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1、第四章 气体分析,1 概述 2 气体试样的采取 3 气体的化学分析法 4 气体分析的仪器,本章主要内容:,工业生产中常使用气体作为原料或燃料；化工生产的化学反应常常有副产物废气；燃料燃烧后也产生废气（如烟道气）；生产厂房空气中常混有一定量生产气体。 所以工业气体共分四大类：化工原料气、气体燃料、废气和厂房空气。,1 概述,（1）天然气：主要是 CH495% （煤或石油组成物 的分解产物） （2）炼油气：CH4及其它低分子量的C、H化合物 （原油热处理产物） （3）焦炉煤气：H2 、CH4 （煤800炼焦油气态产 物） （4）水煤气：CO、H2 （水蒸气和炽热的煤作用， 得到半水煤气） （5）硫
2、铁矿焙烧炉气： SO2 6-9% 用于制造硫酸 （6）石灰焙烧窑气：CO2 32-40% 用于制碱和制糖工业,化工原料气是无机、有机合成的重要原料，主要有：,上述天然气、炼油气、焦炉、煤气、水煤气及半水煤气等，除了作为化工生产原料气体之外，也可作为气体燃料。,气 体 燃 料,废气： 燃烧炉的烟道气的组成为：N2、O2、CO2、CO、水蒸气及少量其它气体。 如：硫酸、硝酸厂排入大气的废气中含有少量的SO2和NO2；制碱厂排出废气中含有少量CO2； 总之，有机化工的废气是各种各样的。,厂房空气： 生产设备漏气生产厂房内空气含生产用气危害健康甚至燃烧爆炸。,气体分析意义： 在工业生产中为了正常安全生
3、产，对各种工业气体都要经过分析，了解其组成。 1.化工原料气 分析正确配料； 2.中间产品气体分析生产是否正常； 3.（燃料燃烧后生成）烟道气分析 燃 烧是否正常； 4.厂房空气分析 通风、设备漏气情况 有无有害气体 是否危及生命及厂房安全。,气体分析的特点：,一般测定气体的V而不是质量 m，并同时测定环境的T和P。,2 气体试样的采取,共有：4部分结构、4种采样形式、 3种采样方法,4种采样形式,3种采样方法,采样方法的详细介绍:,1常压状态气体采样 气体状态：等于大气压或低正压或低负压 采样方法：封闭液采样法 使用容器：采样瓶或采样管,采样瓶采样的步骤是：,采样瓶装置图如下所示：,气样管采
4、样的步骤是：,气样管装置图如下：,抽气泵减压法采样步骤： （适用于低气压或负压不太高的负压状态气体）,流水抽气法采样装置图：,说明：如果用气样管采样，则进行分析时，先将气样管旋塞2的一端经橡皮管和气体分析仪器的进气管连接，旋塞3的一端插入不能溶解被分析气体的封闭液中，然后利用气体分析仪器的水准瓶产生的负压将气体吸入气体分析仪器中。,气体状态：气体压力远高于大气压力的为正压气体； 采样工具：采样瓶、采样管、橡皮囊或直接采样。 特点：不要改变封闭液的位置，气体借助自己的正压进入气体的气囊。 注意事项：压力过大，应注意调整采样管旋塞，或者在采样装置与气体容器之间加装缓冲瓶。,2正压状态气体的采样,3
5、.负压状态气体的采样 气体状态：远低于大气压力的气体称负压气体； 采样方法：抽气泵减压法（负压不太 高） ；抽空容器法（负压过高），抽空容器是0.5 3.0L容器，由优质厚壁的玻璃瓶或管瓶组成具有旋塞。,负压状态气体的采样采样步骤：,3. 气体的化学分析方法,1原理：利用气体的化学特性，使混合气和特定试剂接触。则混合气体中的被测组分与试剂发生化学反应被定量吸收，其它组成则不发生反应（或不干扰）。如果吸收前后的温度及压力不一致，则吸收前后的体积之差即为被测组分的体积。,一、 吸收法,（一） 气体容量法（或气体体积）,原理：,根据吸收前后体积之差=被测组分体积计算出体积比（V/V）的分数,例如：混
6、合气：,钢铁样中C的测定：,2. 气体吸收剂及吸收顺序 定义：用来吸收气体的试剂称作气体 吸收剂；,重点,以煤气为例讲解气体的吸收剂及吸收 顺序，其中煤气的组成成分为：,煤气中各种成分的吸附剂及吸附顺序表,气体分析是有一连串装有吸附剂的吸附瓶来进行吸收的，因此吸附剂的顺序必须进行合适的安排，否则会干扰测定。,下表列出了各种吸附剂和各种气体之间的作用：,混合气与吸附剂作用情况表,标注表格： 表示发生了相互作用或干扰； 表示不干扰 (1) KOH溶液只吸附CO2； (2) 饱和溴水只吸附不饱和烃，其他的不干扰，但是要用碱溶液除去吸附时混入的溴重气，此时CO2也被吸附故排在KOH之后； (3) 焦性
