固体热载体（精选三篇）
固体热载体 篇1
但煤炭的利用以直接燃烧为主, 不仅浪费煤炭资源, 而且造成对大气的污染。为更好地合理开发利用煤炭资源, 发展煤化工, 弥补油气供应不足, 可以提高国家能源安全保障程度。煤低温干馏产品可综合利用 (油、气、半焦) , 提高附加值, 增加经济效益。
曲旋等[6]采用移动床固体热载体实验装置考察了热解温度、反应时间、煤粒径对褐煤热解产物收率的影响, 发现焦油产率在520℃时达到最大值4.94%。
张晓芳等[7], 考察了模拟热解气反应气氛对流化床煤热解拔头制取热解油产率的影响, 发现H2和CO2对焦油生成有抑制作用, 而CO和CH4对焦油生成有促进作用。
Hu Guoxin等[8], 采用固定床固体热载体实验装置考察了煤粒径、热解温度和反应时间对气体产率的影响, 发现大部分气体主要在1~3 min之间产生。
本文以陕西神木烟煤作为研究对象, 在实验室自建的流化床固体热载体实验装置上, 考察热解温度、反应时间和热载体/煤质量比对热解产物收率的影响, 并对产物的性质进行了分析。
1 实验部分
1.1 实验物料
神木煤的铝甑含油率分析和工业分析结果见表1和表2。将原料煤破碎、筛分得到0.45~0.9 mm的样品;实验所用的固体热载体为相同粒径范围的煤半焦 (700℃干馏后) , 其工业分析见表2。
收到基/%
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1.2 实验装置与方法
研究采用的小型流化干馏装置由进料系统、反应系统、温度控制系统、产物冷凝收集系统四部分组成。反应器上段为圆筒型, 下段为倒圆锥型。反应器内径为56 mm, 高为70 cm。实验装置流程如图1所示。
1-N2瓶;2-转子流量计;3-热电偶;4-滤芯;5-加热炉;6-进料器;7-冰水浴;8-30℃乙醇浴;9-蛇形冷凝管;10-湿式气体流量计
实验开始前, 通过进料器将热载体加入到反应器中。当反应器内温度达到设定温度后, 通入氮气使床内热载体物料流化, 进而升温使床内温度稳定在设定值。在温度稳定后, 将50 g的颗粒煤瞬间加入反应器内。煤和热载体在流化床内接触换热, 进行热解反应。在反应器出口位置设置油汽过滤芯, 以减少煤和热载体中的固体杂质进入产物冷凝收集系统。反应产物经过实验室自行设计的蛇形冷凝收集装置, 进行收集。油汽先经过冰水浴冷却, 而后进入–20℃的酒精浴冷却。不凝气通过湿式气体流量计测量体积流量。
1.3 分析方法
气体组成的测定采用Agilent 6890气相色谱进行分析, 可以获得气体产物中各气体组分的体积分数, 并由此计算出干馏气的平均相对分子质量以及密度等, 同时可以计算出反应干馏气的质量。气相色谱仪是利用FID和TCD检测器以及相应的色谱柱, 将各气体组分进行分离并进行定量定性分析。同时可以通过TCD检测器对CO2、H2、CO、CH4、C2H5等气体进行的定量、定性分析, 最后利用Chem Station数据软件进行处理, 从而得到最终的各气体组成分析数据。
采用Agilent 6890模拟蒸馏色谱仪进行分析, 利用模拟蒸馏法分析液体产物的馏分组成, 分析方法为ASTM D2887标准。其中初馏点~180℃馏分为汽油馏分, 180~360℃馏分为柴油馏分, 大于360℃馏分为重油馏分。
实验结束后, 半焦的质量为反应后沉积在流化床的总物料质量减去反应所用热载体半焦的质量。
2 结果与讨论
2.1 反应温度对产物产率的影响
固定操作条件为:热载体/煤质量比2∶1, 反应时间6 min, 在反应温度为470~590℃范围内, 考察了反应温度对流化干馏产物产率的影响, 通过产油率的最大值来确定最佳的操作反应温度。
