第四章氣體分析§1概述§2氣體試樣的采取§3氣體的化學(xué)分析法§4氣體分析的儀器

本章主要內(nèi)容:1

工業(yè)生產(chǎn)中常使用氣體作為原料或燃料；化工生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)常常有副產(chǎn)物廢氣；燃料燃燒后也生產(chǎn)廢氣（如煙道氣）；生產(chǎn)廠房空氣中常混有一定量生產(chǎn)氣體。

所以工業(yè)氣體共分四大類：化工原料氣、氣體燃料、廢氣和廠房空氣。§1概述

2（1）天然氣：主要是CH4?95%（煤或石油組成物的分解產(chǎn)物）（2）煉油氣：CH4及其它低分子量的C、H化合物（原油熱處理產(chǎn)物）（3）焦?fàn)t煤氣：H2

、CH4（煤?800℃煉焦油氣態(tài)產(chǎn)物）（4）水煤氣：CO、H2（水蒸氣和熾熱的煤作用，得到半水煤氣）（5）硫鐵礦焙燒爐氣：SO26-9%用于制造硫酸（6）石灰焙燒窯氣：CO232-40%用于制堿和制糖工業(yè)化工原料氣是無機(jī)、有機(jī)合成的重要原料，主要有：3廢氣：

燃燒爐的煙道氣的組成為：N2、O2、CO2、CO、水蒸氣及少量其它氣體。如：硫酸、硝酸廠排入大氣的廢氣中含有少量的SO2和NO2；制堿廠排出廢氣中含有少量CO2；

總之，有機(jī)化工的廢氣是各種各樣的。5廠房空氣：

生產(chǎn)設(shè)備漏氣→生產(chǎn)廠房內(nèi)空氣含生產(chǎn)用氣→危害健康→甚至燃燒爆炸。6氣體分析意義：在工業(yè)生產(chǎn)中為了正常安全生產(chǎn)，對各種工業(yè)氣體都要經(jīng)過分析，了解其組成。1.化工原料氣分析正確配料；2.中間產(chǎn)品氣體分析生產(chǎn)是否正常；3.（燃料燃燒后生成）煙道氣分析燃燒是否正常；4.廠房空氣分析通風(fēng)、設(shè)備漏氣情況有無有害氣體是否危及生命及廠房安全。7氣體分析的特點(diǎn)：

一般測定氣體的V而不是質(zhì)量m，并同時測定環(huán)境的T和P。84種采樣形式

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采樣方法的詳細(xì)介紹:

1．常壓狀態(tài)氣體采樣氣體狀態(tài)：等于大氣壓或低正壓或低負(fù)壓采樣方法：封閉液采樣法使用容器：采樣瓶或采樣管12采樣瓶裝置圖如下所示：14氣樣管采樣的步驟是：

15氣樣管裝置圖如下：16抽氣泵減壓法采樣步驟：（適用于低氣壓或負(fù)壓不太高的負(fù)壓狀態(tài)氣體）

17流水抽氣法采樣裝置圖：18

氣體狀態(tài)：氣體壓力遠(yuǎn)高于大氣壓力的為正壓氣體；

采樣工具：采樣瓶、采樣管、橡皮囊或直接采樣。

特點(diǎn)：不要改變封閉液的位置，氣體借助自己的正壓進(jìn)入氣體的氣囊。

注意事項(xiàng)：壓力過大，應(yīng)注意調(diào)整采樣管旋塞，或者在采樣裝置與氣體容器之間加裝緩沖瓶。2．正壓狀態(tài)氣體的采樣

203.負(fù)壓狀態(tài)氣體的采樣氣體狀態(tài)：遠(yuǎn)低于大氣壓力的氣體稱負(fù)壓氣體；采樣方法：抽氣泵減壓法（負(fù)壓不太高）；抽空容器法（負(fù)壓過高），抽空容器是0.5～3.0L容器，由優(yōu)質(zhì)厚壁的玻璃瓶或管瓶組成具有旋塞。21§3.

