CN208206716U

CN208206716U - 利用理想气体状态方程间接测定铝硅合金铝含量的装置

Info

Publication number: CN208206716U
Application number: CN201820621273.1U
Authority: CN
Inventors: 胡耐根; 汪敬青
Original assignee: Xinyu University
Current assignee: Xinyu University
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2028-04-27

Abstract

本实用新型涉及一种利用理想气体状态方程间接测定铝硅合金铝含量的装置，包括恒压漏斗，恒压漏斗两端插入磨口锥形瓶瓶塞，药勺插入磨口锥形瓶的药勺安装口，磨口锥形瓶右边通过导管连接三通玻璃管，磨口锥形瓶与三通玻璃管间设置阀门，三通玻璃管第二端通过导管连接打气筒，三通玻璃管与打气筒间设置阀门，三通玻璃管第三端通过导管连接集气瓶；集气瓶瓶塞上接有分液漏斗、排气管、玻璃导管；玻璃导管末端正下方设置烧杯，烧杯置于电子秤上；药勺安装口设置两个通过弹簧固定在其内壁两侧的定位球。利用该装置收集反应产生气体并测量其体积后，利用理想气体状态方程间接测定铝硅合金铝含量，装置精密度高，实时定量分析，体积小，经济实用。

Description

利用理想气体状态方程间接测定铝硅合金铝含量的装置

技术领域

本实用新型属于化学检测技术领域，涉及一种利用理想气体状态方程间接测定铝硅合金铝含量的装置。

背景技术

在科研活动中和工业生产中，常常会遇到需要测量气体体积的问题。实验室可以组装出很多不同类型的测量气体体积的装置，例如：排液法，燃烧法，溶解吸收法，由于装置的缺陷，并不能准确的测量反应产生的气体体积。在工业中，以氢气为例，氢气是乙烯裂解装置生产的一种重要的副产品，人们需要知道裂解产生氢气的体积是多少。基于此，一种精密度更高，实时定量分析，体积更小，而且经济又实用的气体体积测量装置值得深入的研究和设计。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型提供一种利用理想气体状态方程间接测定铝硅合金铝含量的装置，解决了现有技术不能准确测量反应产生的气体体积问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，利用理想气体状态方程间接测定铝硅合金铝含量的装置，包括恒压漏斗，恒压漏斗两端插入磨口锥形瓶瓶塞，药勺插入磨口锥形瓶左边的药勺安装口，磨口锥形瓶右边通过导管连接三通玻璃管，磨口锥形瓶与三通玻璃管之间设置第二阀门，三通玻璃管第二端通过导管连接打气筒，三通玻璃管与打气筒之间设置第一阀门，三通玻璃管第三端通过导管连接集气瓶；集气瓶瓶塞上接有分液漏斗、排气管、玻璃导管；玻璃导管末端正下方设置烧杯，烧杯置于电子秤上；

药勺安装口设置有两个通过弹簧固定在其内壁两侧的定位球，弹簧性能依实际需求选择，保证药勺2不受反应气体气压影响即可；

药勺由真空塞尾部固定一个小勺子组成。

磨口锥形瓶的规格200ml；集气瓶的规格5L；烧杯的规格500ml；电子秤精度0.01g、型号SL728。

本实用新型的有益效果是：本实用新型是一种利用排水法、气密性更高的新型测量反应产生的气体体积的装置，装置精密度高，实时定量分析，体积小，经济实用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是装置整体示意图。

图2是药勺安装口示意图。

图3是实施例1出水量实验数据图。

图4是实施例1出水速率实验数据图。

图5是实施例2出水量实验数据图。

图6是实施例2出水速率实验数据图。

图7是实施例3出水量实验数据图。

图8是实施例3出水速率实验数据图。

图中，1.恒压漏斗，2.药勺，3.磨口锥形瓶，3-1.药勺安装口，4.打气筒，5.集气瓶，6.电子秤，7.排气管，8.分液漏斗，9.第一阀门，10.第二阀门，11.三通玻璃管，12.玻璃导管，13.烧杯。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

利用理想气体状态方程间接测定铝硅合金铝含量的装置，包括恒压漏斗1，恒压漏斗 1两端插入磨口锥形瓶3瓶塞，药勺2插入磨口锥形瓶3左边的药勺安装口3-1，磨口锥形瓶3右边通过导管连接三通玻璃管11，磨口锥形瓶3与三通玻璃管11之间设置第二阀门10，三通玻璃管11第二端通过导管连接打气筒4，三通玻璃管11与打气筒4之间设置第一阀门9，三通玻璃管11第三端通过导管连接集气瓶5；集气瓶5瓶塞上接有分液漏斗8、排气管7、玻璃导管12；玻璃导管12末端正下方设置烧杯13，烧杯13置于电子秤6上；药勺安装口3-1设置有两个通过弹簧固定在其内壁两侧的定位球；药勺2由真空塞尾部固定一个小勺子组成。磨口锥形瓶3的规格200ml、集气瓶5的规格5L、烧杯13的规格500ml、电子秤6精度0.01g、规格蓉城SL728#，组成的实用新型装置体积较小。

