第四章氣體凈化及氣氛控制

4.1幾種常用氣體的特征及其制取方法4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化4.3混合氣體的配制4.4氣體流量的測定4.5氣體的儲存及安全使用第四章氣體凈化及氣氛控制

4.1幾種常用氣體的特征及其制取1氮氣主要分布在地球表面的大氣層中,它在大氣中的體積百分比約為78％,另外在地層中也蘊藏有氮氣氮氣是一種重要的物質(zhì),在化學工業(yè)、電子工業(yè)、生物工程、食品工業(yè)和科學研究等領(lǐng)域中有著廣泛的應用,特別是在合成氨工業(yè)中,它是取之不盡的原料.4.1幾種常用氣體的特征及其制取方法4.1.1氮氣氮氣,分子式N2,常溫常壓下是無色、無味的氣體,常壓下,氮氣可以微溶于水，也可以溶于多種有機溶劑。氮氣主要分布在地球表面的大氣層中,它在大氣中的4.1幾種常用22.氮氣的化學性質(zhì)

在通常條件下,氮是化學惰性的.在常溫、常壓下，除金屬鋰等極少數(shù)元素外,氮幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生反應.在高溫、高壓或有催化劑存在的條件下,氮可以與氫、氧、碳等非金屬元素以及某些金屬元素發(fā)生反應.反應生成物中,氮主要表現(xiàn)為正五價或負三價。例如,氮與氫反應生成氨：

在溫度高于1900K時能緩慢反應生成氫氰酸：

室溫下，鋰是能與氮直接反應的極少數(shù)金屬元素之一，反應生成氮化鋰：

除鋰之外,金屬元素中,鈹和其它堿土金屬,過渡金屬,鈧、釔及鑭系金屬,釷、鈾、钚等錒系金屬以及鉛、鍺等在高溫下均能與氮反應生成金屬氮化物.除上述金屬元素和非金屬元素外,在高溫下,氮與一些化合物也能發(fā)生反應。1.氮氣的物理性質(zhì)(自學p179表8-1)4.1.1氮氣2.氮氣的化學性質(zhì)在通常條件下,氮是化學惰性的.3(1)空氣分離法制備

4.氮氣的制備方法

工業(yè)主要采取低溫精餾法從空氣中分離回收氮氣.近年來采用變壓吸附法和膜分離法,分離空氣制氮的裝置逐漸增多。變壓吸附法具有設(shè)備簡單、操作方便、投資省等優(yōu)點。膜分離制氮法是20世紀80年代新興的高科技技術(shù),雖然起步較晚,但發(fā)展很快,它的流程更加簡單、裝置緊湊、操作簡便、啟動速度低、能耗低、壽命長、運行穩(wěn)定可靠,越來越受到關(guān)注。4.1.1氮氣(1)空氣分離法制備4.氮氣的制備方法工業(yè)主要采取低溫精4(2)化學法制氮A燃燒法加壓空氣與可燃性氣體按比例混合，進入燃燒室燃燒，生成CO2、H2O、少量的CO和H2，氮不參與反應.設(shè)法除雜質(zhì)即可得純氮。不過這種方法一般已不用。B氨熱分解法在600℃、101～1515kPa的條件下,在鈀催化劑存在下分解氮，生成氮和氫的混合物,配入適量空氣燃燒除去氫即得純氮.這種方法在合金熱處理工藝中仍有應用.C疊氮化鈉（NaN3）熱分解實驗室中制取少量的高純氮可采用此法。將重結(jié)晶的并經(jīng)干燥過的疊氮化鈉放入密閉的容器中，抽空并加熱至275℃以上溫度，NaN3分解成Na和N2。

4.1.1氮氣4.氮氣的制備方法

(2)化學法制氮A燃燒法加壓空氣與可燃性氣體按比例混合5(3)高純氮的制取鋼瓶裝的氮氣一般都是由液態(tài)空氣精餾制得,純度都在99.9％以上.質(zhì)量好的氮氣純度可達99.999％.

有害雜質(zhì)主要有H2、O2、CO、CO2和H2O

凈化方法：H2O和CO2可以用分子篩吸附法脫除。

H2和CO可用催化法脫除。

微量O2的脫除可采用402型高效脫氧劑。另外,一種稱為PEN型的高效脫氧劑成功地應用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。PEN型脫氧劑強度高,使用溫度為常溫～200℃,再生溫度250～350℃,在450℃不燒結(jié),不失活,脫氧深度為0.1×10-6,使用壽命長達5年。4.1.1氮氣4.氮氣的制備方法

(3)高純氮的制取鋼瓶裝的氮氣一般都是由液態(tài)空氣精餾制得,純64.1.2氧氣(1)氧氣的物理性質(zhì)(見p181表8-2)

無色,無味;密度1.43g/L，微溶于水，順磁性氣體(2)氧氣的化學性質(zhì)

氧是最活潑的元素之一,除氦、氖和氬等稀有氣體和一些不活潑金屬外,氧幾乎能同所有的元素形成化合物。除O2外,自然界還存在氧的二種同素異形體，即O3,O4,臭氧(O3)是比氧氣(O2)更強的氧化劑,能在溫和的條件下進行反應。

