Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория горения и взрыва. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
1.2. Химическая посуда, реактивы, нагревательные приборы
.
а б в
г
д е ж
з
В лабораторной практике используются различные виды химической
посуды, произведенной из тонкостенного или толстостенного стекла, а также
приборы и аппараты. Это могут быть простейшие приспособления – такие как
химические стаканы и колбы. Им свойственна инертность к химическому
воздействию, устойчивость к изменениям температуры. Если реакции будут
проходить при повышенных температурах, то используют посуду,
изготовленную из молибденового (до 400 °С), боросиликатного (до 600°С) или
кварцевого (до 1500°С) стекла. Химическую посуду классифицируют на:
1. Химическую посуду общего назначения (рисунок 1.2)
Рисунок 1.2. — Химическая посуда общего назначения:
а – стакан для дистиллированной воды, б – колба плоскодонная со шлифтом,
в – колба Эрленмейера (коническая), г – воронка, д – пробирки, е - бюксы, ж –
капельница Шустера, з – мерный цилиндр
11
2. Посуду из фарфора (рисунок 1.3):
б в г
а б в
г
де
Рисунок 1.3. — Посуда из фарфора: а— ступка с пестиком, б — стакан, в —
чашка
3. Вспомогательное лабораторное оборудование (рисунок 1. 4):
Рисунок 1.4. —Вспомогательное лабораторное оборудование:
а – штатив для пробирок, б — Подъемный столик, в – асбестовая сетка, г -
ложечка для сжигания, д - держатель, е – щипцы.
12
4. Нагревательные приборы (рисунок 1.5):
а
б
Рисунок 1.5. — Нагревательные приборы:
а — спиртовая горелка, б — газовая горелка
1.3. Проведение химического эксперимента
В первую очередь обучающийся должен прочитать методику
выполнения эксперимента, изучить принцип действия приборов и установок,
понять цель работы. Далее необходимо освежить знания о теоретическом
материале.
Реактивы размещаются в специальных местах над лабораторным
столом. Во время проведения опыта на рабочем месте не должно быть ничего
лишнего; необходимо поддерживать на нем чистоту и порядок.
Рекомендуется выполнять эксперимент небольшой группой (3–4
человека), но не менее 2 человек. У каждой группы имеется свое рабочее
место, с набором необходимых реактивов и посуды для эксперимента по
заданной теме.
Внутри группы распределяются обязанности. Это позволит успеть
выполнить все эксперименты в отведенное время. Желательно, чтобы каждый
поочерёдно был руководителем группы.
Отчёт в лабораторной тетради должен быть составлен индивидуально.
Отчет оформляется после выполнения лабораторной работы и должен
содержать следующие сведения:
13
1. Дата, номер и тема лабораторной работы;
2. Цель работы;
3. Материалы и оборудование (схема прибора и его описание);
4. Теоретическая часть.
5. Краткое описание хода работы с указанием условий проведения опыта;
6. Результаты выполнения работ, расчеты, таблицы, графики, выводы;
7. Ответы на вопросы для самоконтроля
14
РАЗДЕЛ 2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРЕНИИ И ВЗРЫВЕ
2.1. Общие сведения о горении
Горение – это сложный, многостадийный физико-химический процесс.
При нем освобождается энергия в форме тепла и света. Процесс
экзотермический, то есть идет с выделением тепла и происходит
тепломассообмен с окружающей средой. Стоит отметить, что процесс горения
связан с быстрыми химическими превращениями. Эти превращения проходят
при самоускорении – тепловом, цепном и цепочечно-тепловом
(комбинированном).
Для того чтобы процесс горения происходил необходимо соблюдать
следующие условия:
– наличие в определенный момент в данной точке пространства
окислителя, горючего вещества и источника воспламенения;
– окислитель и топливо должны находиться в стехиометрическом
соотношении;
– начальная энергия должна быть достаточной для инициирования
горения.
В большинстве случаев, если вещество способно к горению, то может
происходить процесс экзотермического окисления. В качестве окислителя
подойдет не только кислород, но и другие химические вещества (закись азота,
хлор, и т.д.).
После возникновения горения постоянным источником воспламенения
является зона горения. Продолжение горения возможно также при
определенном количественном соотношении горючего вещества и кислорода,
а также при определенных температурах и запасе тепловой энергии источника
воспламенения.
При этом в процессе горения участвуют два основных компонента –
горючее и окислитель. Наиболее простым является механизм реакции
окисления (горения) водорода, а наиболее сложным – окисление
15
углеводородов. Горение и окисление — это два взаимосвязанных процесса,
которые часто путают друг с другом. Однако механизмы, лежащие в их
основе, существенно отличаются.
Горение — это процесс окисления вещества при выделении энергии в
виде тепла и света. Главным отличием горения от окисления является
экзотермическая реакция — выделение тепла.
Однако процесс горения может происходить не только при реакциях
соединения горючего вещества с окислителем, но и при других реакциях,
связанных с выделением значительного количества тепла и быстрым
химическим превращением.
Наибольшая скорость горения наблюдается в чистом кислороде,
наименьшая – при содержании в воздухе 14–15 % кислорода.
В результате самовоспламенения горение может начаться
самопроизвольно (например, торфяника или бурта зерна). Либо горение может
быть инициировано зажиганием (искра, спичка, короткое замыкание,
раскаленные капли металла при электросварке и т.д.). Горение представляет
собой сложный комплекс химических и физических процессов.
Наиболее общим свойством горения является то, что образующееся
пламя распространяется по горючей смеси за счет диффузионного переноса
нагретых частиц из зоны горения в свежую смесь. Обычно горение происходит
по комбинированному механизму, включающему как теплообмен, так и
диффузию горючих компонентов и продуктов сгорания.