恒压漏斗1有两个作用，一是盛放反应试剂，以便在反应进行中添加水药品和控制滴加水的速度；二是由于该漏斗的恒压作用，滴加多少水到反应锥形瓶3中，就有多少气体填充到恒压漏斗1中，首先保证添加水药品时不影响排水法测体积，其次当反应体系中有气体参与反应或有气体生成时，能保持体系压力的平衡从而保证液体的正常滴加。

药勺2的作用是添加固体药品，其结构是在真空塞尾部固定一个小勺子，在小勺子上存放固体药品，将药勺2插入药勺安装口3-1，需要添加固体药品时，只需要将固体药勺旋转180°，即可将药品倒入到锥形瓶中，提供了一种在密闭体系中添加固体的简单操作。

磨口锥形瓶3是化学反应进行的场所。

药勺安装口3-1用来安装药勺2，盛放固体药品的药勺2插入时，两个定位球被迫向药勺安装口3-1内壁两侧方向运动而压缩弹簧，盛放固体药品的药勺2插入后，两个定位球因弹簧弹力作用复位，起到固定药勺2的作用，防止反应产生的气体将固体药勺弹开影响装置气密性，保证装置测量精密度，弹簧性能依实际需求选择，保证药勺2不受反应气体气压弹开即可。

打气筒4的作用是在化学反应进行之前将玻璃导管12内的空气排尽，避免玻璃导管 12内空气体积影响排出水的体积，减小测量误差，提高装置测量精密度。

集气瓶5的作用是收集反应产生的气体，所收集的气体必须不溶于水。

排气管7的作用是排出气体。

分液漏斗8的作用是向集气瓶5内添加水。

玻璃导管12的作用是将排出的水导入烧杯13，在不影响反应中正常排水的情况下，需将玻璃导管12末端设计的尽可能细一些，否则待反应结束时，玻璃导管12内会进入空气，导管内的水会滴入烧杯13中。

电子秤6与烧杯13的作用是收集并测量玻璃导管12排出水的质量。将反应排出的水用烧杯13收集完成后，利用烧杯13底部的电子秤6直接测出排出水的真实质量，进而更准确的计算得到水的体积，减小人为读取数据误差，提高装置精密度，操作简单，便于数据记录。

反应开始前，需检查本实用新型装置气密性是否良好，并做好充分的准备工作，准备工作完成后再进行反应。

检查气密性：涉及气体进出的实验，在装配好仪器后、装入药品前，需检查装置的气密性；安装药勺2、恒压漏斗1，关闭排气管7、第一阀门9和玻璃导管12的阀门，打开第二阀门10，向分液漏斗8中添加水，如果水不能加入即说明气密性良好。

准备工作：检查完气密性后，打开排气管7的阀门，在集气瓶5中添加适量水。将液体药品加入到恒压漏斗1中，将固体药品加入到药勺2，并将药勺2插入药勺安装口 3-1。关闭分液漏斗8、排气管7的阀门，打开第一阀门9，轻压打气筒4，使得导管及玻璃导管12中的气体被排出，空气被排出后，关闭第一阀门9，打开电子秤6，将电子秤6 示数归零。

进行反应：将药勺2旋转180°，固体药品倒入磨口锥形瓶3后，将恒压漏斗1的阀门打开，使恒压漏斗1中的反应试剂缓慢流出，进行反应。每隔1分钟记录电子秤6上的数字，进行实时定量分析，直至反应完全结束。最后，拆解并清洗装置。

本实用新型装置安装要求：①在安装时，注意带手套，以防止玻璃割伤到手；②接口处注意抹适量水或润滑剂。便于接口连接；③活塞、药勺2处注意涂适量明矾，防止活塞侧边漏气；④玻璃仪器，需轻拿轻放。

本实用新型装置使用注意事项：①估算好固体药品的用量，为了使反应进行的完全，液体药品加入要过量；②估算反应产生气体排出水的体积，以防产生气体体积大于加入的水的体积；③保证在整个反应过程中，集气瓶5内排气管7的管口要高于水面、玻璃导管12管口要没入水中；④烧杯13上方的玻璃导管12不要太长，合适的长度是玻璃导管12的末端在烧杯13瓶口水平面，这样可以防止烧杯13内水满时接触到玻璃导管而影响测量精确度。

