《气体分析》PPT课件.ppt

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1、第八章 气体分析,1 概述 2 气体的化学分析法 3 其他分析方法简介,本章主要内容:,1、气体燃料：主要有天然气、焦炉煤气、石油气、水煤气等；2、化工原料气：天然气、焦炉煤气、石油气、水煤气，还有黄铁矿焙烧炉气（SO2）、石灰焙烧窑气（CO2），以及H2、Cl2、乙炔等；3、气体产品主要氢气、氮气、氧气、乙炔气、氦气等；4、废气是指各种工业用炉的烟道气，主要成分为N2、O2、CO、CO2、水蒸汽等，以及在化工生产中排放出来的大量尾气。,1 概述,气体燃料、化工原料气、气体产品、废气及车间环境空气,分类,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

2、道气分析 燃烧是否正常；4.车间环境空气质量分析，对安全生产、保护环境和工人的身体健康都是很必要的。,气体分析意义,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。,气体分析的特点,气体分析方法分类,可分为化学分析法、物理分析法及物理化学分析法。1、化学分析法是根据气体的某一化学特性进行测定的，如吸收法、燃烧法；2、物理分析法是根据气体的物理特性如密度、导热、折射、热值等来进行测定的；3、物理化学分析方法是根据气体的物理化学特性来进行测定的，如电导法，色谱法，红外光谱法等。,2 气体的化学分析方法,利用气体的化学特性，使混合气体中的被测组分与特定试剂发生化学反应被定量吸收，则吸收前后的体

3、积之差即为被测组分的体积。(前提条件？),一、吸收法,1.1 吸收体积法（或气体容量法）,原理,例如：混合气：,钢铁样中C的测定：,用来吸收气体的试剂称作气体吸收剂,重点,气体吸收剂及吸收顺序,1、吸收剂,常见的吸收剂,CO2和NO2气体的吸收剂，反应式如下：CO2+2KOH=K2CO3+H2O2NO2+2KOH=KNO3+KNO2+H2O,（1）氢氧化钾溶液(NaOH?),（2）焦性没食子酸碱溶液,焦性没食子酸(1,2,3-三羟基苯)的碱溶液是O2的吸收剂。,焦性没食子酸钾与O2反应被氧化生成六氧基联苯钾，,O2=(KO)3H2C6-C6H2(OK)3+H2O,2C6H3(OK)3+,注意：

4、温度不低于15；酸性气体和氧化性气体在测定前应除去。,（3）饱和溴水,不饱和烃的吸收剂,溴能和不饱和烃（乙烯、丙烯、丁烯、乙炔等）发生加成反应并生成液态的饱和溴化物。,CH2CH2+Br2=CH2BrCH2BrCHCH+2Br2=CHBr2CHBr2,（4）硫酸、高锰酸钾溶液,2NO2+H2SO4=OH(ONO)SO2+HNO310NO2+2KMnO4+H2SO4+H2O=10HNO3+K2SO4+MnSO4,二氧化氮的吸收剂,（5）碘溶液,SO2的常用吸收剂,碘能氧化还原性气体，分析前应将试样中的还原性气体如H2S除去。,Cu2Cl2+2 CO=Cu2C122CO若在氨性溶液中，则进一步发生

5、反应。Cu2C122CO+4NH3+2H2O=Cu2(COONH4)2 2NH4Cl,亚铜盐的盐酸溶液或亚铜盐的氨溶液是CO的吸收剂。CO与氯化亚铜作用生成不稳定的络合物Cu2Cl22CO。,（6）亚铜盐溶液,注意：在测量剩余气体体积之前，应将其通过硫酸溶液以除去氨；亚铜盐氨溶液也能吸收氧、乙炔、乙烯及酸性气体，故在测定CO之前均应加以除去。,CH2CH2+H2SO4=CH3CH2OSO2OHCHCH+H2SO4=CH3CH(OSO2OH)2C6H6+H2SO4=C6H5SO3H+H20,硫酸在有硫酸银(或硫酸汞)作为催化剂时，能与不饱和烃作用生成烃基磺酸、亚烃基磺酸、芳烃磺酸等。反应式如下：

6、,（7）硫酸汞、硫酸银的硫酸溶液,以煤气为例，其中煤气的组成成分为：,2、混合气体的吸收顺序：（为什么按顺序？）,煤气中各种成分的吸附剂及吸附顺序表,吸收剂与各种气体之间的作用情况表,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。,规律总结：,综合使用吸收法和滴定法。吸收剂吸收被测组分，然后用标准滴定法滴定。存

7、在的两种反应是：吸收反应和滴定反应,例如：,1.2 吸收滴定法,示例表,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。,然后根据吸附剂增加的重量计算C、H的含量,1.3 吸收重量法,例如：,原理是使混合气体通过吸收剂，待测气体被吸收后与吸收剂作用产生不同的颜色，或吸收后再进行显色反应，其颜色的深浅与待测气体的含量成正比，用分光光度法测定计算。,1.4 吸收比色法,例：测定混合气体中微量乙炔时，使混合气体通过亚铜盐的氨溶液，乙炔被吸收，生成紫红色的乙炔铜胶体溶液。反应式如下：2C2H2+Cu2C12=2CHCCu+2HCl 由于生成的紫红色的乙炔铜胶体溶液颜色的深

