乙醇加入錐形瓶（1），加冷凝管煮沸5min。再煮沸過的混合液中加入0.5ml堿性藍6B(或甲酚紅)，趁熱用0.05molL氫氧化鉀乙醇溶液滴定，直至溶液由藍色變淺紅色（或黃色變紫紅色）。注意：對滴定終點不能呈現(xiàn)淺紅色（或紫紅色）的試樣，允許滴定達到混合液的原有顏色開始明顯改變?yōu)榻K點。每次滴定自停止加熱到滴定終點

11、所需時間不應超過3min。按下式計算酸值：X=V.TGT=56.1*N式中：V-滴定消耗氫氧化鉀乙醇溶液的體積G-試樣的重量，gT-氫氧化鉀乙醇溶液的滴定度56.1-氫氧化鉀的克當量N-氫氧化鉀乙醇溶液的當量濃度3. 石油產品皂化值的測定皂化值saponification number每1g試樣在試驗條件下消耗的氫氧化鉀的毫克數(shù)。石油產品含有一些能與堿形成金屬皂的添加劑，例如脂類。此外，有些用過的機械潤滑油，尤其是用過的汽輪機油和內燃機油，也含有一些能與堿發(fā)生類似反應的化合物。皂化值就是指每19試樣以特定的方式與堿共熱時所消耗堿的量。這樣，就可估計試樣中存在的酸的量，即在加熱條件下已轉化成金屬

12、皂的任何游離酸以及復合酸（如醋中酸）（1）空白試驗1.1 每批試樣（一個或更多個）在測定時都要同時測定空白值。測定步驟如下：用滴定管或移液管精確量取25 ml，士0. 03 ml一的氫氧化鉀乙醇標準溶液，加人到錐形燒瓶中，并加入25 ml，士1 MI.的丁酮或其他可選溶劑。將冷凝管和錐形瓶連接并加熱，加熱回流時間和測定樣品時的加熱回流時間一樣長。當回流結束后立即沿冷凝管小心加人50 mL的石油醚（當用球形冷凝管時，要稍稍松開冷凝管與錐形瓶的接口），滴定時滴入3滴中性酚酞指示劑溶液。為了加人振蕩強度，此時把一枚大小適宜的攪拌棒放入溶液中，用0. 5 mol/L的鹽酸標準溶液趁熱滴定?？瞻椎味ㄟ^程

13、中不需要再加熱。當指示劑的顏色消失后，再加人幾滴指示劑溶液。如果加人指示劑后滴定溶液又呈現(xiàn)了顏色，則繼續(xù)滴定至顏色消失，再加人幾滴指示劑，如果需要，繼續(xù)滴定直至終點。當指示劑的顏色完全消失，再加人指示劑后，滴定溶液不再呈現(xiàn)顏色，則表明已到滴定終點，記錄空白值V1.注 1：加 熱溫度要高于丁酮的沸點100C -150C （丁酮沸點為780C) ，回流時要經常震蕩，并旋轉錐形瓶。注 2： 對 于 精 度要求很高的試樣，應做兩次空白試驗取其平均值。常規(guī)試驗時，只需測定一個空白值。注 3： 當 用 移 液管移取氫氧化鉀乙醉標準溶液時，需把移液管尖端在錐形瓶壁上掛靠30s 以保證排液完全。注 4： 必

14、須 夾 緊回流冷凝管以防止其倒在熱浴上使玻璃器皿破裂。注 5： 雖 然 回 流的標準時間需要30m in，而某些醋類在10m in內便能皂化安全。另外，某些難皂化物質則需要兩個多 小 時 才 能皂 化 完 全 。除非與相關部門協(xié)調并達成一致外，不允許縮短或延長皂化時間。注 6： 在 皂化結束后加入50m L石油醚不僅能清洗冷凝管，還可冷卻反應混合物。注 7： 對 于 絕 緣油，不需要加人50m L石油醚。注 ：當 快 到滴定終點時，為了防止滴定混合液發(fā)生乳化，應劇烈旋轉錐形瓶以保證兩相間充分接觸。（2）樣品測定8.3.1 將試樣從小燒杯稱人錐形瓶中，并稱準至0.0 1g ，加人25m l，士1