7、没食子酸的碱溶液能吸附碱性气体CO2 ，所以排在KOH之后； (4) 氯化亚铜氨溶液不但吸附CO而且吸附CO2 、O2、CnHm等，故应为第4位。,（二）吸附容量滴定法 原理：综合使用吸附法和重量滴定法。 方法实质：吸附剂吸附被测组分（混合气 体） ，然后用标准滴定法。 存在的两种反应是：吸收反应和滴定反应。,例如：,示例表,示例表,（三）吸收重量法 综合应用吸收法和重量分析法，测定气体物质或可以转化为气体物质的元素含量的方法。 例如：,然后根据吸附剂增加的重量计算C、H 的含 量。,二.燃烧法 利用可燃烧性气体的性质进行测定的方法，特别适用于无适当吸收剂的化学性质比较稳定的气体。 如：CH4
8、无适当的吸收剂，H2、CO可用燃烧法也可以用吸收法。,燃烧法原理： 根据可燃性气体燃烧后，其体积缩减 V缩，消耗氧的体积VO2或生成CO2的体积 VCO2与可燃性气体的体积V可燃的比例关 系，由测定得V缩、VO2或VCO2计算V可燃 从而求得其含量。V可燃与V缩、VO2或VCO2 有一定的比例关系，是计算的依据，也是 燃烧法的主要理论依据。,例1，以氢气燃烧为例找出比例关系：,例2，以甲烷燃烧为例：,例3，以CO 燃烧为例：,(二) 一元可燃性气体含量的测定（含一种可燃性气体） 可用吸收法除去干扰组分（如O2，CO2等），再加入一定量的O2或空气，燃烧后根据体积的变化或生成CO2的体积，可计算
9、可燃性气体含量。,例如：一混合气体有N2、O2、CO2、CO取样50mL测CO， 测CO时O2、CO2有干扰，吸收干扰物后再补充O2使混合气燃烧测出生成CO2的体积VCO2=20.00mL，求混合气体中CO的含量？,（三） 二元可燃性气体含量的测定（含两种可燃性气体） 先吸收除去干扰组分，经空气或充分的O2燃烧后，测V缩、VO2、VCO2，列出相关的方程式求解。,二元可燃烧气体含量测定表,例1： CH4、CO和N2的混合气20.00mL。加一 定量过量的O2，燃烧后体积缩减21.00mL，生 成CO218.00mL，计算各种成分的含量？,解：反应式：,，,，,得到：,解联立方程式得到：,则：,
10、例2：含CH4、H2和N2的混合气20.00mL。精确加入空气80.00mL。燃烧后用KOH溶液吸收生成的CO2，剩余气体的体积为68.00 mL，再用没食子酸的碱溶液吸收剩余的O2后，体积为66.28mL。计算混合气体中CH4、H2和N2的体积含量？,（1）求消耗O2的体积为：燃烧前准确加入 80. 00mL空气，空气中含O220.90 ，所以 加入的O2的体积是：,燃烧后吸收法测得O2：,则消耗的O2为：,（1）,（2）再求,燃烧后除去CO2后剩余体积为68.00mL，所以 燃烧中的总体积缩减与生成CO2的总体积的和共为100-68.00=32.00mL。 其中：,，,即：,（2）,解（1
11、）（2）联立方程得到：,则：,（四） 燃烧法 燃烧法共分为三类： 爆燃法、缓燃法、氧化铜燃烧法。 几个概念： 爆炸上限：使可燃性气体能引起爆炸的最高含量(含量指可燃性气体与空气或氧气的浓度关系百分比)。 爆炸下限：使可燃性气体能引起爆炸的最低含量。 爆炸极限：爆炸上限和爆炸下限之间的范围。,例如： 氢气的爆炸极限是：4.1 74.2 。即氢气在空气中的体积占4.174.2 时，此混合气体有爆炸性。下限以下可 避免爆炸，上限以上氧气不足，可燃气 体不能完全燃烧。,爆燃法（爆炸燃烧法）： 可燃气体与空或氧气混合，其比例能使可燃气体完全燃烧且在爆炸极限内的方法 。 特点：所需时间最少即快速。爆炸极限
12、在工业生成防火防爆工作中极重要的意义 。,缓燃法(缓慢燃烧法) ： 可燃气体与空气或氧气混合，且浓度控制在爆炸极限以下，使之经过炽热的铂质螺丝而引起缓慢燃烧。 特点：需时太长。适合于可燃性组分浓度较低的混合气体或空气中可燃物的测定,氧化铜燃烧法 ： 利用氧化铜在高温下的氧化活性，使可燃性气体缓慢燃烧。 特点：不要加入燃烧所需氧，所用的氧气由氧化铜还原得出。CuO使用后，可在400通入空气使之氧化即可再用。 优点：因不通入氧气，可减少一次体积测量而减少误差，并且测量后的计算也因不加入氧气而简化。,氧化铜燃烧法的反应方程式：,4 气体分析的仪器 主要部件：,这是测量气体体积用的部件,供气体进行吸收作用的部件,供气体进行燃烧反应的部件,梳形管：连接量气管、吸收瓶及燃烧管 的部件。 旋塞：三通、普通、四通旋塞，控制气 体流动的部件。,