Wydział Geoinżynierii Wrocław, 23 kwietnia 2012

Górnictwa i Geologii

Politechniki Wrocławskiej

CHEMIA

Sprawozdanie z ćwiczenia

pt. „Procesy spalania”

Grupa:

Rok pierwszy

1. Wprowadzenie

Większość pierwiastków chemicznych i szereg innych substancji w odpowiednich warunkach reaguje z tlenem. Proces taki nazywamy utlenieniem. W temperaturze pokojowej tlen jest stosunkowo bierny chemicznie i tylko nieliczne substancje reagują z nim w tej temperaturze. Do takich substancji zalicza się np. fosfor, który w temperaturze pokojowej utlenia się na powietrzu, a z czystym tlenem reaguje w sposób gwałtowny (Apostoluk, 2012).

W procesach utleniania charakterystyczne jest, że łączenie się danej substancji z tlenem w niskich temperaturach zachodzi z bardzo małą szybkością. Pomimo tego, że w większości przypadków proces ten przebiega z wydzielaniem ciepła, aby reakcję przyspieszyć należy substancję ogrzać. Powyżej pewnej temperatury reakcja przebiega już bez naszej ingerencji i podtrzymywana jest kosztem wydzielającego się ciepła. Duże ilości wydzielającego się ciepła powodują znaczny wzrost temperatury utlenianej substancji, oraz zwiększają szybkość reakcji utleniania i doprowadzają do stanu, w którym przebieg jej ma charakter gwałtowny (Apostoluk, 2012).

1. Część doświadczalna

1. Spalanie

   1. Metodyka

Do zlewki wlano wody do połowy jej wysokości. Na małym, odwróconym wypukłością ku górze, szkiełku zegarkowym umocowano ogarek świecy i umieszczono w zlewce z wodą. Świeczka została zapalona i przykryta zlewką o pojemności 250 cm³.

1. Obserwacje

Świeczka paliła się przez moment. Po chwili jej płomień malał, aż zgasł. Poziom wody pod zlewka podniósł się.

1. Interpretacje

Płomień świeczki paląc się zużywal tlen znajdujący się w odwroconej zlewce. Poziom wody rosł, poniewarz płomień pobierał tlen, co powodowało zmniejszenie ciśnienia powietrza pod zlewką.

1. Wnioski

Podwyższenie poziomu wody pod zlewką świadczy o zmniejszaniu się ćiśnienia powietrza. W reakcji spalania tlen jest utleniaczem

1. Spalanie magnezu w powietrzu

   1. Metodyka

Na końcu żelaznego drutu umocowano kawałek cienkiej wstążki magnezowej. Do zlewki wlano około 50 cm³ wody destylowanej i dodano kilka kropel fenoloftaleiny. Następnie spalono nad zlewką wstążkę magnezową po czym dodano ja do zlewki.

1. Obserwacje

   Magnez palił się jasnym płomieniem. Po dodaniu magnezu do roztworu przybrał on kolor malinowy.

2. Interpretacje

Reakcja spalania magnezu zachodzi według równania Mg + O₂ = MgO. Powstały tlenek magnezu po wrzuceniu do wody zareagował z nią MgO + H₂O = Mg(HO)₂. Wodorotlenek ma odczyn zasadowy, przez co roztwór zabarwił się na malinowo.

1. Wnioski

W reakcji tlen jest utleniaczem, a magnez reduktorem. Wodorotlenek ma odczyn zasadowy, przez co roztwór zabarwił się na fioletowo.

1. Spalanie magnezu w CO₂

   1. Metodyka

Na koścu drutu zamocowano kawałek cienkiej wstążki magnezowe. Zapalono magnez w płomieniu palnika i szybko wprowadzono go do dużej probówki napełnionej dwutlenkiem węgla.

1. Obserwacje

W probówce osadziła się sadza.

1. Interpretacje

W probówce zaszła następująca reakcja Mg + CO₂ = MgO₂ + C.

1. Wnioski

W reakcji dwutlenek węgla jest utleniaczem, a magnez reduktorem. W wyniku jej reakcji powstaje węgiel.

