能源化学实验讲义

1、能源化学实验讲义 聂迎春 2015.10实验一 煤中水分、挥发分含量的测定实验二 石油产品水溶性酸碱、酸值、中和值及皂化值的测定实验三 原料中粗淀粉的测定实验四 原料中纤维素含量的测定实验一 煤中水分、挥发分含量的测定一、实验的目的与要求1 掌握挥发分产率的测定原理及方法。2 掌握本法测定挥发分产率的条件3掌握用空气干燥法测定煤中水分的原理和方法。二、实验原理称取一定量粒度小于6mm的空气干燥煤样,在空气流中于105110下干燥到质量恒定,然后根据煤样的质量损失计算出水分的含量.将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出，由减小的质量再减去水的

2、质量即为煤的挥发分。因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是在特定条件下，煤受热的分解产物，而且其测定值受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不同而异，测定方法为规范性试验方法，因此所测的结果应称为挥发分产率，用符号V表示。根据挥发分产率的高低，可以初步判别煤的变质程度、发热量及焦油产率等各种重要性质，而且几乎世界各国都采用干燥无灰基挥发分作为煤分类的一个主要指标。工业生产上用煤也都首先需要了解挥发分是否合乎要求，所以煤的挥发分是了解煤性质和用途的最基本也是最重要的指标，也是煤分类的重要指标。三、仪器设备1、干燥箱:带有自动控温装置和鼓风机,并能保持温度在105-110范围内.2、干燥器:内装

3、变色硅胶或料状无水氯化钙.3、玻璃称量瓶:直径70mm,高3540mm,4、分析天平:感量0.001g.5、工业天平:感量0.1g.6. 磨口坩埚（测挥发分产率的瓷制专用坩埚）。坩埚盖外缘槽形，此槽正好盖在坩埚口的外缘上，在盖内边有凹处，以备挥发释出。7. 高温炉带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在900±10范围内。8. 坩埚架用镍铬丝制成，其规格以能放置6个坩埚为好，大小应与炉内900±10稳定温度区相适应，放在架上的坩埚底部应与炉堂底距离2030mm。四、测定步骤:(一)水分测定1、用预先干燥并称量过(称准至0

4、.01g)的称量瓶迅速称取粒度小于6mm的煤样1012g(称准到0.01g),平摊在称量瓶中.2、打开称量瓶盖,放入预先鼓风并已加热到105110的干燥箱中,在鼓风条件下、烟煤干燥1h,无烟煤干燥11.5h.3、从干燥箱中取同称量瓶,立即盖上盖,在空气中冷却约5min.然后放入干燥器中,冷却至室温(约20min),称量(称准到0.01g).4、进行检查性干燥,每次30min,直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.001g或质量有所增加为止.在后一种情况下,应采用质量增加前一次的质量作为计算依据.水分在2%以下时,不必进行检查性干燥.5、结果计算水分测定结果按式(1)计算: 式中:Mad煤样的

5、水分,% m煤样的质量,g m1干燥后煤样减少的质量,g.报告值约至小数点后一位.（二）挥发分测定准确称取分析煤样1±0.01g，精确至0.0002g，于已在900±10灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至900±10的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰好7分钟，迅速取出坩埚架，在空气中放置56min，再将坩锅置于干燥器中冷却至室温，称量。从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦渣被氧化，造成测定误差。按下式计算挥发分产率： 式中 m试料的质量，g；m1样品加热后减少的质量，g。实

6、验二 石油产品水溶性酸碱、酸值及皂化值的测定一、实验目的（1）掌握石油产品水溶性酸碱测定（GB/T 259-1988）原理及操作技能。（2）掌握石油产品酸值测定（GB/T 264-1983）原理及操作技能。（3）掌握石油产品皂化值测定（GB/T 8021-2003）原理及操作技能。二、实验仪器和试剂（1）仪器 分液漏斗（250mL或500mL）；试管（直径1520mm，高度140150mm，用无色玻璃制成）；漏斗（普通玻璃漏斗）；量筒（25mL，50mL，100mL）；锥形瓶（100mL和250mL）；瓷蒸发皿、电热板或水浴。滴定管：25 ml,或50 mI。移液管：25 ml,容量瓶：100