4.1幾種常用氣體的特征及其制取方法4.1.2氧氣(1)氧氣的物理性73、氧氣的制取方法

(1)空氣分離法制氧

空氣分離制氧可以采用四種方法,即低溫精餾法,常溫變壓吸附法,膜分離法和吸收法。

4.1.2氧氣低溫精餾法已有近100年的歷史,此法工藝成熟,產(chǎn)品純度高,在生產(chǎn)氣態(tài)氧的同時,也能生產(chǎn)液態(tài)氧,適于大規(guī)模生產(chǎn)。膜分離法是近年來發(fā)展起來的方法,主要用于制取含氧量25～45％的富氧空氣.這種技術(shù)真正成熟,還要有一個較長的發(fā)展過程。吸收法制氧是20世紀80年代以來開發(fā)出的一種新工藝,其基本原理是高溫堿性熔鹽在催化劑的作用下，能吸收空氣中的氧氣,然后調(diào)節(jié)溫度可以解吸放出氧氣,用來吸收氧的鹽為工業(yè)純的堿金屬硝酸鹽[NaK(NO3)2]。3、氧氣的制取方法8(2)水電解法制氧

鋰、鈉、鉀的氯酸鹽或者過氯酸鹽都有受熱發(fā)生分解反應放出氧的這一特性,可以制成供呼吸使用或供某些性質(zhì),利用他們特殊場合使用的氧發(fā)生器,比較著名的是“氯酸鹽氧燭”.氯酸鈉受熱分解時產(chǎn)生10-6數(shù)量級的氯氣,必須設(shè)法除去.通常使用BaO2作除氯劑,大部分氯在與過氧化鋇接觸過程中被化合成氯化鋇,并放出氧氣.過氧化鋇除氯的缺點是,它會導致燭體點燃遲鈍,使用中有氧滯后現(xiàn)象,采用過氧化鋰可改善初期放氧速度。

4.1.2氧氣

3、氧氣的制取方法用水電解法制氧時,如先用氫氣鼓泡反吹軟水原料,以除去溶解于水中的氮和其它氣體雜質(zhì),再將電解氧脫氫,很容易得到純度為99.995～99.999％的高純氧。(3)化學法制氧①氯酸鹽和過氯酸鹽分解(2)水電解法制氧鋰、鈉、鉀的9②過氧化物和超氧化物分解

過氧化鉀(KO2),過氧化鈉(NaO2),過氧化鈣[Ca(O2)2]等遇水后,均發(fā)生分解反應并放出氧氣,則：4.1.2氧氣

4、氧氣的制取方法(3)化學法制氧過氧化鈉小心地溶于冷水中,得到含有氫氧化鈉與過氧化氫的溶液.氫氧化鈉與二氧化碳相接觸會生成碳酸鈉,過氧化氫受熱后發(fā)生分解反應放出氧氣.式中M代表堿金屬∴過氧化鈉與水,二氧化碳反應,即可吸收二氧化碳又可產(chǎn)生氧②過氧化物和超氧化物分解過氧化鉀(KO2),過氧化鈉(N10(3)氧氣的制取方法低溫精餾法——適用于大規(guī)模生產(chǎn)變壓吸附法——適用于中小規(guī)模生產(chǎn)膜分離法——主要用于制取含氧量

25％～45％的富氧空氣吸收法制氧——高溫堿性熔鹽在催化劑的作用下，能吸收空氣中的氧氣，然后調(diào)節(jié)溫度可以解吸放出氧氣氯酸鹽和過氯酸鹽分解過氧化物和超氧化物分解容易得到純度為99.995％～99.999％

的高純氧1）空氣分離法制氧2）水電解法制氧----3）化學法制氧——(3)氧氣的制取方法低溫精餾法——適用于大規(guī)模生產(chǎn)氯酸鹽和過114.1.3氫氣

氫是主要的工業(yè)原料,也是最重要的工業(yè)氣體和特種氣體,在石油化工,電子工業(yè),冶金工業(yè),食品加工,浮法玻璃,精細有機合成,航空航天等方面有著廣泛的應用.同時,氫也是一種理想的二次能源。1、氫氣的物理性質(zhì)常溫下,分子氫無色,無臭,無毒,易著火,燃燒時呈微弱的白色火焰。氫氣的一般物理性質(zhì)(見P183表8-3)2、氫氣的化學性質(zhì)可以和金屬及非金屬發(fā)生反應

(1).氫與非金屬單質(zhì)的反應氫與鹵素(X2)可直接化合生成鹵化氫氫與氧在加熱或催化劑作用可直接發(fā)生反應氫與氮氣在有催化劑或放電情況下可直接化合生成氨：

石磨電極在氫氣中發(fā)生電弧時能產(chǎn)生烴類化合物：4.1.3氫氣氫是主要的工業(yè)原料,也是最重要的工業(yè)氣體12氫除了上述的幾種反應之外,還有原子氫的反應,還原反應,氫脆反應等。(2).氫氣與金屬的反應4.1.3氫氣