15、m l,丁酮或其他可選溶劑，然后用滴定管或移液管精確量取25 mL士0. 03 ml.氫氧化鉀乙醇標準溶液并注人其中。對于那些難以溶解的試樣如潤滑油或添加劑，在加人丁酮之前應先加入15 m1.-25 mL的溶劑油或二甲苯。連接冷凝管和錐形瓶并加熱，當回流開始后繼續(xù)加熱30 min(見8.1.1中注5)。然后立即把50 mL的石油醚小心地沿著冷凝管內壁倒人錐形瓶（見8.1.1中注7)(警告 不要把石油醚倒在水浴上）。如果用球形冷凝管，在加入石油醚之前，稍稍松開冷凝管與錐形瓶的接口。向錐形瓶中的試樣溶液中加人3滴中性酚酞指示劑。為了加大振蕩強度，把一枚大小適宜的攪拌棒放人此溶液中，用0. 5 rn

16、ol/L的鹽酸標準溶液趁熱滴定（不用再加熱）。當指示劑的顏色消失后，再加人幾滴指示劑溶液。如果加人指示劑后滴定溶液又呈現(xiàn)了顏色，則繼續(xù)滴定至顏色消失，再加人幾滴指示劑。如果需要，繼續(xù)滴定直到終點。當指示劑的顏色完全消失，再加人指示劑后溶液不呈現(xiàn)顏色時，則表明已到滴定終點，計此時的滴定劑消耗量為Vz。當測定含蠟樣品時，為了防止在滴定過程中試樣固化，若有必要，可以再加熱溶液。（3）計算試樣皂化值A(mgKOH/g）按式（1）計算：A 56 .l c( V1一 V 2） /m式 中 ：c 鹽 酸標準溶液的濃度，mol/L;56. 1 氫氧化鉀的摩爾質量，g/mol;V1 滴定空白所消耗的鹽酸標準溶液

17、的體積，ML;V2 滴定試樣所消耗的鹽酸標準溶液的體積，mL;m 試 樣量，g。實驗三 淀粉的測定（費林法）一. 目的要求1. 掌握淀粉測定的方法；2. 理解還原糖測定的原理及操作要點；3. 熟練樣品處理、轉化、糖滴定等操作。二. 實驗原理淀粉測定可先除去樣品中的脂肪及其中的可溶性糖、再在一定酸度下，將淀粉水解為具有還原性的葡萄糖。通過對還原糖含量的測定，乘上一換算系數(shù)0.9，即為淀粉含量，反應式如下： (C6H10O5) n+nH2On(C6H12O6)n×162.1         

18、0;            n×180.2    根據(jù)反應公式，淀粉與葡萄糖之比為：    162.1180.12=0.91，162.1÷180.12=0.9即0.9g淀粉水解后可得1g葡萄糖。淀粉水解后可得1g葡萄糖。用直接滴定法測定還原糖含量，本法也稱斐林試劑快速法。將一定量的堿性酒石酸銅甲液和乙液等體積混合時，硫酸銅與氫氧化鈉反應，生成氫氧化銅沉淀：2NaOH + CuSO4 =

19、Cu(OH)2 + Na2SO4所生成的氫氧化銅沉淀與酒石酸鈉反應，生成可溶性的酒石酸鉀鈉銅：在加熱條件下，用樣液滴定，樣液中的還原糖與酒石酸鉀鈉銅反應，酒石酸鉀鈉銅被還原糖還原，產生紅色氧化亞銅沉淀，還原糖則被氧化和降解，其反應如下：反應生成的氧化亞銅紅色沉淀與費林試劑中的亞鐵氰化鉀（黃血鹽）反應生成無色可溶性復鹽，便于觀察滴定終點。Cu2O + K4Fe(CN)6 + H2O K2Cu2Fe(CN)6 + 2KOH滴定時以亞甲基藍為氧化還原指示劑。因為亞甲基藍氧化能力比二價銅弱，待二價銅離子全部被還原后，稍過量的還原糖可使藍色的氧化型亞甲基藍還原為無色的還原型的亞甲基藍，即達滴定終點。根據(jù)

