Wydział Geoinżynierii Wrocław, 27 maja 2010
Górnictwa i Geologii
Politechniki Wrocławskiej
CHEMIA
Sprawozdanie z ćwiczenia
pt. „Procesy spalania”
Natalia Deptuła
grupa: piątek, godz.8:30
rok I
I.WPROWADZENIE
Utlenianie jest to proces polegający na reagowaniu substancji z tlenem
w odpowiednich warunkach. Utlenianie w niskich temperaturach zachodzi wolno, aby je przyśpieszyć należy ogrzać substancję. Od pewnej temperatury reakcja zachodzi szybciej,
bez konieczności podtrzymywania tego procesu, wykorzystując do tego wydzielające się ciepło. Przy dużej ilości wydzielanego ciepła wzrasta temperatura substancji, utlenianie ma charakter gwałtowny towarzyszy mu rozżarzenie się substancji, emisja promieniowania cieplnego oraz pojawienie się płomieni. Jest to spalanie. Temperatura, podczas której zachodzi spalanie nazywa się temperaturą zapłonu. W reakcji substancji organicznych
z powietrzem produktami całkowitego spalania jest dwutlenek węgla i woda. W przypadku obecności azotu, siarki, fosforu tworzą się odpowiednie tlenki tych pierwiastków. Powstawanie popiołu w reakcji spalania uzależnione jest od obecności metali bądź substancji mineralnych. Metale aktywne ulegają utlenianiu także z fluorem i chlorem (Apostoluk, 2010).
Paliwa dzielimy na stałe, ciekłe i gazowe oraz na naturalne (drewno, torf, wszystkie gatunki węgli kopalnych, ropę naftową, gaz ziemny) i sztuczne (brykiety, węgiel drzewny, koks gazowniczy i hutniczy, produkty przeróbki ropy naftowej i upłynnienia węgla). Nikrometan, nitrogliceryna, borowodory to przykłady paliw rakietowych dostarczających duże ilości ciepła w przeliczeniu na jednostkę masy spalanej substancji. Tlenki węgla, para wodna, zanieczyszczenia związkami siarki i azotu, popiół oraz części stałe w dymie
to produkty spalania paliw stałych. Przy spalaniu paliw ciekłych i azowych nie wydziela się popiół (Apostoluk, 2010).
II. CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA
1. Spalanie bez obecności tlenu
1.1.Metodyka
Do płytkiej dużej zlewki nalano wody do połowy wysokości. Na małym, odwróconym wypukłością ku górze szkiełku zegarkowym umocowano ogarek świecy. Szkiełko wraz ze świecą umieszczono w zlewce z wodą. Świeczkę zapalono i przykryto ją zlewką
o pojemności 250 cm3.
1.2.Obserwacje
Świeczka paliła się coraz to mniejszym płomieniem i po krótkiej chwili zgasła, woda w zlewce po zgaśnięciu świeczki zassała się.
1.3.Interpretacja
Płomień gasł ponieważ było co raz mniej tlenu, gdy go zabrakło świeczka zupełnie zgasła, wytworzyła się próżnia która spowodowała zassanie wody.
1.4.Wnioski
Proces spalania zachodzi w obecności tlenu.
2. Spalanie magnezu w powietrzu.
2.1.Metodyka
Na końcu żelaznego drutu umocowano kawałek cienkiej wstążki magnezowej.
Do zlewki wlano 50 cm3 wody destylowanej i dodano kilka kropel fenoloftaleiny. Następnie spalono nad zlewką wstążkę magnezową. Wymieszano roztwór.
2.2. Obserwacje
Wstążka magnezowa zaczęła palić się dopiero po chwili bardzo jasnym płomieniem. Po zmieszaniu wstążki z zawartością zlewki substancja zaczęła przybierać różowo-fioletową barwę, która stawała się coraz bardziej intensywna i ciemna.
2.3. Interpretacja
Różowo-fioletowa barwa mieszaniny jest spowodowana zasadowym charakterem substancji. Podczas spalania wstążki magnezowej powstał tlenek magnezu, po zmieszaniu
z wodą powstał zasadowy wodorotlenek magnezu.