7、 mL, 锥形瓶和冷凝管：容量为250 mL或300 mL的耐碱锥形瓶，可以接直形或球形回流冷凝管。直形冷凝管通过磨口与锥形瓶紧密连接；球形冷凝管与锥形瓶连接较松可以透气。回流水冷凝管也可用空气冷凝管代替。（2）试剂 甲基橙（配成0.02%甲基橙水溶液）；酚酞（配成1%酚酞乙醇溶液）；蒸馏水（符合GB6682-1992实验室用水规定中三级水规定）；0#柴油；95%乙醇，0.05molL氢氧化钾乙醇溶液 ;碱性蓝6B溶液（指示剂）甲基红溶液（指示剂。）铬 酸 洗 液 ；丁酮；石油醚；二甲苯。中性酚酞指示剂溶液：将1. 0 g土0.1 g酚酞溶解在100 mL乙醇中（见7.1.1)。用。1 mol

8、/I.氢氧化钾乙醇溶液调至淡红色，即为中性。0.5m ol/L的盐酸标准溶液：用氢氧化钾乙醇标准溶液（见7.1.6)标定，标定时精确到0.00 05 m ol/L,0.5m ol/L氢氧化钾乙醇标准溶液：用乙醇配制0.5 m ol/L的氢氧化钾乙醇溶液。把此溶液放置在暗处，在使用之前静置24 h，并过滤或虹吸后使用。氢氧化钾乙醇溶液用邻苯二甲酸氢钾标准溶液进行标定。0.1 m ol/L邻苯二甲酸氢钾标准溶液：把邻苯二甲酸氢钾在110士5下烘干恒重，然后精确称取2.04 22 g 士0.00 02 g 并装人100m L容量瓶中，用水溶解。为促进溶解可以稍微加热，待冷却后用水稀释到100 ML.

9、三、实验步骤1. 石油产品水溶性酸碱的测定（1）液体石油产品 将50mL试样和50mL蒸馏水放入分液漏斗，加热至5060。对50运动粘度大于75mm2 /s的石油产品，应预先在室温下与50mL汽油混合，然后加入50mL加热至5060的蒸馏水。（2）用指示剂测定水溶性酸、碱 向两个试管中分别放入12mL抽提物，在第一支试管中，加入2滴甲基橙溶液，并将它与装有相同体积蒸馏水和2滴甲基橙溶液的另一支试管相比较。如果抽提物呈玫瑰色，则表示所测石油产品中有水溶性酸存在。在第二支试管中加入3滴酚酞溶液，如果溶液呈玫瑰色或红色时，则表示有水溶性碱存在。2. 石油产品酸值的测定中和1g石油产品所需氢氧化钾毫克

10、数称为酸值。（1）用干燥锥形瓶（1）称取试样8-10g，准确至0.2g（2）取锥形瓶（2）加95%乙醇50ml，加冷凝管煮沸5min，除二氧化碳。加入0.5ml碱性蓝6B(或甲酚红)，趁热用0.05molL氢氧化钾乙醇溶液中和，溶液由蓝色变浅红色（或黄色变紫红色）。（3）将中和过的95%乙醇加入锥形瓶（1），加冷凝管煮沸5min。再煮沸过的混合液中加入0.5ml碱性蓝6B(或甲酚红)，趁热用0.05molL氢氧化钾乙醇溶液滴定，直至溶液由蓝色变浅红色（或黄色变紫红色）。注意：对滴定终点不能呈现浅红色（或紫红色）的试样，允许滴定达到混合液的原有颜色开始明显改变为终点。每次滴定自停止加热到滴定终点

11、所需时间不应超过3min。按下式计算酸值：X=V.TGT=56.1*N式中：V-滴定消耗氢氧化钾乙醇溶液的体积G-试样的重量，gT-氢氧化钾乙醇溶液的滴定度56.1-氢氧化钾的克当量N-氢氧化钾乙醇溶液的当量浓度3. 石油产品皂化值的测定皂化值saponification number每1g试样在试验条件下消耗的氢氧化钾的毫克数。石油产品含有一些能与碱形成金属皂的添加剂，例如脂类。此外，有些用过的机械润滑油，尤其是用过的汽轮机油和内燃机油，也含有一些能与碱发生类似反应的化合物。皂化值就是指每19试样以特定的方式与碱共热时所消耗碱的量。这样，就可估计试样中存在的酸的量，即在加热条件下已转化成金属