煤流化干馏的反应温度对产物分布具有重要的影响。升高反应温度有利于提高煤的转化率和流化干馏反应的速率, 从而有利于生成轻质油品;然而, 温度过高又会导致热解反应加剧, 提高了反应苛刻程度, 加剧焦油的二次裂解, 从而降低产油率。
图2为煤流化干馏产物分布随反应温度的变化关系曲线。随着反应温度增加, 焦油产率逐渐增大, 550℃时焦油产率达到最大值, 之后随着温度的升高, 焦油产率逐渐下降。这是因为反应温度过高, 会加剧焦油的二次裂解, 使得焦油进一步转化为干馏气, 从而降低了焦油的产率。因此, 在反应过程中干馏气的产率随着反应温度的升高而逐渐增大。半焦产率随反应温度升高逐渐降低。
由表3可知, 随着反应温度升高, 焦油产率在470~510℃之间大幅度增加, 之后变化趋势逐渐减小, 550℃之后略有降低。煤热解是吸热反应, 因此反应温度升高有利于裂化反应发生, 加大反应深度。反应温度过高, 反而降低了焦油的产率, 焦油产率存在最大值。因此, 选择流化干馏的最佳操作反应温度为550℃。
2.2 反应时间对产物产率的影响
固定操作条件为:热载体/煤质量比2∶1, 反应温度550℃, 反应时间3~8 min范围内, 考察了反应时间对流化干馏产物产率的影响, 通过产油率的最大值来确定最佳的操作反应时间。
图3为煤流化干馏产物分布随反应时间的变化关系曲线。随着反应时间增加, 焦油和干馏气产率均增大;6 min之后, 两者产率基本保持不变。半焦产率随反应时间的增加而逐步减小, 6 min之后, 半焦产率基本无变化。
长的反应时间意味着煤有更多时间来进行热解反应, 反应深度自然会加深。由表4可知, 随着反应时间增大, 焦油产率在3~6 min大幅度增加, 之后变化趋势逐渐减小, 6 min之后基本保持不变。在煤的流化干馏过程中, 由于反应时间直接关系到煤焦油产率的大小, 因而是相当重要的一个操作参数。较长的反应时间可以确保原料能够充分的热解, 但是反应时间长, 煤在流化干馏工艺中停留时间较长, 装置的处理量相应减少, 干馏成本变大。因此, 选择流化干馏的最佳操作反应时间为6 min。
2.3 热载体/煤质量比对产物产率的影响
固定操作条件为:反应温度550℃, 反应时间6 min。在热载体/煤质量比在1∶1~4∶1范围内, 考察了热载体/煤质量比对流化干馏产物产率的影响。
热载体/煤质量比等于单位质量煤所能接触到热载体质量的多少。因此, 热载体/煤质量比影响热载体半焦与煤的传热效果。热载体半焦/煤质量比高, 那么二者在流化床中的混合效果比较明显, 煤样可在短时间内迅速上升到预定温度, 从而有利于煤的热转化, 生成更多轻馏分。相反, 热载体/煤质量比小, 那么煤颗粒在流化床中容易发生聚团, 影响煤与热载体混合与传热效率。在煤的流化干馏反应过程中, 较低热载体/煤质量比则需要将热载体加热到更高温度, 而过高温的热载体与煤接触, 会导致高的初始接触反应温度。在煤与热载体接触的初期, 反应温度较高, 造成煤的过度裂化程度较大, 从而导致非目的产物气体及焦炭产率升高, 而焦油的产率下降。
由图4和表5可知, 在热载体/煤质量比为1∶1~2∶1时, 由于煤和热载体混合状态提高, 焦油产率小幅度增大;热载体/油砂质量比2∶1后, 混合状态及热载体对油砂传热效果作用不明显, 焦油产率基本保持不变。总体来说, 热载体/煤质量比对神木煤流化干馏产物的产率变化影响不大, 是次要的影响操作因素。
2.4 方炉干馏煤焦油与流化干馏煤焦油对比
为了深入认识神木煤流化干馏工艺特点及指导后续进一步的加工, 对流化干馏产物进行了详细的分析, 同时与神木煤使用方炉干馏得到的产物进行了对比, 以期评价流化干馏工艺的优缺点。
2.4.1 煤焦油基本性质分析
对从陕西省神木县三江煤化工下属的焦化厂取回的水上煤焦油、水下煤焦油与流化干馏制得的煤焦油进行分析, 结果如表6所示。1号样品为流化干馏制得的煤焦油, 2号样品为三江煤制油厂水上煤焦油, 3号样品为三江煤制油厂水下煤焦油。