2Mg + O2 → 2MgO
MgO + H2O → Mg(OH)2
2.4. Wnioski
Reduktorem w reakcji jest magnez a utleniaczem tlenek magnezu. Magnez spala się w powietrzu.
3. Spalanie magnezu w CO2
3.1. Metodyka
Umocowano kawałek cienkiej wstążki magnezowej na końcu drutu. Zapalono magnez w płomieniu palnika i wprowadzono go do dużej probówki napełnionej dwutlenkiem węgla.
3.2. Obserwacje
Po wprowadzeniu wstążki magnezowej do probówki z dwutlenkiem węgla płomień zgasł.
3.3. Interpretacja
Wstążka magnezowa uległa spalaniu mając dostęp do tlenu, gdy przeniesiono ją do probówki gdzie nie było tlenu tylko dwutlenek węgla płomień zgasł.
2Mg+O2 → 2MgO
3.4. Wnioski
Dwutlenek węgla nie podtrzymuje spalania. Reduktorem jest magnez a utleniaczem tlenek magnezu.
4. Spalanie żelaza w powietrzu
4.1. Metodyka
Zapalono "zimny ogień" w płomieniu palnika. Pozbierano produkty spalania
i określono jaki tlenek żelaza wchodził w ich skład.
4.2. Obserwacje
„Zimny ogień” paląc się, rozpadł się na małe części, po spaleniu część pozostała na druciku była czarna. Po przystawieniu magnesu na spód kartki, okruchy spalonego „zimnego ognia” reagowały na pole magnetyczne poruszając się za magnesem.
4.3. Interpretacja
„Zimny ogień” spalał się w tlenie. Produktami spalania były tlenki żelazawo-żelazowe ponieważ jako jedyne miały właściwości magnetyczne.
10Fe + 7O2 → 2Fe2O3 + 2Fe3O4
4.4. Wnioski
Zaobserwowano zjawisko piroforyczności rozdrobnionego żelaza, które ogrzane do odpowiedniej temperatury spala się w tlenie.
5. Spalanie węgla kamiennego i zawartych w nich związków siarki oraz określenie zawartości popiołu
5.1. Metodyka
Odważono w dwóch tygielkach porcelanowych po jednym gramie węgla z dokładnością do 0,002 g . Do jednego z nich wprowadzono 1,0 g CaO. Wymieszano zawartość drugiego tygielka zawierającego węgiel z wapnem. Przez potrząsanie tygielkami spowodowano ułożenie się próbki w postaci równomiernej warstwy. Do pieca ogrzanego do 800°C włożono tygielki i pozostawiono je na 15 minut. Następnie wyciągnięto próbki, ostudzono tygielki na powietrzu. Określono wagę tygielka z popiołem, który nie zawierał CaO oraz obliczono zawartość popiołu w węglu. Do drugiego tygielka, który zawierał CaO, dodano 10 cm3 0,001kmol/m3 HCl. Po kilku minutach mieszania zawiesiny odstawiono tygielek, poczekano na opadnięcie 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.
5.2 Obserwacje
Zawartość tygielka po wyciągnięciu z pieca przywarła do dna. Po dodaniu HCL nie zauważono zmiany barwy. Po przesączeniu otrzymano klarowny roztwór, który po dodaniu BaCl2 zmętniał.
5.3. Interpretacja
Po spaleniu waga tygielka zwiększyła się ponieważ pojawił się popiół.
Waga tygielka |
Waga naważki |
Waga po spaleniu |
21,453 g |
1,071 g |
22,077 g |
Waga popiołu: (21,453g + 1,071g) - 22,077g = 0,447g
W roztworze znajdowały się jony siarczanowe, ponieważ wytworzył się osad (zmętnienie zawartości probówki).
Reakcja spalania pirytu:
4 FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2
SO2 + CaO → CaSO3
5.4. Wnioski
Ilość popiołu zależy od obecności metali lub substancji mineralnych, w tym wypadku popiołu była znaczna ilość, co dowodzi, że powyższych związków było dość dużo.
III. LITERATURA CYTOWANA
Apostoluk, W., 2010. Instrukcja do ćwiczeń z chemii, strona internetowa http://www.ig.pwr.wroc.pl/minproc/zpkio