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

本章主要內容:1

工業(yè)生產中常使用氣體作為原料或燃料；化工生產的化學反應常常有副產物廢氣；燃料燃燒后也生產廢氣（如煙道氣）；生產廠房空氣中?；煊幸欢可a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?！?概述

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

、CH4（煤?800℃煉焦油氣態(tài)產物）（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、有機合成的重要原料，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，有機化工的廢氣是各種各樣的。5廠房空氣：

生產設備漏氣→生產廠房內空氣含生產用氣→危害健康→甚至燃燒爆炸。6氣體分析意義：在工業(yè)生產中為了正常安全生產，對各種工業(yè)氣體都要經過分析，了解其組成。1.化工原料氣分析正確配料；2.中間產品氣體分析生產是否正常；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、設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：

一般測定氣體的V而不是質量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：（適用于低氣壓或負壓不太高的負壓狀態(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：不要改變封閉液的位置，氣體借助自己的正壓進入氣體的氣囊。

注意事項：壓力過大，應注意調整采樣管旋塞，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.負壓狀態(tài)氣體的采樣氣體狀態(tài)：遠低于大氣壓力的氣體稱負壓氣體；采樣方法：抽氣泵減壓法（負壓不太高）；抽空容器法（負壓過高），抽空容器是0.5～3.0L容器，由優(yōu)質厚壁的玻璃瓶或管瓶組成具有旋塞。21§3.

氣體的化學分析方法23（1）原理：利用氣體的化學特性，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)生化學反應被定量吸收，其它組成則不發(fā)生反應（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?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行吸收的，因此吸附劑的順序必須進行合適的安排，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。

方法實質：吸附劑吸附被測組分（混合氣

體），然后用標準滴定法。

存在的兩種反應是：吸收反應和滴定反應。

例如：34示例表

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

綜合應用吸收法和重量分析法，測定氣體物質或可以轉化為氣體物質的元素含量的方法。例如：

然后根據(jù)吸附劑增加的重量計算C、H的含量。37二.燃燒法利用可燃燒性氣體的性質進行測定的方法，特別適用于無適當吸收劑的化學性質比較穩(wěn)定的氣體。如：CH4無適當?shù)奈談?，H2、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可燃的比例關系，由測定得V縮、VO2或VCO2計算V可燃從而求得其含量。V可燃與V縮、VO2或VCO2有一定的比例關系，是計算的依據(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，經空氣或充分的O2燃燒后，測V縮、VO2、VCO2，列出相關的方程式求解。45二元可燃燒氣體含量測定表混合氣化學反應式聯(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，計算各種成分的含量？解：反應式：，

，得到：解聯(lián)立方程式得到：

則：

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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，可燃氣體不能完全燃燒。52爆燃法（爆炸燃燒法）：

可燃氣體與空或氧氣混合，其比例能使可燃氣體完全燃燒且在爆炸極限內的方法。

特點：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)：可燃氣體與空氣或氧氣混合，且濃度控制在爆炸極限以下，使之經過熾熱的鉑質螺絲而引起緩慢燃燒。

特點：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：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