由表6可知, 与水上煤焦油相比, 流化干馏得到的油密度、黏度和残炭含量均较高, 凝点与水上煤焦油凝点相当;与水下煤焦油相比, 流化干馏得到的油性质均优于水下煤焦油。流化干馏得到的煤焦油未发现有水下煤焦油, 这是流化干馏与三江方炉干馏的一个显著不同之处。
2.4.2 煤焦油元素分析
对三种煤焦油进行了元素分析, 结果见表7。
由表7可知, 三种油的硫含量都较低。流化干馏煤焦油的H/C原子比介于水上煤焦油和水下煤焦油之间。在流化床低温干馏实验装置中, 原料煤与固体热载体快速混合, 传热速率较快, 停留时间短, 二次裂解少, 所产生的煤焦油重质组分较多, 但其性质仍然优于三江方炉干馏所得水下煤焦油。
2.4.3 煤焦油馏程分布
对流化干馏煤焦油进行蒸馏试验, 结果见表8。
由表8可知, 流化干馏煤焦油中汽油馏分 (初沸点~180℃) 约为1.5%, 柴油馏分 (180~360℃) 约为43%, 重油馏分油 (大于360℃) 为55%。
对水上和水下煤焦油进行模拟蒸馏分析, 得出水上煤焦油的汽油馏分约为8.5%, 柴油馏分约为47.8%, 重油馏分为43.7%;水下煤焦油中汽油馏分约为1.5%, 柴油馏分约为36%, 重油馏分油为62.5%。
与水上煤焦油相比, 流化干馏煤焦油汽柴油馏分略低, 重油馏分略高。这主要是因为在流化床反应器中, 焦油停留时间较短, 二次裂解少, 故重油馏分含量较高。但与水下煤焦油相比, 流化干馏煤焦油中汽柴油馏分略高, 重油馏分略低。
2.4.4 干馏气组成分析
对实验室铝甑制得的干馏气与流化床采集的干馏气进行了分析, 结果如表9所示。
由表9可以看出, 神木煤铝甑干馏气中的主要组分是甲烷和二氧化碳, 其次为H2、C2H6和CO。经计算, 平均热值为966.43 k J/mol, 平均相对分子质量为27.96。对流化床装置采集的干馏气进行分析时, 人为把流化载气氮气组分去掉, 剩余气体组分归一化得出表9的结果。经计算, 平均热值为1 084.28 k J/mol, 平均相对分子质量为30.20。可以看出, 流化干馏与实验室铝甑干馏产生的干馏气组成相差不大。在流化干馏过程中, 由于需要通入大量的氮气使原料煤和半焦流化, 煤干馏后产生的干馏气被氮气稀释, 因此所得的煤气热值远低于铝甑干馏所得干馏气热值。
3 结论
(1) 随着反应温度增加, 焦油产率逐渐增大, 550℃时焦油产率达到最大值, 之后随着温度的升高, 焦油产率逐渐降低。神木煤流化干馏的最佳操作反应温度为550℃。
(2) 随着反应时间增加, 焦油和干馏气产率均增大, 6 min之后, 两者产率基本保持不变。神木煤流化干馏的最佳操作反应时间为6 min。
(3) 热载体/煤质量比对神木煤流化干馏产物的产率变化影响不大, 也是次要影响操作因素。神木煤流化干馏的最佳热载体/煤质量比为2∶1。
(4) 神木煤流化干馏的最佳操作条件为:反应温度550℃, 反应时间6 min, 热载体/煤质量比2∶1。在最佳操作条件下, 油收率为12.51%, 比铝甑含油率高35%。
(5) 流化干馏得到的煤焦油未发现有水下煤焦油, 这是神木煤流化干馏与三江方炉干馏的一个显著不同之处。
(6) 与水上煤焦油相比, 流化干馏得到的油密度、黏度和残炭均较高, 凝点与水上煤焦油凝点相当;与水下煤焦油相比, 流化干馏得到的油性质均优于水下煤焦油。
(7) 流化干馏煤焦油中汽油馏分约为1.5%, 柴油馏分约为43%, 重油馏分油约为55%。与水上煤焦油相比, 流化干馏煤焦油汽柴油馏分略低, 重油馏分略高, 但与水下煤焦油相比, 流化干馏煤焦油中汽柴油馏分略高, 重油馏分略低。
(8) 流化干馏与实验室铝甑干馏产生的干馏气组成相差不大。
参考文献
[1]祁新萍.我国煤化工发展现状及前景[J].化学工程与装备, 2013 (1) :142-143.