8、浅与乙炔的含量成正比，因此可进行比色测定，从而得出乙炔的含量。,（1）奥氏气体分析仪改良奥氏QF-190型气体分析仪：主要由一支量气管、四个吸收瓶和一个爆炸瓶组成。它可进行CO2、O2、CH4、H2、N2混合气体的分析测定。优点：构造简单，轻便、操作容易，分析快速。缺点：精度不高，不能适应更复杂的混合气体分析。,1.5 常见的气体分析仪,改良式奥氏气体分析仪,-吸收瓶；1,2,3,4,9-活塞；5-三通活塞6-进样口；7,8-水准瓶；10-量气管；11-点火器；12-电源,（2）苏式气体分析仪苏式（BT）型气体分析仪：由一支双臂式量气管、七个吸收瓶、一个氧化铜燃烧管、一个缓燃管等组成。优缺点：

9、它可进行煤气全分析或更复杂的混合气体分析。仪器构造较为复杂、分析速度较慢，但精度较高。,1.5 常见的气体分析仪,苏式（BT）型气体分析仪1,2,3,4,5,6,7-吸收瓶；8-梳形管；9-量气管；10-缓燃管；11-氧化铜燃烧管；12-水准瓶；14,15,16,17,18,19,20,23-活塞13,24,27-三通活塞；21-进样口；22-过滤管；25-加热器；26-热电偶,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无适当的吸收剂，H2、CO可用燃烧法也可以用吸收法。,二、燃烧法,分类,爆燃法,缓燃法,氧化铜燃烧法,爆炸上限：使可燃性气

10、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。,几个概念,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。,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。,爆燃法（爆炸燃烧法）：,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,利用氧化铜在高温

11、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,氧化铜燃烧法的反应方程式：,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，是计算的依据，也是燃烧法的主要理论依据。,可燃性气体燃烧后的计算,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：,可用吸收法除去干扰组分（如O2，CO2等），再加入一定

12、量的O2或空气，燃烧后根据体积的变化或生成CO2的体积，可计算可燃性气体含量。,一元可燃性气体含量的测定（含一种可燃性气体）,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？,例如：有O2、CO2、CH4、N2的混合气体80.00 mL，用吸收法测定O2、CO2后的剩余气体中加入空气，使之燃烧，经燃烧后的气体用氢氧化钾溶液吸收，测得生成的CO2的体积为40.00 mL，计算混合气体中甲烷的体积百分含量。,CH4+2O2=CO2+2H2O当甲烷燃烧时所

13、生成的CO2体积等于混合气体中甲烷的体积。=40.00 mL,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。,二元可燃性气体含量的测定（含两种可燃性气体）,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：,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.

14、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：,解：,燃烧后吸收法测得O2：,则消耗的O2为：,H2和CH4消耗的体积：,（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：,解（1）（2）联立方程得到：,则：,三元可燃性气体混合物燃烧计算（含三种可燃性气体）,先用吸收法除去干扰组份，再取一定量的剩余气体(或全部)，加入过量的空气，进行燃烧。经燃烧后，测量其体积的缩减、耗

15、氧量及生成二氧化碳的体积。列出三元一次方程组，解方程组即可。,例3：有CO2、O2、CH4、CO、H2、N2的混合气体100.0 mL。用吸收法测得CO2为6.00mL，O2为4.00mL，用吸收后的剩余气体20.00mL，加入氧气75.00mL进行燃烧，燃烧后其体积缩减10.11mL，后用吸收法测得CO2为6.22mL，O2为65.31mL。求混合气体中各组分的体积百分含量。,解：由吸收法测得：混合气体CO2、O2、CH4、CO、H2、N2中的CO2和O2被吸收后，混合气体的组成为CH4、CO、H2、N2，其中CH4、CO、H2为可燃性组分。燃烧后耗体积为：75.00-65.31=9.69m

16、L，根据可燃性气体的体积与缩减体积、生成CO2体积、耗氧体积的关系，得：,吸收法吸收CO2和O2后的剩余气体体积为：100.0-6.00-4.00 90.00 mL燃烧法是取其中的20.00 mL进行测定的，于是在90.00 mL的剩余气体中的体积为：19.1 mL 8.9 mL 1.9 mL 于是混合气体中可燃性气体的体积百分含量为：,气体分析仪,商品化的气体分析仪 自学（了解），P163-165,红外光谱气体分析仪：有多种 一氧化碳分析仪、二氧化碳分析仪、多组分气体分析仪，等。甲醛分析仪：4160-19.99m型甲醛分析仪。,气体分析仪,这是测量气体体积用的部件,量气筒,单臂直式量气管,双臂式量气管,吸收瓶,供气体进行吸收作用的部件,接触式吸收瓶,鼓泡式吸收瓶,供气体进行燃烧反应的部件,燃烧管,1-作用部分；2-承受部分；3-螺旋状铂丝；4-导丝；5-玻璃管；6-水套,氧化铜燃烧管,缓燃管,连接量气管、吸收瓶及燃烧管的部件,梳形管,梳形管,3 其他分析方法简介,气相色谱法,库伦法,热导法,电导法,红外光谱法,气体分析仪,4 气体分析应用实例 半水煤气分析,气相色谱法,奥式气体分析仪,