Лабораторная работа № Определение содержания серы в топливе

Цель работы.

Применить знания, полученные по теме «гравиметрия» дисциплины «Аналитическая химия».

Приобрести навыки фильтрования и работы с аналитическими весами. Применить знания по расчету результатов методом математической статистики.

Пояснения к работе.

В угле содержится пиритная сера (сульфидная), сера органических соединений и сульфатная:

Sобщ = Sпир + Sорг + Sсульф

При сжигании навески угля сгорает и превращается в двуокись пиритная и органическая сера, а сульфатная остается в золе. Поэтому при коксовании угля до 70% серы переходит в кокс. Двуокись серы, образующаяся при разложении пирита, частично связывается некоторыми окислами металлов и увеличивает содержание серы в коксе. Сера - одна из наиболее нежелательных примесей в угле. При выплавке чугуна сера из кокса переходит в чугун, придавая ему повышенную хрупкость. В литейном коксе допускается не более 1% серы. Кокс, содержащий серу, не пригоден для выплавки качественных металлов. Содержание серы в углях различных бассейнов неодинаково.

Наиболее распространенный метод определения общего содержания серы в угле - метод Эшка - прокаливание угля со смесью, состоящей из 1 весовой части воды Na₂CO₃ и 2 весовых частей окиси магния MgO или двуокиси марганца МnO₂. Сера, находящаяся в угле, при этом переходит в растворимые в воде соединения. В основном образуются сульфиты натрия, которые окисляются кислородом воздуха до соответствующих сульфатов. Образующиеся Na₂SO₄ и MgSO₄ выщелачивают водой, а сульфат-ионы осаждают в виде сульфата бария:

BaCl₂+Na₂SO₄ = BaSO₄+2NaCl

ВаС1₂+ MgSO₄ = BaSO₄+MgCl₂

Количество образующегося сульфата бария определяют весовым методом и по нему рассчитывают содержание серы в угле. При расчете применяют следующие условные обозначения: S^a_общ - процентное содержание серы в аналитической пробе топлива; S^p и S^c -процентное содержание серы в рабочем и сухом топливе соответственно.

Задание.

1. Отобрать пробу топлива и подготовить для испытания.

2. Провести испытание.

3. Ввести данные испытания в таблицу отчета.

4. Выполнить расчеты.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Работа в лаборатории.

В зависимости от предполагаемого содержания серы в угле берут следующие навески: при содержании серы до 4% - около 1г, а выше 4% - около 0,5г. Навеску помещают в тигель и тщательно перемешивают платиновой проволочкой с 2 г смеси Эшка, затем содержимое тигля покрывают сверху 1г этой же смеси. Смесь берут с точностью до 01 г, она не должна содержать более 0,02% серы. Тигель помещают в холодный муфель или тигельную печь и постепенно (в течение 2-2,5 часов) нагревают до 800-850°. При этой температуре дают выдержку 1,5-2 часа. Когда сгорит весь уголь , нагревание прекращают. Показателем служит изменение окраски навески (из серой в розовую или желтую). После охлаждения содержимое тигля разрыхляют платиновой палочкой и высыпают в стакан емкостью 350 мл, прибавляют 100-150 мл горячей дистиллированной воды, смывая приставшие к стенкам тигля частицы, и нагревают до кипения. (Если частицы не смываются со стенок, тигель помещают в стакан). Если при выщелачивании сульфатов натрия и магния обнаруживаются черные частицы, обычно всплывающие, определение повторяют.

Содержимому стакана дают отстояться и прозрачную жидкость декантируют через обычный фильтр. К осадку в стакане прибавляют 50 мл горячей дистиллированной воды. Декантацию проводят 3-4 раза, после чего осадок умывают на фильтр, где его несколько раз промывают сильной струей из промывалки. В полученном растворе содержатся сульфаты магния и натрия.

Из раствора осаждают BaSO₄, для чего раствор нейтрализуют 10 %-ным раствором НСl, добавляют избыток (5 мл) НСl, нагревают до кипения и приливают 10 мл нагретого до кипения 5 %-ного раствора хлористого бария. Раствор нагревают в течение 2 ч на кипящей водяной бане, а затем 12 ч выдерживают при комнатной температуре. Содержимое стакана фильтруют через плотный беззольный фильтр. Осадок BaSO₄ промывают на фильтре горячей водой до полного удаления ионов хлора, контролируя их наличие в фильтрате азотнокислым серебром. Фильтр с осадком переносят в фарфоровый тигель и слегка уплотняют платиновой палочкой. Осторожно подогревая, фильтр с осадком сначала высушивают, а затем обугливают, не давая ему загореться. Тигель с осадком прокаливают в муфеле или на горелке при 800-850°С. Прокаливание ведут до постоянной массы.

Содержание отчета.

№ тигля	Масса тигля со смесью Эшка, г	Масса тигля со смесью Эшка и топливом, г	Навеска топлива, (m1), г	Масса пустого тигля, г	Масса тигля с сульфатом бария после первого прокаливания, г	Масса тигля с сульфатом бария после второго прокаливания, г	Масса тигля с сульфатом бария доведенного до постоянной массы, г	Масса сульфата бария, (m), г
1
2

Содержание серы в исследуемом угле S^a_общ в процентах вычисляют по формуле

F - коэффициент пересчета массы сульфата бария на содержание в нем серы, полученный из пропорции

Во избежании ошибки вследствие присутствия в реактивах, входящих в смесь Эшка, соединений серы можно провести «глухой» опыт, повторяющий во всех деталях определение серы без навески угля. Найденную массу сульфата бария g2 в «глухом» опыте вычитают из массы сульфата бария g полученной в прямом опыте.

Для пересчета содержания серы в угле различной влажности на серу сухого угля (в процентах) пользуются следующими формулами:

а) пересчет результатов анализа влажного угля на сухой:

б) пересчет результатов анализа угля одной влажности на уголь яругой влажности

Допустимые расхождения аналитических данных при анализе угля на серу методом прокаливания составляют 0,1%.

Выводы.

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные требования по технике безопасности при работе с электроприборами?

2. Рассказать основные операции при проведении фильтрования методом декантации и количественного проведения осадка на фильтр?

3. В каких соединениях содержится сера в топливе?

4. Какие соединения серы относятся к горючим, летучим и к балласту?

5. В каких единицах рассчитывается сера в топливе?

6. Как пересчитать серу на сухое и рабочее состояние топлива?

Литература.

Г

стр

одовская К.И. Технический анализ. Изд. 2-е, испр. и доп. Учеб. Пособие для техникумов. М., «Высшая школа», 1872. Стр. 126-128.