情境二：煤炭檢驗(yàn)任務(wù)七：煤的元素分析測(cè)定知識(shí)點(diǎn)：碳、氫元素的測(cè)定（重量法）課程：煤質(zhì)分析技術(shù)碳、氫元素的測(cè)定（重量法）引言

一般認(rèn)為，煤是由帶脂肪側(cè)鏈的大芳環(huán)和稠環(huán)所組成的，這些稠環(huán)的骨架是由碳元素構(gòu)成的。因此，碳元素是組成煤的有機(jī)高分子的最主要元素。同時(shí)，煤中還存在著少量的無(wú)機(jī)碳，主要來(lái)自碳酸鹽類礦物，如石灰?guī)r和方解石等。碳含量隨煤化程度的升高而增加。泥炭的碳含量為50～60%；褐煤為60～77%；煙煤為74～92%；無(wú)煙煤為90～98%。

氫是煤中第二個(gè)重要的組成元素。除有機(jī)氫外，在煤的礦物質(zhì)中也含有少量的無(wú)機(jī)氫。它主要存在于礦物質(zhì)的結(jié)晶水中，如高嶺土(Al203·2Si02·2H2O)、石膏(CaS04·2H20

)等都含有結(jié)晶水。在煤的整個(gè)變質(zhì)過程中，隨著煤化程度的加深，氫含量逐漸減少，煤化程度低的煤，氫含量大；煤化程度高的煤，氫含量小。一、方法提要稱取一定量的空氣干燥煤樣在氧氣流中燃燒，生成的水和二氧化碳分別用吸水劑和二氧化碳吸收劑吸收，由吸收劑的增重計(jì)算煤中碳和氫的含量。煤樣中硫和氯對(duì)測(cè)定的干擾在三節(jié)爐中用鉻酸鉛和銀絲卷消除，在二節(jié)爐中用高錳酸銀熱解產(chǎn)物消除。氮對(duì)碳測(cè)定的干擾用粒狀二氧化錳消除。

二、反應(yīng)方程式1.燃燒反應(yīng)2.對(duì)CO2和H2O的吸收反應(yīng)3.消除硫、氯、氮對(duì)測(cè)定干擾的反應(yīng)①三節(jié)爐（燃燒爐、催化爐、轉(zhuǎn)化爐）②二節(jié)爐（燃燒爐、催化轉(zhuǎn)化爐）在燃燒管外部，用粒狀二氧化錳去除氮氧化物三、試劑和材料1．堿石棉：化學(xué)純，粒度1～2mm；2．無(wú)水氯化鈣：分析純，粒度2～5mm；或無(wú)水高氯酸鎂：分析純，粒度1～3mm；3．氧化銅：分析純，粒度1～4mm，或線狀（長(zhǎng)約5mm）；

4．鉻酸鉛：分析純，粒度1～4mm；

5．銀絲卷：絲直徑為0.25mm；6．銅絲卷：絲直徑約0.5mm；7．氧氣：不含氫；8．三氧化鎢9．粒狀二氧化錳：用化學(xué)純硫酸錳和化學(xué)純高錳酸鉀制備。

制法：稱取25g硫酸錳（MnSO4·5H2O），溶于500mL蒸餾水中，另稱取16.4g高錳酸鉀，溶于300mL蒸餾水中，分別加熱到50～60℃。然后將高錳酸鉀溶液慢慢注入硫酸錳溶液中，并加以劇烈攪拌。之后加入100mL（1+1）硫酸，將溶液加熱到70～80℃并繼續(xù)攪拌5min，停止加熱，靜置2～3h。用熱蒸餾水以傾瀉法洗至中性，將沉淀移至漏斗過濾，然后放入干燥箱中，在150℃左右干燥，得到褐色、疏松狀的二氧化錳，小心破碎和過篩，取粒度0.5～2mm的備用。10．氧化氮指示膠：

制法：在瓷蒸發(fā)皿中將粒度小于2mm的無(wú)色硅膠40g和濃鹽酸30mL攪拌均勻。在沙浴上把多余的鹽酸蒸干至看不到明顯的蒸氣逸出為止。然后把硅膠粒浸入30mL、10%硫酸氫鉀溶液中，攪拌均勻取出干燥。再將它浸入30mL、0.2%的雷伏奴耳（乳酸-6，9-二氨基-2乙氧基吖啶）溶液中，攪拌均勻，用黑色紙包好干燥，放在深色瓶中，置于暗處保存，備用。11．高錳酸銀熱解產(chǎn)物：當(dāng)使用二節(jié)爐時(shí)，需制備高錳酸銀熱解產(chǎn)物。