2、氫氣的化學性質(zhì)氫與金屬互相化合生成氫化物。按照與其相結(jié)合的元素在周期表中的位置和氫化物在物理和化學性質(zhì)上的差異，可以分成離子型氫化物、共價型氫化物、過渡金屬氫化物、邊界氫化物和配位氫化物五種類型。(3).合成氣反應合成氣主要由不同比例的H2和CO組成.不同條件下,選用不同催化劑,氫和一氧化碳反應可合成多種有機化合物.重要的反應有:甲醇和乙二醇的合成,費托(Fischer-Tropsch)法合成烴,甲烷化,合成聚乙烯,醇的同系化反應,與不飽和烴反應制醛等。氫除了上述的幾種反應之外,還有原子氫的反應,還原反(2).氫13(2)工業(yè)生產(chǎn)方法：以化工原料為例

①活潑金屬與水反應;②金屬與酸反應;

③金屬同強堿作用;

④金屬氫化物同水反應;

⑤實驗室規(guī)模水溶液電解，氫離子在電解池陰極獲得電子產(chǎn)生氫氣。

烴的蒸汽轉(zhuǎn)化法烴的部分氧化法煤氣化法——18%水電解法——4%77%4.1.3氫氣

3、氫氣的制取方法(1)實驗室制氫(2)工業(yè)生產(chǎn)方法：烴的蒸汽轉(zhuǎn)化法77%4.1144.1.4二氧化碳CO2還可以用其它方法還原,常用的還原劑為H2：自然界中,二氧化碳是最豐富的化學物質(zhì)之一,它為大氣組成的一部分,也包含在某些天然氣或油田伴生氣中以及以碳酸鹽形式存在的礦石中.大氣里二氧化碳的含量為0.03～0.04％。1.二氧化碳物理性質(zhì)二氧化碳比空氣重,約為空氣重量的1.53倍,是無色而略帶刺鼻氣味和微酸味的氣體.其主要物理性質(zhì)見P185表8-4。2.二氧化碳的化學性質(zhì)通常情況下,CO2性質(zhì)穩(wěn)定,不活潑,無毒性,不燃燒,不助燃.在高溫或有催化劑存在的情況下,CO2也能參加一些化學反應。(1)還原反應在CO2中,燃燒著的鎂,鋁,鉀等活潑金屬可以繼續(xù)保持燃燒,反應生成金屬氧化物，析出游離態(tài)碳：4.1.4二氧化碳CO2還可以用其它方法還原,常用的還原劑為15在加熱和催化劑作用下，CO2還可被烴類還原：在高溫(170～200℃)和高壓(13.8～24.6MPa)下,CO2和氨反應,首先生成氨基甲酸銨：接著氨基甲酸銨失去一分子水生成尿素CO(NH2)2,這個反應是CO2化工應用中最重要的反應之一.它被廣泛用于尿素及其衍生物的生產(chǎn)過程中。

CO2在有機合成中的另一重要反應是Kolbe-Schmitt反應,即苯酚鈉的羧化反應.在升溫加壓和有銅－鋅催化劑存在時,用CO2,CO和H2的氣態(tài)混合物可以合成甲醇,CO2和H2發(fā)生如下反應：(3)生化反應

CO2在地球環(huán)境中起重要作用。在植物新陳代謝過程中,在光和葉綠素的作用下,利用空氣中的CO2與水反應合成糖等有機物,同時釋放出氧氣：可以被碳還原(2)有機合成反應在加熱和催化劑作用下，CO2還可被烴類還原：在高溫(170～16可供工業(yè)回收的富CO2氣源(兩大類)

天然CO2氣源——CO2或者富CO2氣田，其CO2的含量為15～99％。量最大也是最重要4.1.4二氧化碳4.二氧化碳的制取方法工業(yè)副產(chǎn)氣源—氨廠和制氫裝置發(fā)酵過程石灰生產(chǎn)煙道氣中國廣東、山東和江蘇等地，亦存在具有開發(fā)利用價值的高濃度CO2氣田。即可綜合利用碳資源,又可治理因工業(yè)廢氣排放帶來的環(huán)境污染.可供工業(yè)回收天然CO2氣源——CO2或者富CO2氣田，其C17氣體凈化技術(shù)常用方法：（1）吸收吸收是將雜質(zhì)氣體溶于吸收劑內(nèi)，此時多半發(fā)生化學反應。吸收劑多為液體，也用固體。

常見的吸收劑及其吸氣反應請見表8-5（P186）液態(tài)吸收劑裝于洗滌瓶內(nèi),固態(tài)吸收劑則需置在干燥塔或干燥管中.選用吸附劑時應注意,在吸收雜質(zhì)時不要把待凈化的氣體也吸收了。冷凝和過濾3.2.1氣體凈化的基本方法吸收、吸附、化學催化、4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化氣體凈化技術(shù)常用方法：冷凝和過濾3.2.1氣體凈化的基本方法18

用多孔的固體作吸收劑來處理混合氣體,使其中一種或數(shù)種雜質(zhì)被吸附在固體表面上,從而達到分離凈化的目的.固體的比表面越大,其吸附量也越大.所以吸附劑必須是多孔的,這樣的吸附劑具有巨大的內(nèi)表面.