1. Spalanie żelaza w powietrzu

   1. Metodyka

W płomieniu palnika zapalono "zimny ogień". Następnie produkty spalania przyciągnięto magnesem osłoniętym kartką papieru. Po odłączeniu kartki od magnesu zaobserwowano barwę produktów.

1. Obserwacje

Podczas spalania zimnego ognia, na białą kartkę opadały małe opiłki. Po przeciągnięciu pod nimi magnesu, ułożyły się w linie pola magnetycznego. Miały barwę brunatno-czerwona.

1. Interpretacje

Brunatno-czerwona barwa oraz właściwości magnetyczne świadczą o obecności tlenków żelazawo-żelazowych.

1. Wnioski

   Żelazo spala się w powietrzu tworząc tlenki żelazawo-żelazowe.

1. Spalanie węgla kamiennego

   1. Metodyka

Do dwóch porcelanowych tygielków dodano dokładnie po jednym gramie węgla. Do jednego z nich dodatkowo dodano 1g CaO. Zawartość tego tygielka dokładnie wymieszano. Przez lekkie potrząsanie tygielkami spowodowano ułożenie się próbki w postaci równomiernej warstwy. Tygielki wstawiono do pieca rozgrzanego do temperatury 800 stopni Celsjusza i pozostawiono w nim na 30 minut. Następnie wyciągnięto próbki i ostudzono. Określono wagę tygielka z popiołem, który nie zawierał CaO oraz obliczono zawartość popiołu w węglu. Do drugiego tygielka zawierającego CaO, dodano 10 cm³ 0.001kmol/m³ HCl. Po kilku minutach mieszania odstawiono tygielek aż do opadnięcia cząstek, a następnie zdekantowano roztwór wodny do probówki. Określono czy w roztworze znajdują się jony siarczanowe przez reakcję z 2 cm³ 0.01 kmol/m³ roztworu BaCl₂. Opisano skąd wziął się w popiele siarczan wapnia (gips) wiedząc, że węgiel zawierał około dwa procenty pirytu (FeS₂). Zapisano reakcje spalania pirytu wiedząc, że powstający SO₂ w obecności tlenu wiązany jest przez CaO.

1. Obserwacje

Masa tygielka: 24,041g

Masa węgla: 1.181g

Masa tygielka po spaleniu: 24,873g

Masa samego tygielka: 24,857 g

Masa po dosypaniu węgla: 26,215 g

Masa po dosypaniu CaO: 27,157g

Masa węgla z CaO: 2,3g

Masa po spaleniu: 26,841g

1. Interpretacje

Masa popiołu: 24,873g – 24,041g= 0.832g.

Zawartość popiołu w węglu: $\frac{0.832}{1.181} \bullet 100\% =$70%

Masa popiołu tygielka z CaO: 26,841g – 24,857 g = 1.984g.

Zawartość popiołu w węglu z dodatkiem CaO: $\frac{1.984}{2,3} \bullet 100\% =$86%

W piecu zaszło utlenianie węgla, reakcję utleniania można zapisać równaniem . Piryt zawarty w węglu, podczas utleniania doprowadził do powstania kolejno dwutlenku siarki i gipsu .

Do drugiego tygielka, po wyjęciu z pieca, dodano HCl, reakcja zaszła według równania . Następnie dodano BaCl_2, przez co zaszła reakcja jonów baru z jonami siarczanowymi .

1. Wnioski

Podczas spalania, powstaje dwutlenek węgla i woda w postaci pary wodnej. Dodatkowo utleniają się zawarte w węglu związki chemiczne, na przykład piryt. Utlenianie pirytu prowadzi do powstania dwutlenku siarki.

III. Literatura cytowana

Apostoluk, W., 2012. Procesy spalania, Instrukcja do ćwiczeń z chemii

Wydział Geoinżynierii Wrocław, 23 kwietnia 2012

Górnictwa i Geologii

Politechniki Wrocławskiej

PODSTAWY GEOLOGII

Ćwiczenie: Przekrój geologiczny

Paweł Pypeć

Grupa: czwartek 8:15

Rok pierwszy