[2]毛节华, 许惠龙.中国煤炭资源分布现状和远景预测[J].煤田地质与勘探, 1999, 27 (3) :1-4.
[3]薛庆远.我国煤炭资源现状及其合理开发利用[J].煤田地质与勘探, 1996, 24 (6) :23-26.
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[5]孙启文, 吴建民, 张宗森, 等.煤间接液化技术及其研究进展[J].化工进展, 2013, 32 (1) :1-12.
[6]曲旋, 张荣, 孙东凯, 等.固体热载体热解霍林河褐煤实验研究[J].燃料化学学报, 2011, 39 (2) :85-89.
[7]张晓方, 金玲, 熊燃, 等.热分解气氛对流化床煤热解制油的影响[J].化工学报, 2009, 60 (9) :2300-2307.
学习有机热载体检测心得体会 篇2
一、学习有机化学及实验课程应多总结、重方法。
1 、总结经验规律
掌握有机化学中规律性的东西对于更好地掌握、理解有机化学反应及其原理是很有帮助的，因此在平时学习过程中应重规律的总结。
2、善于归纳总结
在有机化学学习中，会发现有机反应式错综复杂，且种类繁多，想要全部记住，记准并非易事，但若在平时的学习中善于归纳总结，将所学的每一章节的内容归纳出其知识网络图，相信学好有机化学并非难事。
3、重视实验学习
有机化学作为一门实验科学，若不能掌握其基本的实验操作,不重视实验技能的培养，是很难学好有机化学这门课的。掌握实验操作，在实验过程中理解和记忆有机化学反应能够达到事半功倍的效果。
4、结合实际生活，培养学习兴趣
学好有机化学，重在要有兴趣，培养学习兴趣能够使我们更有效地进行学习。结合生活实际，解释生活中常用的一些问题，或通过所学知识去解决一些与有机化学有关的问题，均能使我们能更近一步掌握和灵活运用所学知识，并逐步建立起学习兴趣。
二、利用各种有效措施来提高和加强有机化学及实验教学
1、终身学习。在今后的授课中，用新的教学理念培养学生，真正做到以学生的发展为本，为学生的终身学习奠定基础。在教学中，体现“授之以鱼，不如授之
探究固体热失重图像 篇3
研究近几年的高考试题发现, 金属化合物热失重图像已成为命题热点, 利用热失重图像探究固体成分、化学反应以及脱去的物质成分。
一、金属的氧化物失重率与温度图像
例1. (2014·新课标全国卷Ⅱ) 铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料等。回答下列问题:
【解析】 (4) 二氧化铅分解, 固体减少的质量等于氧气的质量。固体组成与样品质量无关, 取1molPbO2 (239g) , 根据化学反应方 程式, 列式计算过程如下:
【答案】 (1) 六ⅣA弱
(4) 1.42∶3
【深度思考】 (1) 铅原子的结构特点是什么?它的主要化合价有哪些?哪些化合价稳定?
铅元素与碳元素位于同一主族, 位置为第六周期、第ⅣA族, 铅原子有6个电子层, 最外层有4个电子。铅元素的主要化合价有+2价和+4价, 其中+4价铅元素的化合物不稳定, 如PbO2不稳定, 其氧化性强、热稳定性差;+2价铅元素的 化合物稳 定, 如PbSO4、PbO、Pb (NO3) 2、Pb (OH) 2等。
(2) 二氧化铅可能分解生成哪些常见的固体产物?可类比中学化学中哪些常见物质?如何分析复杂的氧化物组成?
(3) 二氧化铅分解产生的气体是什么?根据物质状态对二氧化铅的分解反应如何分类?