氣體的化學(xué)分析方法23（1）原理：利用氣體的化學(xué)特性，使混合氣和特定試劑接觸。則混合氣體中的被測組分與試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被定量吸收，其它組成則不發(fā)生反應(yīng)（或不干擾）。如果吸收前后的溫度及壓力不一致，則吸收前后的體積之差即為被測組分的體積。一、吸收法

（一）氣體容量法（或氣體體積）24例如：混合氣：

鋼鐵樣中C的測定：262.氣體吸收劑及吸收順序

定義：用來吸收氣體的試劑稱作氣體吸收劑；重點(diǎn)27以煤氣為例講解氣體的吸收劑及吸收順序，其中煤氣的組成成分為：28O2保險粉（Na2S2O4）蒽醌-β-磺酸鈉作催化劑CO氯化亞銅氨溶液(4)氯化亞銅鹽酸溶液CH4燃燒法測無適當(dāng)?shù)奈談?5)H2海綿狀鈀（吸收）常用燃燒法N2剩余部分(6)30

氣體分析是有一連串裝有吸附劑的吸附瓶來進(jìn)行吸收的，因此吸附劑的順序必須進(jìn)行合適的安排，否則會干擾測定。

下表列出了各種吸附劑和各種氣體之間的作用：31混合氣與吸附劑作用情況表CO2CnHmO2COCH4H2N2編號KOH(33%)√(1)飽和溴水√√(2)焦性沒食子酸的堿溶液√√(3)氯化亞銅氨溶液√√√√(4)燃燒法√√√√√√(5)32標(biāo)注表格：√表示發(fā)生了相互作用或干擾；

表示不干擾

(1)KOH溶液只吸附CO2；(2)飽和溴水只吸附不飽和烴，其他的不干擾，但是要用堿溶液除去吸附時混入的溴重氣，此時CO2也被吸附故排在KOH之后；(3)焦性沒食子酸的堿溶液能吸附堿性氣體CO2，所以排在KOH之后；(4)氯化亞銅氨溶液不但吸附CO而且吸附CO2、O2、CnHm等，故應(yīng)為第4位。33

（二）吸附容量滴定法

原理：綜合使用吸附法和重量滴定法。

方法實(shí)質(zhì)：吸附劑吸附被測組分（混合氣

體），然后用標(biāo)準(zhǔn)滴定法。

存在的兩種反應(yīng)是：吸收反應(yīng)和滴定反應(yīng)。

例如：34示例表

氣體吸收反應(yīng)滴定反應(yīng)H2SNH3Cl235示例表SO2H2O2吸收I2吸收HClNaOH吸收AgNO3吸收36（三）吸收重量法

綜合應(yīng)用吸收法和重量分析法，測定氣體物質(zhì)或可以轉(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)的元素含量的方法。例如：

然后根據(jù)吸附劑增加的重量計(jì)算C、H的含量。37二.燃燒法利用可燃燒性氣體的性質(zhì)進(jìn)行測定的方法，特別適用于無適當(dāng)吸收劑的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的氣體。如：CH4無適當(dāng)?shù)奈談琀2、CO可用燃燒法也可以用吸收法。38燃燒法原理：

根據(jù)可燃性氣體燃燒后，其體積縮減V縮，消耗氧的體積VO2或生成CO2的體積VCO2與可燃性氣體的體積V可燃的比例關(guān)系，由測定得V縮、VO2或VCO2計(jì)算V可燃從而求得其含量。V可燃與V縮、VO2或VCO2有一定的比例關(guān)系，是計(jì)算的依據(jù)，也是燃燒法的主要理論依據(jù)。39例1，以氫氣燃燒為例找出比例關(guān)系：

40例2，以甲烷燃燒為例：41例3，以CO燃燒為例：

42(二)一元可燃性氣體含量的測定（含一種可燃性氣體）

可用吸收法除去干擾組分（如O2，CO2等），再加入一定量的O2或空氣，燃燒后根據(jù)體積的變化或生成CO2的體積，可計(jì)算可燃性氣體含量。43例如：一混合氣體有N2、O2、CO2、CO取樣50mL測CO，測CO時O2、CO2有干擾，吸收干擾物后再補(bǔ)充O2使混合氣燃燒測出生成CO2的體積VCO2=20.00mL，求混合氣體中CO的含量？

