煤的燃烧热和氯离子含量测定

刘春丽，王文，赵雪英，罗海南

(枣庄学院 化学与化工与材料科学学院，山东 枣庄 277160)

0 引言

化学是一门以实验为基础的学科，实验内容的设计对于提高学生的学习兴趣，培养学生分析解决问题的能力，激发学生的创新精神至关重要.燃烧热的测定是《物理化学实验》课程中的一个重要实验，教科书上一般都是测蔗糖或萘等有机物的燃烧热.我们结合学校所在地枣庄市大力发展煤化工这一地方特色，在实验内容的设计上，让学生尝试测定不同煤样的燃烧热，比较单位质量不同煤样燃烧热的大小.氯是煤中常见的有害元素之一，通过对煤样燃烧后的产物分析，测定煤样中氯离子的含量，把两个实验有机的结合起来，从而对煤的品质作出一定的评价.

1 实验

1.1 试剂

煤样2份(无烟煤、烟煤)，苯甲酸(AR，天津市光复精细化工研究所)，KCl(AR，国药集团化学试剂有限公司)，KNO3(AR，国药集团化学试剂有限公司)，所用水为二蒸馏次水.

1.2 仪器及测量

1.2.1 燃烧热的测定

燃烧热在氧弹式量热计(南京桑力电子设备厂)上测量.准确称量使用ADVENTURER AR124CN型电子天平，称量误差为±0.1 mg.

实验中首先通过已知燃烧热的标准物质苯甲酸测定水当量，将样品压片，装入氧弹中(氧弹中提前装入10 mL二次水)，将氧弹放入内筒内，用量筒取2500mL蒸馏水倒入内筒中，水面盖过氧弹.把点火电极插头插在氧弹的两电极上，将温差测量仪探头插入水中，开动搅拌马达，具体的操作方法见文献[1].打开燃烧热测定软件，待温度读数稳定后，点击开始绘图，当雷诺曲线稳定后，开启“点火”按钮，若温度明显升高时，说明点火成功，此时再松开点火按钮.当雷诺曲线上温度显示基本不变时，停止绘图.对雷诺曲线进行校正，并把燃烧掉的燃烧丝的长度输入，计算水当量.对于不同样品，只要每次的水量相同，水当量就为定值.然后用测定水当量相同的方法测定每份煤样的燃烧热，考虑到煤样与纯物质不同，没有固定的分子质量，因此根据氧弹计中的温度变化和水当量的值计算煤样的燃烧热.

1.2.2 氯离子含量的测定

氯离子含量采用氯离子选择性电极法进行测量.氯离子选择性电极(PCL-1Q9型，上海罗素科技有限公司)，参比电极为饱和甘汞电极(217型，上海罗素科技有限公司)，电动势用PHS-2F型精密PH计(上海虹益仪器仪表有限公司)进行测量，待测样品用JB-2型恒温磁力搅拌器(上海雷磁新泾仪器有限公司)搅拌.

摇动上述氧弹，把燃烧可能产生的氯化氢气体充分溶解，然后加入20 mL 0.1 mol·L-1KNO3溶液，浸泡燃烧后的残渣，取上层清液作为待测溶液.用0.1 mol·L-1KNO3溶液稀释0.1mol·L-1KCl标准溶液，得到系列KCl-KNO3溶液.待氯离子选择性电极活化完成后，参照文献[2]测定工作曲线，并测定待测溶液的电动势，从工作曲线上得到煤样中氯离子的含量.

2 结果与讨论

实验在绝热容器中进行，燃烧放出的热量被水吸收，从而使水的温度发生变化，通过测定温度的变化得到燃烧热，见(1)式.

QV=-KΔT

(1)

(1)式中的K通过测定水当量求出.水当量即样品燃烧放热使量热计每升高1K所需的热量.实验测得的水当量的平均值为：13616.3J·g-1，燃烧热的值见表1.

表1 煤的燃烧热

从表1可以看出，无烟煤的燃烧热明显比烟煤高.

煤中氯含量的测定方法很多，可采用中子活化法，X- ray 荧光法，扫描电镜，电位滴定和X衍射直接对固相进行测定[3].GB/T3558-1996《煤中氯的测定方法》中采用艾氏卡分解-伏尔哈特沉淀滴定法和高温燃烧-水解电位滴定法测煤中Cl-含量.本文采用的氯离子选择性电极法是实验室中常用的测定氯离子含量的一种方法，当氯离子浓度在10-1～10-5mol·L范围内，电池电动势与氯离子活度的对数成线性关系：

(2)

只要固定离子强度，测出不同cCl-值时的电动势E，做lncCl--E工作曲线，从图中可求出待测溶液的Cl-浓度.不同浓度KCl标准溶液的电动势见表2，工作曲线见图1，工作曲线方程为：lnc=-0.0427E-0.6716，R2=0.995.

表2 293K KCl标准溶液的浓度及电动势

图1 lncCl--E工作曲线

测定每份煤样残渣溶液的电势，从工作曲线上得到煤样中氯离子的浓度，从而计算煤中氯离子的含量，结果见表3.

表3 煤中氯离子含量

从表3可见，两种煤样的氯离子含量都较低，烟煤的氯离子含量略高.

本文通过对传统的燃烧热测定实验内容进行改进，对燃烧后的产物进行进一步分析，设计形成一个综合实验.通过煤的燃烧热和氯离子含量的测定，对煤质做一个近似的评定，让学生体会到实验与应用相联系，同时测定结果，可为矿区或企业制定煤炭加工利用规划、煤质管理等提供依据.

[1]张洪林,杜敏,魏西莲. 物理化学实验[M].青岛:中国海洋大学出版社,2009:27-30.

[2]山东大学等校合编. 物理化学实验[M].济南:山东大学出版社,1999:144-146.

[3]陈欣娟. 煤中氯的测定及赋存形态探讨[J]. 陕西煤炭, 2003,(1):35-36.