吸附速率與下列四個因素有關(guān)：①被吸氣體向吸附劑表面的擴散（外部擴散）速率；②被吸氣體和吸附劑孔道的相對大?。虎畚絼┖捅晃镔|(zhì)間的吸附力；④溫度。4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

4.2.1氣體凈化的基本方法(2)吸附吸附是凈化氣體常用的方法之一。常用吸附劑的比表面請見表8-6(P187)。用多孔的固體作吸收劑來處理混合氣體,使其中一種或19(3)化學催化

催化劑的作用:控制反應速率或者使反應沿著特定的途徑進行.反應物被吸附在催化劑表面上吸附能力特別高的局部地區(qū)，即所謂“活性中心”對催化劑的要求：具有一定活性和抗中毒能力以及具有足夠的機械強度;

此外還需考慮催化劑的形狀和尺寸，以使氣流通過催化劑床層造成的壓力降不致過大。

4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

4.2.1氣體凈化的基本方法原理：借助于催化劑的作用,使氣體中的雜質(zhì)吸附在催化劑表面上并與氣體中的其它組分發(fā)生反應，轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)(因而可以允許留在氣體中)或者轉(zhuǎn)化為比原存雜質(zhì)更易于除去的物質(zhì)(以便除去)，這也是凈化氣體的一種方法。例如用鉑石棉（加熱到400℃）或用105催化劑可使氫氣中的微量氧轉(zhuǎn)化為水蒸氣而易于除去。

絕大多數(shù)氣體凈化過程中所用的催化劑是金屬或其鹽類。通常將催化劑載在具有巨大表面積的惰性載體上。(3)化學催化催化劑的作用:控制反應速率或者使反應沿著特定20常用的冷凍劑是冰和某些鹽類的混合物。將碎冰（或雪）與這些鹽類按照一定的比例混合時,由于溶解吸熱，可使混合物溫度下降到其低共熔溫度。

(4)冷凝4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

4.2.1氣體凈化的基本方法原理：氣體通過低溫介質(zhì),可使其中某些易冷凝的雜質(zhì)凝結(jié)而除去。例如H2、Ar、N2中的微量水蒸氣就可以通過冷凝而除去。雜質(zhì)除去的完全程度與冷凝溫度有關(guān)。冷凝溫度越低，則被冷凝雜質(zhì)的蒸汽壓也就越低，殘留在氣體中的雜質(zhì)就越少。例如，冷到－22℃時，氣體中殘留的水蒸氣分壓可降到85Pa，相當于該溫度下冰的蒸汽壓常用的冷凍劑是冰和某些鹽類的混合物。將碎冰（或雪）與這些鹽類21

目前用于凈化H2氣.H2氣能大量溶于600oC的金屬鈀中.并可從鈀的另側(cè)(H2分壓低的一側(cè))析出.左圖是凈化H2用的鈀管，鈀管外通過不純H2.在600oC的鈀管上溶解H2,而雜質(zhì)氣體(如O2、N2、H2O等)則不溶.在鈀管內(nèi)側(cè)有純H2析出,從而達到純化目的。4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

4.2.1氣體凈化的基本方法過多H2不純H2純H2柯發(fā)合金玻璃管鈀管加熱鎢絲(5)過濾凈化法目前用于凈化H2氣.H2氣能大量溶于600oC的金屬22

氣體凈化劑種類很多，下面介紹幾種常用的氣體凈化劑：

實驗室內(nèi)常用的干燥劑及其脫水能力見表8-7(P188)

4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

4.2.2常用氣體凈化劑（1）干燥劑氣體脫水經(jīng)常使用干燥法，即將氣體通過干燥劑(吸水劑)脫水。①硅膠硅膠是以SiO2為主的玻璃狀物質(zhì),對水具有很強的吸附能力它適用于相對濕度大于40%的氣體;相對濕度低于35%時,其吸附能力下降.吸附水時放熱,此時吸附能力下降,在處理高濕高溫氣體時應注意冷卻.硅膠為乳白色,為顯示硅膠吸水程度,通常使用變色硅膠.變?yōu)榉奂t時100~120oC再生處理，干燥后成為藍色的硅膠.含CoCl2硅膠氣體凈化劑種類很多，下面介紹幾種常用的氣體凈化劑：實驗室內(nèi)23無水過氯酸鎂Mg(ClO4)2的干燥能力稍次于P2O5,吸水后不易形成粘稠狀物質(zhì),安裝和更換均比P2O5方便。4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