二氧化铅中铅元素为+4价, 氧元素为-2价, 加热二氧化铅的过程中, 铅元素的化合价降低, 根据氧化还原反应原理, 氧元素的化合价必升高, 生成的氧气脱离固体体系, 使固体质量减轻 (又叫失重) 。根据物质状态分类, 二氧化铅的分解反应可以看成“固体 (Ⅰ) →固体 (Ⅱ) +气体”。
如何用质量守恒定律理解二氧化铅的分解反应?固体质量如何变化?
依据质量守恒定律知, 二氧化铅的质量等于残留固体的质量与放出氧气的质量之和, 固体质量减轻。
(4) 温度对二氧化铅的分解反应产物有哪些影响?
温度越高, 二氧化铅失重质量增大, 最终生成氧化亚 铅 (黄色 ) 。变化过 程为, 随着温度升高, a值增大, b值减小, 最终使b=0。
(5) 图像中“4.0%”的含义是 什么?“4.0%”和“4%”的区别是什么?
由题意知, “4.0%”表示分解放出气体的质量占参加反应固体 (原样品) 总质量的4.0%, 即固体失重 率 =产生气体的质量/样品质量×100%, 放出气体的质量=反应前固体质量-反应后固体质量。“4.0%”暗示计算结果保留两位有效数字, 而“4%”则暗示计 算结果保 留一位有 效数字。
(6) 二氧化铅样品质量对残留固体成分是否有影响?为什么?
一般用固体中原子 个数最简 比表示其 组成, 二氧化铅样品质量与残留固体成分没有关联。对于无数据问题, 为了便于计算, 通常对样品取特定值, 如100g或1mol固体等。本题取1molPbO2 (239g) 方便计算, 也可以取其他数据计算。
(7) 确定残留固体组成的计算依据是什么?
推断二氧化铅固体的分解产物, 可以根据固体组成通式, 由元素质量分数、元素质量比直接计算, 也可以根据化学方程 式, 由气体质 量 (量差) 计算。要确定固体成分, 可以先设固体组成的通式 (如PbOx或aPbO2·bPbO) , 根据题中所给数据计算出原子个数最简比。
处理数据的技巧有哪些?
处理数据的技巧有以下三点:
1抓住题中所 给数据的 特点。如本题 的“4.0%”代表计算结果保留两位有效数字, 或暗示小数点之 后保留一 位数字, 则
2对于多步运算, 结果应该保留相应的有效数字, 而不是每步都保留相应的有效数字, 这样会使计算结果产生较大的误差。如果结果要求保留两位有效数字, 分步数据可以保留3位或4位有效数字。
3对于计算两种成分的物质的量之比, 结果要接近或近似取整数, 如本题中a、b之比一定是自然数之比。
二、金属氢氧化物热分解固体残留率与温度图像
例2.钴有+2价、+3价, Co (OH) 2在空气中加热时, 固体残留率随温度的变化如下图所示。已知钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水。
(1) 1000℃时, 剩余固体 的成分为 (填化学式) 。
(2) 在350~400℃范围内, 剩余固体的成分为 (填化学式) 。
【解析】“钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水”说明在A点处Co (OH) 2完全分解生成钴的氧化物, 温度再升高时生成的固体都是钴的氧化物, 可采用通式法推断氧化物的组成。设残余固体组 成的通式 为CoxOy。加热Co (OH) 2分解过程中钴元素质量守恒。
1000℃时对应C点, 固体的化 学式为CoO。350~400℃介于A点与B点之间, 固体是Co2O3和Co3O4组成的混合物。
【答案】 (1) CoO
(2) Co2O3、Co3O4
【深度思考】 (1) 钴元素在元素周期表中的位置是什么?中学化学中哪种金属元素有类似钴的化合价?
钴元素位于元素周期表的第四周期、第Ⅷ族, 与铁元素同族, 铁元素也有+2价和+3价。一般地, +3价比较稳定。
(2) Co (OH) 2在空气中加热, 可能发生什么反应?为什么?
