煤化学实验

（22） 硫酸：化学纯，密度1.84g/cm3。 （23） 三氧化钨：化学纯 ，粉状。

（24）粒状二氧化锰：使用硫酸亚锰和高锰酸钾制备。其执法如下：称取25g硫酸亚锰(MnSO425 H2O)，溶于500mL蒸馏水中，另将16.4g高锰酸钾，溶于300mL蒸馏水中，分别加热到50~60℃。再将高锰酸钾溶液慢慢注入硫酸亚锰溶液中，并搅拌均匀，然后加入10 mL1+1的硫酸，将溶液加热到70~80℃继续搅拌5 min。停止加热，静置约2~3h，以倾泻法过滤并用热蒸馏水洗至中性。将沉淀放入干燥箱在150℃下烘干2~3h，即得褐色疏松的二氧化锰。小心破碎至2 mm以下并过筛，取粒度0.5~2 mm的二氧化锰备用。二氧化锰中含有适量的水分有利于氮氧化物的吸收。因此，不能用完全干燥的二氧化锰。 （25）氢氧化钠：化学纯或氢氧化钾化学纯。 四、实验准备

（1）仪器准备：碳氢测定仪由以下三个系统组成。 ①氧气净化系统

氧气净化系统是由一个洗气瓶和两个气体干燥塔组成。洗气瓶内装适量40%氢氧化钾溶液，其中一个气体干燥塔下部（约1/3）装碱石灰，上部（约2/3）装无水氯化钙或高氯酸镁；另一个气体干燥塔装无水氯化钙或高氯酸镁。 ②吸收系统

吸收系统由四个U形管组成，以此为吸水管（内装无水氯化钙或高氯酸镁）、除氮管（前2/3装二氧化锰，后1/3装无水氯化钙或高氯酸镁）。

吸收系统的末端连接一个空U形管（防止起泡剂中硫酸倒吸）及一个装有浓硫酸的气泡剂。仪器装置如下：

③燃烧系统

燃烧系统由燃烧管和三节炉组成。燃烧管按下述方式充填。

制作三个长30 mm和一个长100 mm的铜丝卷，直径稍小于燃烧管的直径，一便能自由推入管内并与管壁保持尽可能小的间距。100 mm的铜丝卷一端装设一个粗铜丝制成的环或钩，以便铜丝卷入管中被取出或放入，所制成的铜丝卷应在箱型电炉内于800C下灼烧一小时，燃烧管出气端留有长500mm长的空间。以下依次为30mm银丝卷，30MM铜丝卷、130~150MM（与第三节电炉长度一致）铬酸铅（若石英管，应该用铜片将铬酸铅与管壁隔开）、30MM铜丝卷、330~350MM（与第二节电炉长度相同）线状或粒状氧化铜、30mm铜丝卷、310mm空间（与第一节电炉长度加上瓷舟长度相等）和100mm铜丝卷。其填充

方式如图3-6所示。燃烧管两端橡皮帽或铜接头，以便分别同净化系统和吸收系统联通，新橡皮帽在使用前应先在105~110C的温度下烘烤8h。 （2）炉温的校正

将工作热电偶插入第三节的热电偶孔中，使热端稍进入炉膛。使热电偶与高温表连接。炉温升到规定温度后，保温1h，然后将标准热电偶相继置于空燃烧管中对应第一、第二、第三节炉的中心处（注意勿使热电偶与燃烧管壁接触）。

热电偶处于第一个位置时，都要调节炉温，使标准热电偶所指示的炉温恰好符合实验要求的温度，并恒温5min，同时记下工作热电偶的工作读数。在实际测定中，及以此标定的温度进行控制。

（1） 气密性检查

将仪器按图3-5连接好，开启所有U形管旋塞，接通氧气；调节氧气流量为

120ml/min，然后关闭靠近u形管旋塞，此时若氧气流量降至20ml/min，表明系统气密；否则应检查漏气处并解决，解决气体气密。

（2） 空白值测定

仪器各系统连接后，检查其气密性。若不漏气，通电升温并接通氧气；流量为120ml/min。升温过程中将第一节电炉反复移动数次。系统通气20min左右，取下吸收管，并关闭吸收管旋塞，用绒布擦净，在天平旁放置10分钟后称量。当第一节炉温达到并保持在850+—10C，第二节炉温达到并保持在800+—10C，第三节炉温达到600+-10C,将第一节炉紧靠第二节炉，接上以称量的吸收管。在燃烧舟中加入三氧化钨，打开燃烧管进气端的橡皮帽，取出铜丝卷，将装有三氧化钨的燃烧舟推到第一节炉的入口处，把铜丝卷放回燃烧管，套上橡皮帽，接通氧气，调节氧气流量为120ml/min。移动第一节炉，使燃烧舟处于炉的中心。通气23min,将第一节炉移回原位，经2min后，停止通入氧气并取下吸收管，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量。水分吸收管的增重就是空白值。重复上述操作，连续两次所得空白值相差不超过0.0010g，除氮管和二氧化碳吸收管最后一次质量变化不超过0.0005g时为止。取两次的平均值作为当天计算氢的空白值。