4.2.2常用氣體凈化劑

(1)干燥劑②

P2O5:是最強的干燥劑,吸水后會形成一系列化合物，如：P2O5.H2O，3P2O5.5H2O，P2O5.2H2O，P2O5.3H2O等這些化合物成粘稠狀,附在P2O5的表面,妨礙它繼續(xù)吸收水氣，嚴重時會將干燥管堵塞。所以P2O5在氣體干燥技術(shù)中不宜作為前級的干燥劑.只有當氣體已經(jīng)過脫水處理后仍含有微量水分需要進一步干燥時,才用P2O5作干燥劑。無水過氯酸鎂Mg(ClO4)2的干燥能力稍次于P2O5,吸水24

其次,要注意將氣體先經(jīng)過干燥能力較弱的干燥劑，除去較多的水后，再經(jīng)過干燥能力較強的干燥劑。4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

4.2.2常用氣體凈化劑

③選擇干燥劑的原則選擇干燥劑時,首先要考慮它和待處理的氣體之間有無反應.例如，KOH、NaOH、CaO等不能用于酸性氣體(如H2S、SO2、CO2)的脫水.同樣，P2O5、濃硫酸不能用于堿性氣體(如NH3)的脫水.KOH、NaOH也不能用于氯氣的脫水。4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

25（2）脫氧劑和催化劑

脫氧催化劑常用鉑(或鈀)石棉或105催化劑,可使氫氣中的雜質(zhì)氧與氫結(jié)合為水。注意:硫或砷的化合物易使這種催化劑中毒,故須將它們預先除去。金屬脫氧劑:常用于去除不活潑氣體(Ar、N2)中的微量氧。常用的金屬脫氧劑：細銅絲或銅屑(600℃)、海綿鈦(900℃)和金屬鎂屑(600℃)等等.銅屑要預先用有機溶劑洗去其表面上的油脂.各種金屬脫氧劑必須加熱到一定的溫度才能保證有足夠的氧化速率.4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

4.2.2常用氣體凈化劑催化脫氧：主要用于氫氣脫氧（2）脫氧劑和催化劑脫氧催化劑常用鉑(或鈀)石棉或105催26

脫氧劑的脫氧極限，即脫氧后氣相中尚殘留的最低氧分壓值，可由有關(guān)熱力學數(shù)據(jù)加以估算。例如銅屑的脫氧反應為：

在600℃時，故可得：這就是說,用銅屑在600℃脫氧,可使氣體中氧分壓達到的最低值為4.5×10－8Pa。如果氣體中含氧較多,需先經(jīng)過弱脫氧劑,再經(jīng)過強脫氧劑。4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

4.2.2常用氣體凈化劑（2）脫氧劑和催化劑脫氧劑的脫氧極限，即脫氧后氣相中尚殘留的最低氧分壓值，27（3）吸附劑

用于防毒面具？活性炭分子篩A高效能、多選擇性的吸附劑B分子篩的篩選作用和選擇性吸附主要由其結(jié)構(gòu)特性所決定.篩選作用是根據(jù)分子大小不同而產(chǎn)生的不同選擇性吸附作用C分子篩對沸點不同的物質(zhì)也有選擇性.物質(zhì)沸點越低,越不易被吸附。D分子篩的熱穩(wěn)定性也很好。E

分子篩對不同物質(zhì)的吸附特性也各異。4.2常用氣體的凈化方法及氣體凈化

4.2.2常用氣體凈化劑實驗室常用的吸附劑：硅膠、活性炭和分子篩?；钚蕴康闹苽?炭經(jīng)過加熱活化處理,可以除去孔隙中的膠狀物質(zhì),增加其吸附表面積活性炭比表面達1000m2/g,孔徑分布很廣,孔隙也大,吸附容量和吸附速率都大.能吸附有毒氣體.（3）吸附劑用于防毒面具？活性炭分子篩A高效能、多選284.2.3幾種常用氣體的凈化方法實驗室用氮氣大多為空氣分離法獲得的瓶裝高壓氮氣,其所含氣體雜質(zhì)為O2、CO2、H2O及微量惰性氣體。凈化方法是先通過650oC的活性銅,再用焦性沒食子酸堿性溶液去除O2,而后用50%的KOH溶液去除CO2,最后干燥脫水。可按CaCl2→硅膠→P2O5程序脫水。（1）氮氣（2）氬氣和氦氣市售高壓瓶裝氬氣或氦氣純度均較高,其主要雜質(zhì)為空氣,凈化方法同氮氣。

當需要吸除雜質(zhì)N2時,可將已經(jīng)脫O2和H2O的氣體通過600oC的鎂屑或鈣屑即可脫N2.為防止Mg、Ca與陶瓷質(zhì)的容器起反應,爐管采用不銹鋼管,溫度不得超過Mg的熔點630oC。4.2.3幾種常用氣體的凈化方法實驗室用氮氣大多為空氣分29

（3）一氧化碳

用CO2氣化木炭而制得的一氧化碳,其主要雜質(zhì)為CO2、N2和H2.CO2可用50%KOH溶液或堿石灰除去,然后用硅膠,P2O5脫水。

用甲酸滴入濃硫酸脫水制得的一氧化碳比較純凈，它的雜質(zhì)主要為空氣、CO2及酸蒸氣.CO2及酸蒸氣可通過KOH溶液或堿石灰去除，空氣可以用400oC活性銅除O2，最后用硅膠→P2O5脫水。