12、皂的任何游离酸以及复合酸（如醋中酸）（1）空白试验1.1 每批试样（一个或更多个）在测定时都要同时测定空白值。测定步骤如下：用滴定管或移液管精确量取25 ml，士0. 03 ml一的氢氧化钾乙醇标准溶液，加人到锥形烧瓶中，并加入25 ml，士1 MI.的丁酮或其他可选溶剂。将冷凝管和锥形瓶连接并加热，加热回流时间和测定样品时的加热回流时间一样长。当回流结束后立即沿冷凝管小心加人50 mL的石油醚（当用球形冷凝管时，要稍稍松开冷凝管与锥形瓶的接口），滴定时滴入3滴中性酚酞指示剂溶液。为了加人振荡强度，此时把一枚大小适宜的搅拌棒放入溶液中，用0. 5 mol/L的盐酸标准溶液趁热滴定。空白滴定过程

13、中不需要再加热。当指示剂的颜色消失后，再加人几滴指示剂溶液。如果加人指示剂后滴定溶液又呈现了颜色，则继续滴定至颜色消失，再加人几滴指示剂，如果需要，继续滴定直至终点。当指示剂的颜色完全消失，再加人指示剂后，滴定溶液不再呈现颜色，则表明已到滴定终点，记录空白值V1.注 1：加 热温度要高于丁酮的沸点100C -150C （丁酮沸点为780C) ，回流时要经常震荡，并旋转锥形瓶。注 2： 对 于 精 度要求很高的试样，应做两次空白试验取其平均值。常规试验时，只需测定一个空白值。注 3： 当 用 移 液管移取氢氧化钾乙醉标准溶液时，需把移液管尖端在锥形瓶壁上挂靠30s 以保证排液完全。注 4： 必

14、须 夹 紧回流冷凝管以防止其倒在热浴上使玻璃器皿破裂。注 5： 虽 然 回 流的标准时间需要30m in，而某些醋类在10m in内便能皂化安全。另外，某些难皂化物质则需要两个多 小 时 才 能皂 化 完 全 。除非与相关部门协调并达成一致外，不允许缩短或延长皂化时间。注 6： 在 皂化结束后加入50m L石油醚不仅能清洗冷凝管，还可冷却反应混合物。注 7： 对 于 绝 缘油，不需要加人50m L石油醚。注 ：当 快 到滴定终点时，为了防止滴定混合液发生乳化，应剧烈旋转锥形瓶以保证两相间充分接触。（2）样品测定8.3.1 将试样从小烧杯称人锥形瓶中，并称准至0.0 1g ，加人25m l，士1

15、m l,丁酮或其他可选溶剂，然后用滴定管或移液管精确量取25 mL士0. 03 ml.氢氧化钾乙醇标准溶液并注人其中。对于那些难以溶解的试样如润滑油或添加剂，在加人丁酮之前应先加入15 m1.-25 mL的溶剂油或二甲苯。连接冷凝管和锥形瓶并加热，当回流开始后继续加热30 min(见8.1.1中注5)。然后立即把50 mL的石油醚小心地沿着冷凝管内壁倒人锥形瓶（见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，稍稍松开冷凝管与锥形瓶的接口。向锥形瓶中的试样溶液中加人3滴中性酚酞指示剂。为了加大振荡强度，把一枚大小适宜的搅拌棒放人此溶液中，用0. 5 rn

16、ol/L的盐酸标准溶液趁热滴定（不用再加热）。当指示剂的颜色消失后，再加人几滴指示剂溶液。如果加人指示剂后滴定溶液又呈现了颜色，则继续滴定至颜色消失，再加人几滴指示剂。如果需要，继续滴定直到终点。当指示剂的颜色完全消失，再加人指示剂后溶液不呈现颜色时，则表明已到滴定终点，计此时的滴定剂消耗量为Vz。当测定含蜡样品时，为了防止在滴定过程中试样固化，若有必要，可以再加热溶液。（3）计算试样皂化值A(mgKOH/g）按式（1）计算：A 56 .l c( V1一 V 2） /m式 中 ：c 盐 酸标准溶液的浓度，mol/L;56. 1 氢氧化钾的摩尔质量，g/mol;V1 滴定空白所消耗的盐酸标准溶液

