Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия процессов горения. Практикум для СПО
.pdf
Оформление отчета: Оформить отчет по лабораторной работе в
Измерение с
помощью
пирометра или
(термопары)
Температура, оС
в нижней зоне
пламени
в средней
зоне пламени
в верхней зоне
пламени
соответствии с предложенной формой в журнале. Построить график
зависимости температуры от высоты пламени. Ответить на вопросы для
самоконтроля.
Зарисовать схематично структуру пламени, указать его зоны и
обозначить температуры в различных точках. Данные занести в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 – Результаты экспериментов
Контрольные вопросы:
1. Записать уравнение реакции горения пропана и бутана в воздухе и
кислороде, указать стехиометрические коэффициенты. Рассчитать
количество киломолей веществ, участвующих в процессах горения.
2. Как изменится скорость реакции горения бутана от повышения
температуры на 100⁰С. Записать уравнение Вант-Гоффа в общем виде.
3. Как изменится скорость реакции горения пропана с увеличением
давления?
4. Какие процессы, происходящие в пламени, относятся к физическим и
какие к химическим?
5. Что определяет режим процесса горения? Виды режимов горения, их
характеристики.
21
Вариант 2.
Определение окраски пламени различными ионами.
Цель работы: Изучить экспериментальным путем изменение окраски
пламени различными ионами, установить принадлежность веществ к
различным классам.
Приборы: керамические чашки или лодочки.
Реактивы: хлорид натрия, хлорид стронция, хлорид бария, сульфат
меди, гидроксид натрия, этанол.
Теоретическая часть: различают пламя светящееся и несветящееся.
Светящееся пламя образуется при горении бумаги, дерева, керосина, бензина
и других богатых углеродом веществ. Несветящееся пламя образуется при
горении водорода, окиси углерода, серы, метилового спирта и других бедных
углеродом или не содержащих его веществ. Пламя их имеет синюю окраску и
при дневном свете незаметно. Характер излучения светящегося и
несветящегося пламени различен. Свечению всех тел предшествует
возбуждение в них атомов или молекул. Возбуждение атома происходит при
воздействии энергии, подводимой к нему извне. Если возбуждение атома
происходит за счет тепловой энергии, то его излучение называется
термическим. Излучение атома, возбужденного в результате действия
химической энергии, называется люминесценцией. Интенсивность
термического излучения различных тел зависит от способности их поглощать
свет. Тела, которые совершенно не поглощают света, не способны к
термическому разложению [2,10].
Изменяя условия горения, можно изменить и характер пламени.
Светящее пламя становится несветящим, если внутрь его вводить кислород
или воздух. Коптящее пламя при этом переходит в ярко светящее без
образования копоти. Например, бензол на воздухе горит темно-красным,
сильно коптящим пламенем, а в смеси с кислородом – ярко-белым без
копоти.
22
Цвет пламени органических веществ определяется присутствием в нем
твердых частиц углерода. Если вместо углерода вводить в пламя частицы
других твердых веществ, то пламя приобретает свойственный им цвет. Так,
если в несветящее пламя метилового спирта ввести соль стронция, то пламя
окрасится в красный цвет, а при введении соли меди – в синий или зеленый
цвет. Вводимая в пламя соль диссоциирует и образующиеся молекулы
твердых тел или атомы металлов излучают характерные им лучи. Этим
свойством твердых тел пользуются при изготовлении фейерверков, а также
осветительных и сигнальных составов [10].
В указанные составы входят: горючее вещество, окислитель и
цветопламенная добавка. Иногда сам окислитель является цветопламенным.
В этом случае специальные добавки не вводят. В качестве цветопламенных
окислителей или добавок применяются:
- для красного цвета пламени соли: Sr(NO3)2, SrC2O4, CaCO3
- для получения зеленого цвета пламени соли: Ba(NO3)2, Ba(ClO3)2
- для синего: Cu(OH)2, CuO, CuS
- для белого металлы: Al, Mg.
Металлоиды при горении также дают характерный для них цвет
пламени. Молекула серы S2 обнаружена в пламени серы, сероводорода и
сероуглерода. Видимо, для этой молекулы обязательно голубое пламя,
образующееся при горении указанных веществ. Мышьяк и сурьма имеют
пламя, окрашенное в голубой или синий цвет [10].
Экспериментальная часть.