Co (OH) 2在空气中的加热, 空气中的氧气可能参与反应。由 于Co (OH) 2中钴元素 为+2价, 具有还原性, 联系Fe (OH) 2在空气中被氧气、水共同作用生成Fe (OH) 3, Co (OH) 2在空气中也可能被氧化成Co (OH) 3。
(3) Co (OH) 2分解可能 生成哪些 固体产物?类似哪种金属的氧化物?
如果Co (OH) 2部分分解, 得到的固体成分是Co (OH) 2和CoO, 或Co (OH) 2和Co2O3。
(4) 从图像看, 温度与固体残留率有什么关系?温度与固体失重率有什么关系?
温度越高固体残留率越低, 固体失重率越高。固体产物中金属与氧的原子个数之比逐渐增大。如加 热Co (OH) 2、PbO2, 最终变成CoO、PbO。
(5) 金属氢氧化物的分解有哪些规律?
金属氢氧化物的分解产物与温度、金属的性质等因素有关。可以分如下几类:
第一类, 热稳定性好的金属氢氧化物。如NaOH、KOH、Ba (OH) 2、Ca (OH) 2等难分解。
第二类, 无变价的 金属氢氧 化物。如Mg (OH) 2、Al (OH) 3分解只生成对应的一种金属氧化物MgO、Al2O3。
第三类, 较高价态 的氢氧化 物。如Fe (OH) 3、Cu (OH) 2分解生成Fe2O3、CuO, 在更高温度下, 氧化物会进一步分解 (例如, CuO在高温下分解会生成Cu2O和O2) 。
(6) 除利用上述通式法, 根据固体残留率计算固体成分外, 还有什么方法?
根据题给信息, 钴元素有+2价和+3价, 类似于铁元素。在空气中加热Co (OH) 2, 空气中的氧气可能 参与反应, 其固体产 物可能有CoO、Co2O3、Co3O4。
可采用试探法确定A、B、C三点对应固体的组成。Co (OH) 2发生热分解反应的方程式分别为:
由图像知, 350~400℃介于A点与B点之间, 故固体成 分为Co2O3和Co3O4的混合物。
三、正盐的结晶水合物热分解残留率与时间关系图像
例3.石膏可用于模型制作、医用食品添加剂和硫酸生产等。某课外小组为测定已部分脱水的生石膏的组成 (aCaSO4·bH2O) , 将固体加热, 经测量剩余固体的质量随时间的变化如下图所示。
【深度思考】 (1) 解这类图像题的思路流程是什么?
1预测产物。预测固体组成与化学式, 分析固体中化学键或粒子之间作用力的强弱, 从而初步判断先脱去什么元素、生成什么物质 (温度较低条件) , 后脱去什么元素、生成什么物质 (温度较高条件) 。如硫酸钙晶体在低温时部分失去结晶水, 在较高温度下完全失去结晶水生成硫酸钙, 而硫酸钙在高温下继续分解生成氧化钙等。
2识别图像。分析图像中的点、平台, 曲线上的“拐点”表示物质组成发生变化, 发生了化学反应;“平台”代表对应的物质热稳定性较好, 能稳定存在, 对应固体为纯净物 (化合物或单质) ;两个平台之间表示两种 固体对应的混合物。如 本题BC段表示2CaSO4·H2O和CaSO4组成的混 合物, DE段表示CaSO4和CaO组成的混合物。
3巧用守恒。分析固体在加热过程中 (温度逐渐升高) 逸出什么气体, 残留什么固体。先确定已知组成的固体的物质的量 (如本题中的硫酸钙) , 利用主要元素 (一般为金属元素) 的质量守恒计算其他固体的摩尔质量, 根据摩尔质量推断未知固体的组成。如本题中固体的相对分子质量变化过程为326→290→136→56, 由此推知, 对应固体的化学式:2CaSO4·3H2O→2CaSO4·H2O→CaSO4→CaO, 固体转化过程中钙元素守恒。
4分段计算。利用图像中质量之差计算失去气体的物质的量, 开始→AB段:脱水质量为3.26g-2.90g=0.36g;AB段→CD段:脱水质量为2.90g-2.72g=0.18g。也可以直接计算失去水的总质量, 开始→CD段:m (H2O) =3.26g-2.72g=0.54g。
(2) 正盐结晶水合物的分解规律。
1图像中温度与加热时间有什么关系?固体残留率与加热时间有什么关系?