做空白值实验前，先确保保温管的位置，使出口端温度尽可能高又不至于使橡皮帽分解，若空白值不易达到稳定，可适当调整保温管的位置。

3-6图

五、测定步骤

（1） 将第一节炉温控制在（850±10）℃，第二节炉温控制在（800±10）℃，第一节

炉温控制在（600±10）℃，，并将第一节炉紧靠第二节炉。

（2） 在预先灼烧过的燃烧舟中称取粒度小于0.2 mm的一般分析试样煤样0.2g（准至

0.0002g）摊均并摇平，在煤样上铺撒一层氧化钨（与空白值测定时用量一致），然后将燃烧舟暂存入无干燥器中备用。

（3） 将已经恒重并称出质量的水分和二氧化碳吸收管连接好，以120Ml/min的速度通

入氧气。关闭吸水U形管，打开燃烧管进口，取出铜丝卷，迅速放入燃烧舟，使其前段恰好在第一炉口处，再将铜丝卷放回燃烧管，套上橡皮帽，立即开启U形管并通入氧气使流量为120mL/min,过1min向净化系统移动第一节炉，使燃烧舟的一半进入炉子；再过2min后移动炉子，使燃烧舟刚好全部进入炉子；再经2min使燃烧舟位于第一节炉的中心。保温18min后，将第一节炉移回原处。2min后停止抽气。关闭和拆下吸收管，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量（除氮管不称量）。

六、实验记录和结果计算 (1)实验记录: 煤样名称 煤样来源 瓷舟编号 U形管质量/g 吸收管 水分吸收管 瓷舟质量 吸收前质量/g 二氧化碳分吸收管 瓷舟+煤样质量/g 吸收后质量/g 煤样质量m/g 增量值/g 煤样水分Mad/% 重复测值/% Had= Had= Cad= Cad= Cad= 平均值/% Had= 水分空白值m3/g (2)结果计算 测定结果按下式计算：Cad=[（0.272 9m1）/m]3100

Had=[0.1119（m2-m3）/m] 3100-0.1119Mad

式中Cad——空气干燥基碳元素含量，%； Had——空气干燥基氢元素含量，%； m——一般分析试验煤样质量，%； m1——二氧化碳吸收管增量，%； m2——水分吸收管增量，%； m3——水分空白值，g；

0.2729——由二氧化碳折算碳的因素；

0.1119——由水折算氢的因素；

Mad——一般分析试验煤样水分，%。

当需要测定有机碳Co，ad=(0.2729m1/m) 3100-0.2729（CO2）ad

式中（CO2）ad——一般分析试验煤样中碳酸盐二氧化碳含量，%；其余符号同前。 七、精密度

同一化验室重复性限/% Cad Had 0.50 0.15 不同一化验室再现性临界差/% Cd Hd 1.00 0.25 八、注意事项

（1） 在整个测定过程中，应随时注意各节炉温不得超过规定温度，尤其是第三节炉温

不能超过600℃。如炉温过高，铬酸铅将会融化，使实验无法继续进行，甚至损坏燃烧管，而且硫酸铅在较高温度下可能发生分解而影响实验结果。

（2） 燃烧管出口端自始至终应很好保温，尤其在冬天或测定水分含量较高的褐煤和长

焰煤时更应注意。为了防止水分冷凝，可以在出口玻璃管上绕几圈电热丝，同6V交流电，或用电吹风器加热。

（3） 燃烧管中的充填物（氧化铜、铬酸铅和银丝卷），测定70~100次后应检查或更换。

如经适当处理仍可使用，其处理方法：

① 用1mm筛子筛去粉末，筛上的氧化铜仍可继续使用。

② 铬酸铅用热的稀碱液（约5%氢氧化钠）浸取后，再用水洗净碱液，烘干并在

500~600℃炉中灼烧0.5h以上仍可使用。

③ 银丝卷经浓氨水浸泡5min，放在热蒸馏水中煮沸5min，再用热蒸馏水冲洗

干净烘干后再使用。

（4） 吸收系统拆下后，须在天平旁放置10min后再称量。 （5） 除氮管中的二氧化锰在测定50次后应予更换。 （6） 为了检查测定装置和操作技术是否可靠，称取0.2g标准煤，进行碳、氢含量测定。

若实测的碳、氢值与标准值的差值不超过标准煤样的不确定度，表明测定装置可用，操作正常。否则，需查明原因，彻底纠正后方能正式测定。

九、思考题

（1） 测定碳氢元素的原理是什么？ （2） 怎样进行气密性检查？

（3） 为什么要使系统恒定后才能做实验？仪器不能恒重的原因是什么？如何消

除？