44（三）二元可燃性氣體含量的測定（含兩種可燃性氣體）

先吸收除去干擾組分，經(jīng)空氣或充分的O2燃燒后，測V縮、VO2、VCO2，列出相關(guān)的方程式求解。45二元可燃燒氣體含量測定表混合氣化學(xué)反應(yīng)式聯(lián)立方程式(選其中兩個)解聯(lián)立方程式CH4與CO(1)、(2)聯(lián)立：CH4與H2（1）、（2）、（3）聯(lián)立：46例1：CH4、CO和N2的混合氣20.00mL。加一定量過量的O2，燃燒后體積縮減21.00mL，生成CO218.00mL，計(jì)算各種成分的含量？解：反應(yīng)式：，

，得到：解聯(lián)立方程式得到：

則：

47

例2：含CH4、H2和N2的混合氣20.00mL。精確加入空氣80.00mL。燃燒后用KOH溶液吸收生成的CO2，剩余氣體的體積為68.00mL，再用沒食子酸的堿溶液吸收剩余的O2后，體積為66.28mL。計(jì)算混合氣體中CH4、H2和N2的體積含量？（1）求消耗O2的體積為：燃燒前準(zhǔn)確加入80.00mL空氣，空氣中含O220.90％

，所以加入的O2的體積是：

48燃燒后吸收法測得O2：

則消耗的O2為：

（1）

49（2）再求

燃燒后除去CO2后剩余體積為68.00mL，所以燃燒中的總體積縮減與生成CO2的總體積的和共為100-68.00=32.00mL。其中：，即：

（2）

解（1）（2）聯(lián)立方程得到：

則：50（四）燃燒法

燃燒法共分為三類：

爆燃法、緩燃法、氧化銅燃燒法。幾個概念：

爆炸上限：使可燃性氣體能引起爆炸的最高含量(含量指可燃性氣體與空氣或氧氣的濃度關(guān)系百分比)。

爆炸下限：使可燃性氣體能引起爆炸的最低含量。

爆炸極限：爆炸上限和爆炸下限之間的范圍。51例如：

氫氣的爆炸極限是：4.1～74.2％。即氫氣在空氣中的體積占4.1～74.2％時，此混合氣體有爆炸性。下限以下可避免爆炸，上限以上氧氣不足，可燃?xì)怏w不能完全燃燒。52爆燃法（爆炸燃燒法）：

可燃?xì)怏w與空或氧氣混合，其比例能使可燃?xì)怏w完全燃燒且在爆炸極限內(nèi)的方法。

特點(diǎn)：所需時間最少即快速。爆炸極限在工業(yè)生成防火防爆工作中極重要的意義。53

緩燃法(緩慢燃燒法)：可燃?xì)怏w與空氣或氧氣混合，且濃度控制在爆炸極限以下，使之經(jīng)過熾熱的鉑質(zhì)螺絲而引起緩慢燃燒。

特點(diǎn)：需時太長。適合于可燃性組分濃度較低的混合氣體或空氣中可燃物的測定54氧化銅燃燒法：利用氧化銅在高溫下的氧化活性，使可燃性氣體緩慢燃燒。

特點(diǎn)：不要加入燃燒所需氧，所用的氧氣由氧化銅還原得出。CuO使用后，可在400℃通入空氣使之氧化即可再用。

優(yōu)點(diǎn)：因不通入氧氣，可減少一次體積測量而減少誤差，并且測量后的計(jì)算也因不加入氧氣而簡化。55氧化銅燃燒法的反應(yīng)方程式：56§4

氣體分析的儀器主要部件：這是測量氣體體積用的部件57

供氣體進(jìn)行吸收作用的部件

供氣體進(jìn)行燃燒反應(yīng)的部件梳形管：連接量氣管、吸收瓶及燃燒管的部件。旋塞：三通、普通、四通旋塞，控制氣