加热时间越长, 反应温度越高。固体残留率随着加热时间的延长而减小, 失重率随加热时间的延长而增大。
2常见正盐结晶水合物的分解过程有哪些共同点?
中学常见的正盐结晶水合物有CuSO4·5H2O、MnSO4·nH2O、CaSO4·2H2O、ZnCO3·nH2O等, 它们在分解过程有如下几个共同点:
a.在温度较低时失去部分结晶水;
b.在温度较高时失去全部结晶水;
c.在高温时盐 分解得到 氧化物、气体 (如SO2、CO2、NO2等) ;
d.继续加热, 金属氧化 物可能发 生分解反应。
注意:a.FeSO4·7H2O在空气中加热会先生成硫酸铁、氢氧化铁, 继续加热, 氢氧化铁分解, 硫酸铁分解等;b.Cu (NO3) 2·nH2O的分解过程:部分失水→完全失水→硝酸铜分解生成氧化铜 (放出NO2、O2) →氧化铜分解。
四、碱式盐结晶水合物热分解残留率与温度关系图像
【解析】本题主要考查化工原理以及有关物质的量的计算。
(1) 根据碱式碳酸镁铝的组成知, 其受热分解产物为氧化铝、氧化镁、二氧化碳和水。分解反应是吸热反应, 因此可降低可燃物周围的温度。氧化铝、氧化镁的熔点较高, 二氧化碳、水能隔离空气达到阻燃的目的。
(2) 根据化合价守恒, 在化合物中各元素化合价代数和等于0, 即正化合价总和等于负化合价总和, 可求出a、b、c、d之间的关系式。
(3) n (OH-) ∶n (CO2-3) 与样品质量无关, 取样品质量 为3.390g。根据图 像知, 270℃时, 样品→无水固体 + 结晶水;600℃时, 样品→金属氧化物+二氧化碳+水 (无水固体→金属氧化物+二氧化碳+水) 。无结晶水的固体转化成金属氧化物, 失重总质量等于分解生成的二氧化碳和水的质量之和。根据样品与盐酸反应生成二氧化碳, 可以求出无水样品分解生成的水的 质量, 再根据氢 元素守恒 求出n (OH-) 。
【答案】 (1) 生成的产物具有阻燃作用
(2) 2a+3b=c+2d
【深度思考】 (1) 如何分析固体失重图像, 计算残留固体组成?
1预测产物。MgaAlb (OH) c (CO3) d·xH2O可能脱去结晶水生成盐, 盐继续分解生成水和二氧化碳。其中, 结晶水与碱式碳酸镁铝结合力最弱, 在低温下易脱去, 在高温下碱式盐分解脱去CO2和H2O。可采用类比法分析复杂固体的分解问题:碱式碳酸镁铝可以看成由氢氧化铝和碳酸镁组成, 氢氧化铝会分解生成氧化铝、水, 碳酸镁的分解类似碳酸钙的分解, 生成氧化镁和二氧化碳。碳酸铝不存在, 不能将碱式碳酸镁铝看成由碳酸铝和氢氧化镁组成。
2挖掘图像 含义。本题 中“73.45%”、“37.02%”分别对应较稳定化合物, 两个平台之间没有平台, 说明“73.45%”对应的固体已完全脱去结晶水 生成MgaAlb (OH) c (CO3) d;“37.02%”对应的固 体是稳定 的MgO和Al2O3。由于MgO和Al2O3中的离子键很强, 通过加热, MgO和Al2O3都不分解, 故最终固体是MgO和Al2O3。
5碱式盐结晶水合物热分解的一般规律是什么?
(2) 如何确定该样品组成?
上述探究的四大类固体热失重规律有内在联系, 如随着温度的升高 (加热时间延长) , 固体失重率增大 (残留率减小) , 不稳定的组分优先脱去等。除上述四大类型外, 还有复盐晶体热失重问题, 其探究方 法相似。例 如, 光卤石 (KCl·MgCl2·6H2O) 的热分解过程变化特点是:加热过程中, 氯化镁结晶水合物发生部分水解和完全水解生成碱和碱式盐, 最终得到盐和氧化物, 而不是KCl、MgCl2。