17、的体积，ML;V2 滴定试样所消耗的盐酸标准溶液的体积，mL;m 试 样量，g。实验三 淀粉的测定（费林法）一. 目的要求1. 掌握淀粉测定的方法；2. 理解还原糖测定的原理及操作要点；3. 熟练样品处理、转化、糖滴定等操作。二. 实验原理淀粉测定可先除去样品中的脂肪及其中的可溶性糖、再在一定酸度下，将淀粉水解为具有还原性的葡萄糖。通过对还原糖含量的测定，乘上一换算系数0.9，即为淀粉含量，反应式如下： (C6H10O5) n+nH2On(C6H12O6)n×162.1         

18、0;            n×180.2    根据反应公式，淀粉与葡萄糖之比为：    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。用直接滴定法测定还原糖含量，本法也称斐林试剂快速法。将一定量的碱性酒石酸铜甲液和乙液等体积混合时，硫酸铜与氢氧化钠反应，生成氢氧化铜沉淀：2NaOH + CuSO4 =

19、Cu(OH)2 + Na2SO4所生成的氢氧化铜沉淀与酒石酸钠反应，生成可溶性的酒石酸钾钠铜：在加热条件下，用样液滴定，样液中的还原糖与酒石酸钾钠铜反应，酒石酸钾钠铜被还原糖还原，产生红色氧化亚铜沉淀，还原糖则被氧化和降解，其反应如下：反应生成的氧化亚铜红色沉淀与费林试剂中的亚铁氰化钾（黄血盐）反应生成无色可溶性复盐，便于观察滴定终点。Cu2O + K4Fe(CN)6 + H2O K2Cu2Fe(CN)6 + 2KOH滴定时以亚甲基蓝为氧化还原指示剂。因为亚甲基蓝氧化能力比二价铜弱，待二价铜离子全部被还原后，稍过量的还原糖可使蓝色的氧化型亚甲基蓝还原为无色的还原型的亚甲基蓝，即达滴定终点。根据

20、样液量可计算出还原糖含量。三. 实验用品1. 仪器：微量滴定管、电热恒温水浴锅，调温电炉，150ml锥形瓶；2. 试剂：碱性酒石酸铜甲液：称取15g硫酸铜（CuSO4·5H2O）及0.05g亚甲基蓝，溶于蒸馏水中并稀释到1000ml。碱性酒石酸铜乙液：称取50g酒石酸钾钠及75g NaOH，溶于蒸馏水中，再加入4g亚铁氰化钾K4Fe（CN）6，完全溶解后，用蒸馏水稀释到1000ml，贮存于具橡皮塞玻璃瓶中。0.1葡萄糖标准溶液：准确称取1.000g经98100干燥至恒重的无水葡萄糖，加蒸馏水溶解后移入1000ml容量瓶中，加入5ml浓HCl（防止微生物生长），用蒸馏水稀释到1000m

21、l。6mol/LHCl：取250ml浓HCl（35%38%）用蒸馏水稀释到500ml。碘碘化钾溶液：称取5g碘，10g碘化钾溶于100ml蒸馏水中。6N NaOH：称取120gNaOH溶于500ml蒸馏水中。0.1%酚酞指示剂。3. 材料：马铃薯、苹果、葡萄等 四. 测定方法（1）样品处理称去皮切碎的苹果肉2g，置研钵中磨成匀浆，用蒸馏水冲洗转移入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溶液检查水解是否完全。如已水解完全，则不呈现蓝色，水解毕。此时样品中的蔗糖水解成还原糖。取出冷却，对含蛋白质较多的样品，可滴加10%

22、Pb(Ac)2到溶液不再产生白色絮状沉淀时为止，加饱和Na2SO4除去多余的铅离子，然后加1%酚酞2-3滴，加6mol/L NaOH中和至微红，定容到100ml，摇匀后过滤待测。（2）碱性酒石酸铜溶液的标定 准确吸取碱性酒石酸铜甲液和乙液各5m1,置于150m1锥形瓶中，加水l0ml，加玻璃珠3粒。从滴定管滴加约9m1葡萄糖标准溶液，加热使其在2分钟内沸腾，准确沸腾30秒钟，趁热以每2秒1滴的速度继续滴加葡萄糖标准溶液，直至溶液蓝色刚好褪去为终点。记录消耗葡萄糖标准溶液的总体积。平行操作3次，取其平均值，按下式计算。 F=c · V式中：Fl0ml碱性酒石酸铜溶液相当于葡萄糖的质量，