Ход работы: Работать под тягой! В керамическую лодочку или
фарфоровую чашку поместить небольшое количество (примерно 1 – 2 г) соли
хлорида натрия и прилить 3 – 5 см3 этанола и зажечь смесь с помощью
лучины. Наблюдать за окраской пламени. Записать свои наблюдения в
лабораторном журнале.
Тоже проделать с остальными представленными солями и гидроксидом
натрия. Записать все наблюдения и сделать выводы об окраске пламени
23
различными ионами, констатировать принадлежность веществ к различным
Формула реактива
Название реактива, класс
Цвет пламени
классам.
Оформление отчета.
Отчет оформить в виде таблицы и ответить на вопросы.
Таблица 1.3 – Результаты экспериментов
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое термическое излучение и люминесценция? Чем они
отличаются?
2. В какой цвет окрашено пламя и дым при горении резины? Почему?
3. В какой цвет окрашено пламя при горении магния? Записать уравнение
горения магния в кислороде. Рассчитать количество кислорода, необходимое
для горения 1 кмоля магния.
4. Привести примеры горения веществ с окрашенным пламенем.
5. Где на практике применяется явление окрашивания пламени?
24
Вариант 3.
Исследование характера свечения пламени органических веществ.
Цель работы: Исследовать полноту сгорания органических веществ,
имеющих различное строение и принадлежность различным классам.
Приборы и реактивы: керамические лодочки или чашки, бензол,
гексан, этанол и ацетон.
Теоретическая часть: характер свечения пламени при горении
веществ зависит от содержания элементов в веществе, главным образом от
углерода, водорода, кислорода и азота [1].
Свечение пламени связано с наличием несгоревших раскаленных частиц
углерода, а также трехатомных молекул.
Если в горючем веществе при термическом разложении углерод не
образуется, то вещество горит бесцветным пламенем как, например, в случае
горения водорода.
При термическом разложении веществ с массовой долей углерода менее
50 % и содержащих в своем составе кислород более 30% несгоревших частиц
углерода образуется очень мало, и в момент образования они успевают
окисляться до СО. Такие вещества имеют голубоватые пламена (пламя
угарного газа СО, метанола, этанола и др.) [1,2].
При горении веществ, содержащих более 75% углерода, в зоне горения
образуется настолько много частиц углерода, что поступающего путем
диффузии воздуха не хватает для полного окисления всего углерода. Не
окислившийся в пламени углерод выделяется в виде копоти, и пламя при
горении таких веществ будет ярким и коптящим.
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, но при нормальном доступе
воздуха в зону горения они успевают окислиться до углекислого газа. Такое
наблюдается при горении ацетона. Пламя будет яркое, но не коптящее [1,3].
25
Особенности свечения органических веществ представлены в таблицах
Содержание углерода в
горючем, %
Содержание кислорода в
горючем, %
Характер свечения пламени
< 50
> 30
Пламя бесцветное,
голубоватое
< 75
Отсутствует или < 30
Пламя яркое, не коптящее
>75
Отсутствует или < 25
Пламя яркое, коптящее
Наименование
вещества
Содержание, %
Цвет или
характер
пламени
углерода
кислорода
водорода
Муравьиная
кислота
26,0
69,5
4,5
синее
Окись углерода
43,0
57,0
-
синее
Глицерин
39,1
52,2
8,7
синее
1.4. и 1.5.
Таблица 1.4 - Характер свечения пламени веществ.
Таблица 1.5 - Цвет пламени веществ, содержащих С,О,Н.
Ход работы:
В пронумерованные керамические лодочки или чашки поместить с
помощью пипетки по 3 – 5 мл исследуемых веществ: бензола, гексана,
ацетона и этанола. Работать под тягой с включенной вентиляцией!
Соблюдать меры предосторожности!
При помощи лучины поочередно поджечь имеющиеся вещества и
наблюдать за характером свечения их пламени, цветом пламени.
Произвести расчеты процентного содержания исследуемых веществ и
заполнить таблицу.
26
Оформление отчета:
Наименование
вещества
Содержание, %
Цвет или
характер
пламени
углерода
кислорода
водорода
Бензол
Гексан
Ацетон
Этанол
1. Записать наблюдения в лабораторный журнал в виде таблицы 1.6.
Таблица 1.6 - 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
поставленные вопросы.
Контрольные вопросы:
1. Что является причиной свечения пламени веществ? Приведите
примеры.
2. Определите с помощью расчетов характер свечения пламени для
уксусной и стеариновой кислоты, ацетона и уксусного альдегида.