20、樣液量可計算出還原糖含量。三. 實驗用品1. 儀器：微量滴定管、電熱恒溫水浴鍋，調溫電爐，150ml錐形瓶；2. 試劑：堿性酒石酸銅甲液：稱取15g硫酸銅（CuSO4·5H2O）及0.05g亞甲基藍，溶于蒸餾水中并稀釋到1000ml。堿性酒石酸銅乙液：稱取50g酒石酸鉀鈉及75g NaOH，溶于蒸餾水中，再加入4g亞鐵氰化鉀K4Fe（CN）6，完全溶解后，用蒸餾水稀釋到1000ml，貯存于具橡皮塞玻璃瓶中。0.1葡萄糖標準溶液：準確稱取1.000g經98100干燥至恒重的無水葡萄糖，加蒸餾水溶解后移入1000ml容量瓶中，加入5ml濃HCl（防止微生物生長），用蒸餾水稀釋到1000m

21、l。6mol/LHCl：取250ml濃HCl（35%38%）用蒸餾水稀釋到500ml。碘碘化鉀溶液：稱取5g碘，10g碘化鉀溶于100ml蒸餾水中。6N NaOH：稱取120gNaOH溶于500ml蒸餾水中。0.1%酚酞指示劑。3. 材料：馬鈴薯、蘋果、葡萄等 四. 測定方法（1）樣品處理稱去皮切碎的蘋果肉2g，置研缽中磨成勻漿，用蒸餾水沖洗轉移入100ml容量瓶中，加2.5ml 12mol/L HCl在沸水浴中煮10min，取出12滴置于白瓷板上，加1滴I-KI溶液檢查水解是否完全。如已水解完全，則不呈現(xiàn)藍色，水解畢。此時樣品中的蔗糖水解成還原糖。取出冷卻，對含蛋白質較多的樣品，可滴加10%

22、Pb(Ac)2到溶液不再產生白色絮狀沉淀時為止，加飽和Na2SO4除去多余的鉛離子，然后加1%酚酞2-3滴，加6mol/L NaOH中和至微紅，定容到100ml，搖勻后過濾待測。（2）堿性酒石酸銅溶液的標定 準確吸取堿性酒石酸銅甲液和乙液各5m1,置于150m1錐形瓶中，加水l0ml，加玻璃珠3粒。從滴定管滴加約9m1葡萄糖標準溶液，加熱使其在2分鐘內沸騰，準確沸騰30秒鐘，趁熱以每2秒1滴的速度繼續(xù)滴加葡萄糖標準溶液，直至溶液藍色剛好褪去為終點。記錄消耗葡萄糖標準溶液的總體積。平行操作3次，取其平均值，按下式計算。 F=c · V式中：Fl0ml堿性酒石酸銅溶液相當于葡萄糖的質量，

23、mg; c葡萄糖標準溶液的濃度，mg /ml； V標定時消耗葡萄糖標準溶液的總體積，ml.（3）樣品糖的定量測定樣品溶液預測定（預滴定）吸取堿性酒石酸銅甲液及乙液各5.00ml，置于250ml錐形瓶中，加蒸餾水10ml，加玻璃珠3粒，加熱使其在2min內沸騰，準確沸騰30s，趁熱以先快后慢的速度從滴定管中滴加樣品溶液，滴定時要保持溶液呈沸騰狀態(tài)。待溶液由藍色變淺時，以每2s 1滴的速度滴定，直至溶液的藍色剛好褪去為終點。記錄樣品溶液消耗的體積。樣品溶液測定：吸取堿性酒石酸銅甲液及乙液各5.00ml，置于錐形瓶中，加蒸餾水10ml，加玻璃珠3粒，從滴定管中加入比與測試樣品溶液消耗的總體積少1ml