23、mg; c葡萄糖标准溶液的浓度，mg /ml； V标定时消耗葡萄糖标准溶液的总体积，ml.（3）样品糖的定量测定样品溶液预测定（预滴定）吸取碱性酒石酸铜甲液及乙液各5.00ml，置于250ml锥形瓶中，加蒸馏水10ml，加玻璃珠3粒，加热使其在2min内沸腾，准确沸腾30s，趁热以先快后慢的速度从滴定管中滴加样品溶液，滴定时要保持溶液呈沸腾状态。待溶液由蓝色变浅时，以每2s 1滴的速度滴定，直至溶液的蓝色刚好褪去为终点。记录样品溶液消耗的体积。样品溶液测定：吸取碱性酒石酸铜甲液及乙液各5.00ml，置于锥形瓶中，加蒸馏水10ml，加玻璃珠3粒，从滴定管中加入比与测试样品溶液消耗的总体积少1ml

24、的样品溶液，加热使其在2min内沸腾，准确沸腾30s，趁热以每2s 1滴的速度继续滴加样液，直至蓝色刚好褪去为终点。记录消耗样品溶液的总体积。平行操作3次，取其平均值。五实验数据及结果处理1. 实验数据测定次数123平均值标定消耗葡萄糖标准溶液总体积消耗样品溶液的总体积2. 结果计算式中：m样品质量，g；F10ml碱性酒石酸铜溶液相当于葡萄糖的量，mg；V滴定时平均消耗还原糖或总糖样品溶液的总体积，mlV1还原糖或总糖样品溶液的总体积，ml；1000mg换算成g的系数。六. 注意事项1. 本法是根据一定量的碱性酒石酸铜溶液（Cu2量固定）消耗的样液量来计算样液中还原糖含量，反应体系中Cu2的含

25、量是定量的基础，所以在样品处理时，不能用铜盐作为澄清剂，以免样液中引入Cu2，得到错误的结果。2. 碱性酒石酸铜甲液和乙液应分别贮存，用时才混合，否则酒石酸钾钠铜络合物长期在碱性条件下会慢慢分解析出氧化亚铜沉淀，使试剂有效浓度降低。3. 滴定必须是在沸腾条件下进行，其原因一是加快还原糖与Cu2的反应速度；二是亚甲基蓝的变色反应是可逆的，还原型的亚甲基蓝遇空气中的氧时会再被氧化为氧化型。此外，氧化亚铜也极不稳定，易被空气中的氧所氧化。保持反应液沸腾可防止空气进入，避免亚甲基蓝和氧化亚铜被氧化而增加消耗量。4. 滴定时不能随意摇动锥形瓶，更不能把锥形瓶从热源上取下来滴定，以防止空气进入反应溶液中。

26、5. 样品溶液应预测，其目的：一是本法对样品溶液中还原糖浓度有一定要求（0.1%左右），测定时样品溶液的消耗体积应与标定葡萄糖标准溶液时消耗的体积相近，通过预测可了解样品溶液浓度是否合适，浓度过大或过小应加以调整，使预测时消耗样液量在10ml左右；二是通过预测可以知道样液大概消耗量，以便在正式测定时，预先加入比实际用量少1ml左右的样液，只留下1ml左右样液在继续滴定时加入，以保证在1分钟之内完成继续滴定工作，提高测定的准确度。6. 必须严格控制反应液的体积，标定和测定时消耗的体积应接近，使反应体系碱度一致。热原一般采用800W电炉，电炉温度恒定后才能加热，热原强度应控制在使反应液在两分钟内沸腾，且应保持一致；否则加热至沸腾所需时间就会不同，引起蒸发量不同，使反应液碱度发生变化，从而引入误差。沸腾时间和滴定速度对结果影响也较大，一般沸腾时间短，消耗糖液多，反之，消耗糖液少。滴定速度过快，消耗糖量多，反之，消耗糖量少。因此，测定时应严格控制上述条件，力求一致。平行试验的样液消耗量相差不应超过0.1ml。七. 思考题1 在费林试剂比色法中为什么可以用亚甲基蓝作为滴定终点的指示剂？2 用费林试剂比色法测定还原糖，为什么整个滴定过程必须使溶液处于沸腾状态？3 用费林试剂比色法，为什么必须用已知浓度的葡