制法：稱取100g化學(xué)純高錳酸鉀，溶于2L沸蒸餾水中，另取107.5g化學(xué)純硝酸銀先溶于約50mL蒸餾水中，在不斷攪拌下，傾入沸騰的高錳酸鉀溶液中。攪拌均勻，逐漸冷卻，靜置過夜。將生成的具有光澤的、深紫色晶體用蒸餾水洗滌數(shù)次，在60～80℃下干燥4h。將晶體一點(diǎn)一點(diǎn)地放在瓷皿中，在電爐上緩緩加熱至驟然分解，得疏松狀、銀灰色產(chǎn)物，收集在磨口瓶中備用。未分解的高錳酸鉀不宜大量貯存，以免受熱分解，不安全。1.碳?xì)錅y(cè)定儀⑴凈化系統(tǒng)：包括以下部件：①鵝頭洗氣瓶：容量250～500mL，內(nèi)裝40%氫氧化鉀（或氫氧化鈉）溶液；②氣體干燥塔：容量500mL2個(gè)，一個(gè)上部（約2/3）裝氯化鈣（或高氯酸鎂），下部（約1/3）裝堿石棉（或堿石灰）；另一個(gè)裝氯化鈣（或高氯酸鎂）；③流量計(jì)：量程0～15mL/min。四、儀器、設(shè)備碳?xì)錅y(cè)定儀包括凈化系統(tǒng)、燃燒裝置和吸收系統(tǒng)三個(gè)主要部分。⑵燃燒裝置：由一個(gè)三節(jié)（或二節(jié)）管式爐及其控制系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括以下部件：

①電爐：三節(jié)爐：第一節(jié)長(zhǎng)約230mm，可加熱到（850±10）℃，并可沿水平方向移動(dòng)；第二節(jié)長(zhǎng)330～350mm，可加熱到（800±10）℃；第三節(jié)長(zhǎng)130～150mm，可加熱到（600±10）℃。二節(jié)爐：第一節(jié)長(zhǎng)約230mm，可加熱到（850±10）℃，并可沿水平方向移動(dòng)；第二節(jié)長(zhǎng)130～150mm，可加熱到（500±10）℃。每節(jié)爐裝有熱電偶、測(cè)溫和控溫裝置。②燃燒管：瓷、石英、剛玉或不銹鋼制成，長(zhǎng)1100～1200mm（使用二節(jié)爐時(shí)，長(zhǎng)約800mm），內(nèi)徑20～22mm，壁厚約2mm；③燃燒舟：瓷或石英制成，長(zhǎng)約80mm；④保溫室：銅管或鐵管，長(zhǎng)約150mm，內(nèi)徑大于燃燒管，外徑小于爐膛直徑；⑤橡皮帽（最好用耐熱硅橡膠）或銅接頭。⑶吸收系統(tǒng)：包括以下部件：①吸水U形管：裝藥部分高100～120mm，直徑約15mm，進(jìn)口端有一個(gè)球形擴(kuò)大部分，內(nèi)裝無(wú)水氯化鈣或無(wú)水高氯酸鎂。②吸收二氧化碳U形管：2個(gè)。裝藥部分高100～120mm，直徑約15mm，前2/3裝堿石棉或堿石灰，后1/3裝無(wú)水氯化鈣或無(wú)水高氯酸鎂。③除氮U形管：同二氧化碳吸收管圖。裝藥部分高100～120mm，直徑約15mm，前2/3裝二氧化錳，后1/3裝無(wú)水氯化鈣或無(wú)水高氯酸鎂。④氣泡計(jì)：容量約10mL。2．分析天平：感量0.0001g。

3．貯氣桶：容量不小于10L。

4．下口瓶：容量約10L。1-氣體干燥塔；2-流量計(jì)；3-橡皮帽；4-銅絲卷；5-燃燒舟；6-燃燒管；7-氧化銅；8-鉻酸鉛；9-銀絲卷；10-吸水U形管；11-除氮U形管；12-吸二氧化碳U形管；13-保護(hù)用U形管；14-氣泡計(jì)；15-三節(jié)電爐及控溫裝置吸收系統(tǒng)U形管連接順序吸水U形管→除氮氧化物U形管→吸二氧化碳U形管當(dāng)出現(xiàn)下列現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)更換U形管中試劑：①U形管中的氯化鈣開始溶化并阻礙氣體暢通；②粒狀二氧化錳一般使用50次左右應(yīng)進(jìn)行檢查或更換。③第二個(gè)吸收二氧化碳的U形管做一次試驗(yàn)時(shí)其質(zhì)量增加達(dá)50mg時(shí)，應(yīng)更換第一個(gè)U形管中的二氧化碳吸收劑五、結(jié)果計(jì)算空氣干燥煤樣的碳、氫含量按下式計(jì)算：Cad----空氣干燥基煤樣的碳含量，％；Had----空氣干燥基煤樣的氫含量，％；m1----吸收二氧化碳管的增量，g;m2----吸收水分管的增量，g;m3----水分空白值，g;m----煤樣的質(zhì)量，g;0.2729---將二氧化碳折算成碳的因