3. Составить уравнения реакций горения в кислороде и в воздухе
для глицерина, пропана, сероуглерода и аммиака. Указать стехиометрические
коэффициенты. Рассчитать их стехиометрические концентрации при
нормальных условиях.
4. Записать пожарную опасность бензола, ацетона и этанола.
Средства их тушения.
полного сгорания 3 кг толуола при температуре 20°С и давлении 1,3 атм.
5. Рассчитать теоретический объем воздуха, необходимый для
27
Вариант 4
Определение газообразных продуктов полного и неполного
горения.
Цель работы: экспериментальным путем определить наличие
газообразных продуктов полного и неполного сгорания активированного
угля.
Приборы и реактивы: активированный уголь в гранулах, весы
аналитические, газоанализатор testo 330, муфельная печь, керамические
чашки, ступка для измельчения угля, тигельные щипцы, секундомер.
Теоретическая часть: Продуктами сгорания называются
газообразные, жидкие и твердые вещества, образующиеся в результате
горения веществ в воздухе. Их состав зависит от состава горючего вещества
и условий его горения. На пожарах чаще всего горят органические вещества
(древесина. Нефть и нефтепродукты, бумага, ткани, резина и др.), в состав
которых входит углерод, водород, кислород, азот, сера. В зависимости от
условий их горения могут образовываться продукты полного и неполного
сгорания. К продуктам полного сгорания относится углекислый газ, пары
воды, сернистый газ, азот и галогеноводород. Все они не способны гореть и
не поддерживают горение большинства горючих веществ. К продуктам
неполного сгорания относятся угарный газ, продукты термоокислительного
разложения и сажа [1,2,3]. Реже на пожарах горят неорганические вещества,
такие как фосфор, натрий, калий, кальций, алюминий, титан, магний и др.
Продуктами их сгорания являются твердые вещества (в большинстве своем
это оксиды). Одни из них (P2O5, MgO, Na2O) в продуктах сгорания мелко
диспергированы и поднимаются в воздух в виде плотного дыма. Другие
(Al2O3, TiO2) в процессе горения находятся в расплавленном состоянии.
Продукты сгорания многих органических и неорганических веществ
содержат взвешенные твердые частицы (сажа, окислы, соли и др.) [2,3].
Такие дисперсные системы называются дымом. Дым, состоящий из
28
мелкодисперсных частиц, образуется в результате неполного сгорания. Он
образуется как при пламенном, так и беспламенном горении, хотя характер
частиц и формы их образования весьма различны. В состав дисперсионной
среды дыма, образующегося на пожаре при горении органических веществ,
кроме продуктов полного и неполного сгорания содержатся продукты
термоокислительного разложения горючих веществ. Образуются они при
нагреве еще негорящих веществ, находящихся в среде воздуха или дыма,
содержащего кислород. Обычно они содержатся перед факелом пламени или
в верхних частях помещений, где находятся продукты сгорания. Состав
продуктов термоокислительного разложения зависит от природы горючих
веществ, температуры и условий контакта с окислителем (от коэффициента
избытка воздуха). Большинство продуктов термоокислительного разложения,
также, как и продукты неполного сгорания, способны гореть. Концентрация
продуктов сгорания и термоокислительного разложения одних и тех же
горючих веществ непостоянна и во многом зависит от условий горения. Эти
продукты сгорания представляют опасность для человека. В связи с этим
концентрацию их в дыме определяют опытным путем [1,2,3].
Приборы, применяемые для проведения экспериментов.
Муфельная печь LOIPLF-9/11-G1 c модулем управления TS87B4
Печь объемом 11 л, предназначена для выполнения нагрева, закалки,
обжига различных материалов в воздушной среде при температурах от
+100°С до +1100°С.
Рисунок 1.8. Муфельная печь
29
Анализатор дымовых газов testo 330-1 LL
Тип оборудования: газоанализатор, анализатор дымовых газов,
термометр, анализатор утечек газов.
Производитель: Testo AG, Германия.
Серия: testo 330.
Модели: testo 330-1 LL.
Рисунок 1.9. Газоанализатор testo 330LL
Газоанализатор - прибор для определения качественного и
количественного состава смесей газов. Газоанализатор testo 330-1 LL
является автоматическим прибором. Автоматические газоанализаторы
непрерывно измеряют какую-либо физическую или физико-химическую
характеристику газовой смеси или еѐ отдельных компонентов.
Газоанализатор testo 330-1 LL имеет возможность измерения процентного
содержания угарного и углекислого газов, кислорода, окиси азота, а также
измеряет температуру и дифференциальное давление.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]