利用本实用新型装置测定铝硅合金中铝含量，选取百分含量已知的一定质量的铝硅合金与一定浓度、体积的盐酸，在一定条件下反应，产生反应气体，测量该气体体积V；然后利用理想气体状态方程V＝nRT/P，求得反应产生的气体的物质的量n_气，理想气体常数R＝8.31441±0.00026J/(mol·K)，热力学温度T＝273.15+反应温度值，单位为华氏度K，P为反应气压；根据氢气的物质的量n_气，利用化学方程式求得铝的物质的量n；最后利用m＝nM计算铝的质量m，铝的摩尔质量M＝27g/mol；然后根据已知条件，计算铝硅合金的铝的质量理论值m′＝铝硅合金的铝的百分含量*铝硅合金质量，结合铝的质量 m求得装置的实际的

实施例1

取硅含量37％，铝含量58.7％，其余百分含量为杂质的AlSi40 0.4125克；取50ml由30ml浓盐酸(质量分数37.5％，密度为1.18g/cm³)稀释至120ml的盐酸，室温 20.1℃，30℃恒温水浴，环境大气压105.94kPa。反应的水量与时间的关系如图2所示，出水速率与时间的关系如图3所示。

铝的质量理论值m′＝0.4125gx58.7％＝0.24216g；

由说明书附图2得出，水的质量实际值＝316.4g；

水的体积实际值V_水＝0.3164x10^-3m³；

由排水法知氢气体积和水的体积相等，则氢气体积为V＝0.3164x10^-3m³；

热力学温度T＝273.15+20.1℃＝293.15K，P＝105.94kPa；

氢气的物质的量

设铝的物质的量为n，则由

得n＝0.00917mol；

铝的质量实际值m＝nM＝0.24754g；

实施例2

取硅含量37％，铝含量58.7％，其余百分含量为杂质的AlSi40 0.4136克；取50ml由30ml浓盐酸(质量分数37.5％，密度为1.18g/cm³)稀释至120ml的盐酸，室温21.1℃； 30℃恒温水浴。环境大气压105.84kPa。反应的水量与时间的关系如图4所示，出水速率与时间的关系如图5所示。

采用与实施例1实验数据相同的处理方法，得

铝的质量理论值m′＝0.24278g；

铝的质量实际值m＝0.24783g；

装置误差率＝2.1％。

实施例3

取硅含量37％，铝含量58.7％，其余百分含量为杂质的AlSi40 0.4140克；取50ml由30ml浓盐酸(质量分数37.5％，密度为1.18g/cm³)稀释至120ml的盐酸，室温21.1℃； 30℃恒温水浴。环境大气压105.70kPa。反应的水量与时间的关系如图6所示，出水速率与时间的关系如图7所示。

采用与实施例1实验数据相同的处理方法，得

铝的质量理论值m′＝0.24302g；

铝的质量实际值m＝0.24634g；

装置误差率＝1.3％。

上述三次实验本实用新型装置平均误差＝(2.2％+2.1％+1.3％)/3＝1.9％，装置存在误差是必然现象。在实际应用中，本实验装置能将误差控制在1.9％，足以证明该装置在测量某些不溶于水的气体体积时是相当精确的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.利用理想气体状态方程间接测定铝硅合金铝含量的装置，其特征在于，包括恒压漏斗(1)，恒压漏斗(1)两端插入磨口锥形瓶(3)瓶塞，药勺(2)插入磨口锥形瓶(3)左边的药勺安装口(3-1)；磨口锥形瓶(3)右边通过导管连接三通玻璃管(11)，磨口锥形瓶(3)与三通玻璃管(11)之间设置第二阀门(10)，三通玻璃管(11)第二端通过导管连接打气筒(4)，三通玻璃管(11)与打气筒(4)之间设置第一阀门(9)，三通玻璃管(11)第三端通过导管连接集气瓶(5)；集气瓶(5)瓶塞上接有分液漏斗(8)、排气管(7)、玻璃导管(12)；玻璃导管(12)末端正下方设置烧杯(13)，烧杯(13)置于电子秤(6)上；

药勺安装口(3-1)设置有两个通过弹簧固定在其内壁两侧的定位球；

药勺(2)由真空塞尾部固定一个小勺子组成。

2.根据权利要求1所述的利用理想气体状态方程间接测定铝硅合金铝含量的装置，其特征在于，磨口锥形瓶(3)的规格200ml；集气瓶(5)的规格5L；烧杯(13)的规格500ml；电子秤(6)精度0.01g、型号SL728。