一氧化碳主要用來作鐵礦還原試驗，在配制還原氣中要加入相當量的N2，因此N2雜質(zhì)不必去除。4.2.3幾種常用氣體的凈化方法

（4）二氧化碳實驗用CO2大多由鋼瓶瓶裝供應,其雜質(zhì)取決于二氧化碳的生產(chǎn)方式.雜質(zhì)有CO,H2S,空氣,H2O;作為釀酒副產(chǎn)品的CO2還含有醇類雜質(zhì)其凈化順序是:用小塊KHCO3除去酸蒸氣→lmol/L的KMnO4溶液去除H2S→濃硫酸脫水→活性銅去O2。（3）一氧化碳4.2.3幾種常用氣體的凈化30

（5）氫

鋼瓶裝的氫氣其純度為99.7%

～99.9%，僅有少量空氣雜質(zhì)，一般可以不再處理。

實驗室利用小型電解制氫設(shè)備制氫，有時有少量堿霧，可通過1000℃石英砂的石英管去除。

用Zn＋H2SO4制氫時，往往含有酸霧，可用粒狀KOH除去。干燥可采用CaCl2→濃H2SO4→P2O5程序。

用量不大的高純氫可用鈀管來凈化。氫是易燃易爆氣體，凈化處理時務(wù)必注意安全。4.2.3幾種常用氣體的凈化方法（5）氫4.2.3幾種常用氣體的凈化方法31①H2的凈化系統(tǒng)（主要雜質(zhì)：O2和H2O）H298%硅膠H2O鈀管分子篩H2O105催化劑Pt或鈀絲棉O2O2分子篩H2O過濾器除塵P2O5H2OH299.99%4.2.3幾種常用氣體的凈化方法(6)典型氣體凈化系統(tǒng)鋼瓶①H2的凈化系統(tǒng)（主要雜質(zhì)：O2和H2O）H298%硅膠H232(2)N2或Ar的凈化(主要雜質(zhì):O2,

CO2,

H2O)N298%KOH堿石棉CO2硅膠或氯化鈣H2O分子篩H2OP2O5H2O塵過濾器N299.99%Mg600℃4.2.3幾種常用氣體的凈化方法(6)典型氣體凈化系統(tǒng)O2Cu屑500℃(2)N2或Ar的凈化(主要雜質(zhì):O2,CO2,H233將氣體按所需的比例分別充入貯氣袋中,混合均勻后(靠擴散),使用時由貯氣袋放出即可。缺點:貯氣袋容量有限,有時混合不均勻,氣體壓力不穩(wěn)定。若氣體用量較大,可用高壓鋼瓶代替貯氣袋,但必須用壓氣機將氣體壓入高壓氣瓶內(nèi),而這個實驗室一般不易辦到。4.3混合氣體的配制配制一定組成的混合氣體一般有三種方法：靜態(tài)混合法動態(tài)混合法平衡法1.靜態(tài)混合法

①按氣體體積配制②按各組分分壓配制將氣體按所需的比例分別充入貯氣袋中,混合均勻后(靠擴散),使342.動態(tài)混合法

例如,要配制CO－CO2混合氣體，可以采用圖8-1的裝置.4.3混合氣體的配制此法是將待混合的氣體預先通過流量計準確地測出各自的流量,然后再匯合流在一起。流量比就是混合后的分壓比。3.平衡法另一種制備H2－H2O混合氣體的辦法是將一定量的H2和O2在一反應爐管的底部燃燒,使H2和O2發(fā)生反應生成水蒸汽。H2應當稍過量,以使H2和O2化合成水后H2有剩余,剩余的量即為中所需的0.005至25的足夠準確的

的量。用此法可以得到例如配制一定比例的H2－H2O的混合氣體,可將H2通過一個預飽和器讓其被過量水蒸氣飽和,然后讓氫氣通過置于恒溫水槽中盛有短截玻璃管的容器,使氫氣所攜帶的過量水蒸氣被冷凝.為了防止水蒸氣在管道凝結(jié),從過飽和器到爐子的玻璃管道都要用電熱絲加熱,以使水蒸氣保持適當?shù)臏囟?改變水的溫度即可改變混合氣體中H2O的含量.此法的關(guān)鍵在于使氣相中的水蒸氣與水相達到平衡。2.動態(tài)混合法例如,要配制CO－CO2混合氣體，可以采用圖354.4氣體流量的測定（1）轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計由一根垂直的上粗下細的玻璃管和放入管中的一個轉(zhuǎn)子所構(gòu)成(見圖8-2,p192).在玻璃管上有刻度,轉(zhuǎn)子在管內(nèi)可以上下自由運動.使用時,流體從管的下口進入管中,使轉(zhuǎn)子向上移動.流量越大,則轉(zhuǎn)子上移的位置越高,根據(jù)位置高低即可由刻度上讀出流體的流量.。