Процесс горения также характеризуются наличием ограничений
возникновения и распространения пламени, т.е. определенных
фиксированных показателей температуры, давления, состава горючей смеси,
размеров системы и т.д., при которых смесь воспламеняется или пламя
уменьшается и гаснет.
Во всех случаях процесс горения характеризуется тремя стадиями –
зарождением, распространением и угасанием.
16
2.1.1. Лабораторная работа № 1 Исследование характера свечения
пламени органических веществ
Цель работы: Исследовать характер свечения пламени органических
веществ, имеющих различное строение.
Материалы и оборудование, используемые в работе: керамические
чашки, бензол, гексан, этанол, ацетон.
Характер свечения пламени при горении реагентов зависит от природы
вещества (содержания водорода, углерода, кислорода и азота).
Свечение пламени связано с наличием несгоревших раскаленных
твердых частиц углерода и трехатомных молекул. Трехатомные газы
(углекислый газ, водяные пары и др.), обладают высокой поглощающей
способностью и имеют и большую излучательная способность.
Бесцветное пламя возможно получить, если в горючем веществе при
термическом разложении углерод не образуется. Например, в случае горения
водорода Н2.
Голубоватые пламена получают при термическом разложении веществ
с массовой долей углерода менее 50 % и содержащих в своем составе кислород
более 30%. Углерод и кислород взаимодействуют с образованием продукта не
полного сгорания – СО.
Яркое и коптящие пламя можно получить при горении веществ,
содержащих более 75% углерода. За счет большого количества частиц
углерода, они не успевают полностью окислиться и выделяют углерод в виде
сажи.
Если кислород в веществе отсутствует или его содержание не превышает
30%, но, в свою очередь, и массовая доля углерода не очень велика (менее
75%), то при термическом разложении будет выделяться значительное
количество частиц углерода и при нормальном доступе воздуха в зону горения
они успевают окислиться до углекислого газа. Такое наблюдается при горении
ацетона. Пламя будет яркое, не коптящее.
17
Таблица 2.1 – Характер свечения пламени веществ
Содержание углерода в
горючем, %
Содержание кислорода в
горючем, %
Характер свечения
пламени
< 50
> 30
Пламя бесцветное,
голубоватое
75 > С > 50
Отсутствует или < 30
Пламя яркое, не коптящее
>75
Отсутствует или < 25
Пламя яркое, коптящее
Наименование
вещества
Содержание, %
Характер
свечения
пламени
Углерода
Кислорода
Водорода
Бензол
Гексан
Ацетон
Этанол
Порядок проведения работы:
1. В пронумерованные керамические чашки поместить с помощью
пипетки по 1-2 мл исследуемых веществ: бензола, гексана, ацетона и этанола.
Работать под тягой с включенной вентиляцией! Соблюдать меры
предосторожности!
2. При помощи лучины поочередно поджечь имеющиеся вещества и
наблюдать за характером свечения их пламени.
3. Произвести расчеты процентного содержания исследуемых
веществ и заполнить таблицу 2.2.
Оформление отчета:
1. Записать наблюдения в отчет по лабораторной работе в виде
таблицы 2.2.
Таблица 2.2 – Результаты измерений
2. Рассчитать процентный состав исследуемых веществ, сделать
вывод о характере свечения пламени, его зависимости от строения,
принадлежности к классу органических веществ. Ответить на контрольные
вопросы.
18
Контрольные вопросы:
1. Что является причиной свечения пламени веществ?
2. Составить уравнения реакций горения в воздухе для глицерина,
пропана, сероуглерода и аммиака. Указать стехиометрические коэффициенты.
Рассчитать их стехиометрические концентрации при нормальных условиях.
3. Определите с помощью расчетов характер свечения пламени для
диэтилового эфира, пентанола, ацетона и уксусного альдегида.
4. Охарактеризовать пожарную опасность бензола, ацетона и
этанола. Назвать средства их тушения.
5. Рассчитать теоретический объем воздуха, необходимый для
полного сгорания 6кг бензола при температуре 18С и давлении 780 мм.рт.ст.
19
2.2. Физико-химическая природа процессов горения
Горение жидких, газообразных и большинства твердых веществ
сопровождается образованием пламени. Пламя образуется при горении тех
веществ, которые разлагаясь или испаряясь, выделяют газообразные продукты
(гомогенное горение).
Газовый объем, в котором происходит процесс горения паров и газов
представляет собой пламя. Без пламени (беспламенное горение называют
тлением) горят такие твердые вещества, как кокс, графит, антрацит, сажа,
древесный уголь и др. Большинство из них не разлагается и не образует при
нагревании газов, либо образует их в количестве, недостаточном для горения.
Пары и газы, выделяющиеся из горючего вещества, не содержат
свободного кислорода и для их горения необходим воздух.
Кислород воздуха проникает к месту горения путем диффузии, поэтому
образующееся пламя называется диффузионным. То есть смесь
предварительно не подготовлена и молекулы окислителя и горючего вещества
не перемешаны. Диффузионным пламенем горят большинство горючих
веществ.
2.2.1. Лабораторная работа №2 «Исследование структуры пламени
и его параметров»
Цель работы. Освоить методы экспериментального исследования
структуры и параметров пламени при различных газодинамических режимах
горения.
В зависимости от агрегатного состояния компонентов горючей смеси
различают гомогенное и гетерогенное горение.
Такое горение, при котором оба компонента (горючее и окислитель) в
зоне химических реакций находятся в одинаковой фазе, называют гомогенным
или однофазным. Если же в зоне горения горючее и окислитель находятся в
разных фазах, горение называют гетерогенным (разнофазным).
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]