24、的樣品溶液，加熱使其在2min內沸騰，準確沸騰30s，趁熱以每2s 1滴的速度繼續(xù)滴加樣液，直至藍色剛好褪去為終點。記錄消耗樣品溶液的總體積。平行操作3次，取其平均值。五實驗數(shù)據(jù)及結果處理1. 實驗數(shù)據(jù)測定次數(shù)123平均值標定消耗葡萄糖標準溶液總體積消耗樣品溶液的總體積2. 結果計算式中：m樣品質量，g；F10ml堿性酒石酸銅溶液相當于葡萄糖的量，mg；V滴定時平均消耗還原糖或總糖樣品溶液的總體積，mlV1還原糖或總糖樣品溶液的總體積，ml；1000mg換算成g的系數(shù)。六. 注意事項1. 本法是根據(jù)一定量的堿性酒石酸銅溶液（Cu2量固定）消耗的樣液量來計算樣液中還原糖含量，反應體系中Cu2的含

25、量是定量的基礎，所以在樣品處理時，不能用銅鹽作為澄清劑，以免樣液中引入Cu2，得到錯誤的結果。2. 堿性酒石酸銅甲液和乙液應分別貯存，用時才混合，否則酒石酸鉀鈉銅絡合物長期在堿性條件下會慢慢分解析出氧化亞銅沉淀，使試劑有效濃度降低。3. 滴定必須是在沸騰條件下進行，其原因一是加快還原糖與Cu2的反應速度；二是亞甲基藍的變色反應是可逆的，還原型的亞甲基藍遇空氣中的氧時會再被氧化為氧化型。此外，氧化亞銅也極不穩(wěn)定，易被空氣中的氧所氧化。保持反應液沸騰可防止空氣進入，避免亞甲基藍和氧化亞銅被氧化而增加消耗量。4. 滴定時不能隨意搖動錐形瓶，更不能把錐形瓶從熱源上取下來滴定，以防止空氣進入反應溶液中。

26、5. 樣品溶液應預測，其目的：一是本法對樣品溶液中還原糖濃度有一定要求（0.1%左右），測定時樣品溶液的消耗體積應與標定葡萄糖標準溶液時消耗的體積相近，通過預測可了解樣品溶液濃度是否合適，濃度過大或過小應加以調整，使預測時消耗樣液量在10ml左右；二是通過預測可以知道樣液大概消耗量，以便在正式測定時，預先加入比實際用量少1ml左右的樣液，只留下1ml左右樣液在繼續(xù)滴定時加入，以保證在1分鐘之內完成繼續(xù)滴定工作，提高測定的準確度。6. 必須嚴格控制反應液的體積，標定和測定時消耗的體積應接近，使反應體系堿度一致。熱原一般采用800W電爐，電爐溫度恒定后才能加熱，熱原強度應控制在使反應液在兩分鐘內沸騰，且應保持一致；否則加熱至沸騰所需時間就會不同，引起蒸發(fā)量不同，使反應液堿度發(fā)生變化，從而引入誤差。沸騰時間和滴定速度對結果影響也較大，一般沸騰時間短，消耗糖液多，反之，消耗糖液少。滴定速度過快，消耗糖量多，反之，消耗糖量少。因此，測定時應嚴格控制上述條件，力求一致。平行試驗的樣液消耗量相差不應超過0.1ml。七. 思考題1 在費林試劑比色法中為什么可以用亞甲基藍作為滴定終點的指示劑？2 用費林試劑比色法測定還原糖，為什么整個滴定過程必須使溶液處于沸騰狀態(tài)？3 用費林試劑比色法，為什么必須用已知濃度的葡