（2）毛細管流量計毛細管流量計如圖8-3所示.它用玻璃管彎制而成,構(gòu)造簡單,精確度高,在實驗室得到廣泛應用。其原理是:當氣體流過毛細管時,在通路中有很大的阻力,故在毛細管兩端產(chǎn)生壓力降。又正比于正比于注：—流速；—黏度；—氣體流量4.4氣體流量的測定（1）轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計由一根垂直的上364.5氣體的儲存及安全使用實驗室常用的O2、N2、H2、Ar、CO、NH3、Cl2等氣體多裝在工廠購入的彈式高壓貯氣瓶內(nèi)。

瓶裝的是高壓氣體，使用時必須經(jīng)過減壓閥門減壓。瓶裝高壓氣體有些在瓶內(nèi)為液態(tài)，如CO2、Cl2、NH3等等。為了安全不致誤用,各種氣體所用的鋼瓶外表都涂上不同的顏色,O2天藍色,N2黑色,H2深綠色,CO2黑色,Ar灰色，Cl2草綠色，NH3黃色,等常識便于識別4.5氣體的儲存及安全使用實驗室常用的O2、N2、37氣體氣瓶及輸氣管道顏色字樣字樣顏色線條顏色氫

氣深綠氫紅紅氧

氣天藍氧黑-氮

氣黑氮黃棕工業(yè)氬氣黑工業(yè)氬天藍白純氬氣灰純氬綠白二氧化碳黑二氧化碳黃-一氧化碳紅一氧化碳紅-硫化氫白硫化氫紅紅二氧化硫黑二氧化硫白黃氯

氣草綠氯白白氨

氣黃氨黑-石油氣灰石油氣紅-4.5氣體的儲存及安全使用氣體氣瓶及輸氣管道顏色字樣字樣顏色線條顏色氫38

使用氣體時還要注意安全，即防毒、防火、防爆4.5氣體的儲存及安全使用氣體種類COH2SSO2Cl2NH3允許的最高含量可嗅出的最低濃度0.02無嗅0.01~0.030.0080.020.0070.0010.02.大氣中有毒氣體所允許的最高含量（g/m3）①有毒氣體CO、Cl2、H2S、SO2、NH3等，這些氣體在空氣中允許的最高含量見下表使用氣體時還要注意安全，即防毒、防火、防爆4.5氣體39②可燃氣體,如H2、CO、H2S等容易引起火災。當空氣中可燃氣體含量達到某一濃度范圍時，如遇火苗立即發(fā)生爆炸。這個濃度上下限稱為爆炸極限。常見可燃氣體的爆炸極限如下(體積％)4.5氣體的儲存及安全使用氣體種類H2COH2SNH3CH4C2H2C6H6C2H5OH爆炸上限爆炸下限74.24.174.212.545.54.326.417.1145.080.52.66.71.419.04.3②可燃氣體,如H2、CO、H2S等容易引起火災。當空氣中可燃40

對氧氣濃度進行監(jiān)測,遠離熱源和火源.另外,氧氣瓶附近不能放置易燃物質(zhì)如油脂等,可燃氣體的鋼瓶絕對不允許和氧氣瓶放在一起。④在我國,充裝氫氣的鋼瓶應符合GB5099的規(guī)定.高壓氫氣瓶顏色規(guī)定為:外表深綠色,字樣為紅色“氫”,當額定工作壓力為15MPa時,不加色環(huán),20MPa時,加黃色環(huán)一道,30MPa時加黃色環(huán)二道.按有關(guān)規(guī)定,所有可燃氣體鋼瓶的閥門接口均應有別于惰性氣體,為反絲(逆時針方向進)螺紋接口.瓶裝氫氣應存放在無明火,遠離熱源,通風良好,離氧化劑氣瓶及可燃材料源的地方,氫氣瓶庫房的建筑、電氣、耐火,防爆要求等應符合防火規(guī)范。4.5氣體的儲存及安全使用③氧氣雖不能燃燒,但卻可以助燃,且是強氧化劑,其化學性質(zhì)極其活潑，能同許多元素發(fā)生化學反應同時放出熱量，故在充裝、貯存和使用場所,氧氣的體積分數(shù)超過23％時就有發(fā)生火災的危險.因此在氧濃度有可能增加的地方應設(shè)置通風裝置，對氧氣濃度進行監(jiān)測,遠離熱源和火源.另外,氧氣瓶附近不能41氮氣的物理性質(zhì)注：①是與正常沸點下的單位液體體積相等的在100kPa和0℃下的體積。相對分子質(zhì)量Mr28.0164摩爾體積（標準狀態(tài)）Vm/L22.40密度（標準狀態(tài)）/(kg/m3)1.2507氣體常數(shù)R/[J/(mol.K)]8.3093臨界狀態(tài)溫度T/K126.21壓力P/MPa3.3978密度/(kg/m3)313.22三相點溫度T/K63.148壓力P/MPa0.01253液體密度d1/(kg/m3)873固體密度ds/(kg/m3)947熔化熱ΔHfus/(kJ/kg)25.73沸點溫度(0.101MPa)/K77.35氣體密度dg/(kg/m3)4.69液體密度dl/(kg/m3)810汽化熱ΔHvap/(kJ/kg)196.895熔點溫度Tfus/K63.29熔化熱ΔHfus/(kJ/kg)719.6比熱容(288.8K，0.101MPa)/[kJ/(kg.K)]cp1.04cv0.741k=cp/cv1.40導熱系數(shù)λ/[W/(m.K)]氣體(0.101MPa，300K)0.2579液體(0.101MPa，70K)1.4963氣體粘度μ(63K，0.101MPa)/(μPa.s)879.2×10-2液體粘度η(64K，0.101MPa)/(Pa.s)2.10×10-5液體表面張力σ(70K)/(N/m)4.624×10-3折射率n(293.16K，0.101MPa)1.00052聲速c(300K，0.101MPa)/(m/s)353.1氣/液（體積比）①643氮氣的物理性質(zhì)注：①是與正常沸點下的單位液體體積相等42表8-3氫氣的一般物理性質(zhì)相對分子質(zhì)量Mr2.016摩爾體積（標準狀態(tài)）Vm/L22.43密度（標準狀態(tài)）/(kg/m3)0.08988氣體常數(shù)R/[J/(mol.K)]8.31594臨界狀態(tài)溫度T/K33.18壓力P/MPa1.315密度/(kg/m3)29.88三相點溫度T/K13.947壓力P/kPa7.042氣體密度dg/(kg/m3)0.126液體密度d1/(kg/m3)77.09固體密度ds/(kg/m3)86.79熔點溫度Tfus/K13.947熔解熱(kJ/kg)58.20沸點溫度/K20.38氣體密度dg/(kg/m3)1.333液體密度dl/(kg/m3)71.021汽化熱ΔHvap/(kJ/kg)446.65摩爾比熱容(288.8K，0.101MPa)/[kJ/(kg.K)]cp

14.428cv

10.228導熱系數(shù)λ/[mW/(m.K)]氣體(0.101MPa，273.15K)166.3液體20.0K)117.9氣體粘度μ(273.15K，0.101MPa)/(μPa.s)13.54液體粘度η(21.0K，0.101MPa)/(μPa.s)12.84液體表面張力σ(20K)/(N/m)2.008×10-3聲速c(273.15K，0.101MPa)/(m/s)1246氣/液（體積比）①788注：①與正常沸點下的單位液體體積相等的在101.32kPa和0℃下的氣體體積。表8-3氫氣的一般物理性質(zhì)相對分子質(zhì)量Mr43表8-4二氧化碳的主要物理性質(zhì)分子直徑/nm0.35～0.51摩爾體積（標準狀態(tài)）/L22.26密度（標準狀態(tài)）/(kg/m3)1.977汽化熱（0℃）/(kJ/kg)235生成熱（25℃）/(kJ/mol)393.7臨界狀態(tài)溫度T/℃31.06壓力P/(MPa)7.382密度/(kg/m3)467三相點溫度T/℃－56.57壓力P/(MPa)0.518汽化熱/(kJ/kg)347.86熔化熱/(kJ/kg)195.82升華狀態(tài)（0.101MPa）溫度/℃－78.5升華熱/(kJ/kg)573.6固態(tài)密度/(kg/m3)1562氣態(tài)密度/(kg/m3)2.814比熱容(20℃，0.101MPa)/[kJ/(kg.K)]cp0.845cv0.651熱導率（0℃，0.101MPa）/[W/(m.K)]52.75氣體粘度(0℃，0.101MPa)/(μPa.s)13.8表面張力σ(－25℃)/(mN/m)9.13折射率n(0℃，0.101MPa，λ＝546.1nm)1.00045061m3氣體（288K，0.101MPa）生成液體的體積/L1.56表8-4二氧化碳的主要物理性質(zhì)升華狀態(tài)（0.101MPa）44表8-5氣體吸附劑及吸氣反應被吸氣體吸收劑吸氣反應CO2KOH或NaOH水溶液，33％堿石灰或堿石棉CO2+2KOH＝K2CO3+H2OCO2+2NaOH＝Na2CO3+H2OSO2KOH水溶液含KI的碘溶液SO2+2KOH＝K2SO3+H2OSO2+I2+2H2O＝H2SO4+2HICO氯化亞銅的氨性溶液2CO+Cu2Cl2＝2Cu2Cl2.2COO2堿性焦性沒食子酸溶液（15℃以上效果較好）1/2O2+2C6H3(OK)3＝(KO)3C6H2－C6H2(OK)3+H2OH2SKOH溶液含KI的碘溶液H2S+2KOH＝K2S+2H2OH2S+I2＝2HI+SCl2KOH溶液KI溶液Cl2+2KOH＝KClO+KCl+H2OCl2+2KI＝I2+2KClN2Ca或Mg（500～600℃）N2+3Ca＝Ca3N2N2+3Mg＝Mg3N2表8-5氣體吸附劑及吸氣反應被吸氣體吸收劑吸氣反應CO2KO45表8-6常用吸