气体的分析第一节 概述一,工业气体的分类:
1.燃料气体:
( 1) 天然气:煤和石油分解的产物 主要含有甲烷 。
( 2) 焦炉煤气:煤在 800度以上炼焦的副产物 主要是氢气和甲烷 。
( 3) 石油气:石油裂解产物 主要有甲烷 烯烃及其他碳氢化合物 。
( 4) 水煤气:水蒸气作用与赤热的煤而生成 主要有一氧化碳和氢气 。
2.化工原料气,上述气体可以用作化工原料气 还有以下气体 。
( 1) 石灰焙烧窑气,主要有二氧化碳 用于制碱 。
( 2) 硫铁矿焙烧炉气:主要含二氧化硫 用于制造硫酸 。
气体的分析第一节 概述一,工业气体的分类:
3.气体产品,氢气 氮气 氧气 乙炔等 。
4.废气,工业用炉烟道气 燃料燃烧后的产物 主要含 一氧化碳 二氧化碳 氢气 氧气 氮气及少量的其他气体 。
5.厂房空气,工厂厂房的空气 设备漏气的有害气体 。
气体的分析第一节 概述二,气体分析的意义及其特点:
1.气体分析的意义:通过气体分析及时发现生产中的问题,
及时采取各种措施,确保生产顺利进行 。
2,气体分析的特点:与液体固体的分析方法不同,很多是测量气体体积而不称量 。
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法气体分析的化学分析法主要有吸收法和燃烧法。
一、吸收法,气体吸收法主要有气体体积法、气体吸收滴定法、气体吸收称量法和气体吸收比色法。
(一 )气体体积法利用气体的化学特性,使气体混合物和特定试剂接触 。 则混合气体中的待测组分和试剂由于发生化学反应而被定量吸收,
其它组分则不发生反应 。 吸收前,后的体积之差,即为侍测组分的体积 。
例如 02及 C02的混合气体和 KOH接触时,CO2被 KOH吸收生成 K2CO3,
而 O2不被吸收 。
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法一、吸收法:
(一 )气体体积法
1,气体吸收剂,用来吸收气体的试剂称为气体吸收剂 。
不同的气体,有不同的化学性质,使用不同的吸收剂 。 吸收剂可以是液态,
也可以是固态 。
① 二氧化碳 二氧化碳是酸性气体,常用 33% 氢氧化钾溶液吸收剂 。
② 氧 焦性没食子酸的碱性溶液和氧作用,生成六氧基联苯钾 。
③ 一氧化碳 氯化亚铜的氨性溶液 。 ( 反应略 )
④ 不饱和烃 饱和溴水或浓硫酸 。
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法一、吸收法:
(一 )气体体积法
2,混合气体的吸收顺序根据吸收剂的性质,分析煤气时,吸收顺序应该作如下安排:
① 氢氧化钾溶液 只吸收二氧化碳,其它组分不被吸收 。
② 饱和溴水 只吸收不饱和烃,其它组分不干扰 。 应在氢氧化钾溶液之后,
防止用碱除溴时 CO2被吸收 。
③ 焦性没食子酸的碱性溶液 试剂本身只和氧作用 。 是因为是碱性溶液,
能吸收酸性气体,所以,应在氢氧化钾之后 。
④ 氯化亚铜的氨性溶液 不但能吸收一氧化碳,还能吸收二氧化碳,氧,
不饱和烃等气体 。 因此安排在最后 。
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法一、吸收法:
(二 )吸收容量滴定法 —— 气体中硫化氢含量的测定天然气中有害杂质硫化氢含量的测定,是使一定量的天然气样品通过乙酸镉溶液,则 H2S和 Cd2离子反应生成黄色 CdS沉淀.然后,将溶液化为酸性,
加入一定量过量的碘标准溶掖,氧化 S2-离于为 S0,剩余过量的 I2,用硫代硫酸钠标准溶液滴定。由 I2的消耗量计算 H2S含量。
(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,称为吸收重量法。例如,使混合气体通过氢氧化钾溶液,则二氧化碳被吸收.由氢氧化钾溶液增加的重量,测定混合气体中二氧化碳的含量。
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法有些气体没有很好的吸收剂,如氢气和甲烷,不能用吸收法进行测定,只能利用燃烧法测定含量 。
可燃气体燃烧时,其体积发生缩减,消耗一定体积的氧气,
产生一定体积的二氧化碳,根据其间一定的比例关系可以分别计算出可燃气体的含量 。
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法氢燃烧时,2H2 + O2 = 2H2O
上式可见,反应过程中,有 3体积的气体消失,其中有氢 2体积,
氧 1体积,因此,氢的体积为缩减体积的 2/ 3。
以 V缩 代表缩小的体积数; V(H2)代表燃烧前氢的体积,则
V(H2)= V缩或 V缩 = V(H2)
同理 V(H2)= 2V耗氧 或 V耗氧 = V(H2)
3
2
2
3
2
1
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法甲烷的燃烧,CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
反应过程中,由 3体积的气体缩减为 1体积气体 。 则
V(CH4)= V缩或 V缩 = 2 V(CH4)
同理 V(CH4)= V耗氧 或 V耗氧 = 2 V(CH4)
21
2
1
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法一氧化碳燃烧,2CO + O2 = 2CO2
反应过程中,由 3体积的气体缩减为 2体积气体 。 则
V(CO) = 2V缩或 V缩 = V(CO)
同理 V(CO)=2 V耗氧 或 V耗氧 = V(CO)
V生 (CO2)= V(CO)
2
1
2
1
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法由上述各反应可见,氧或一氧化碳燃烧时,消耗氧的体积都是可燃性气体体积的,而甲烷燃烧消耗氧的体积则为其本身体积的 2倍 。
综合上述,可见任何可燃性气体燃烧后,由测量其体积缩减,消耗 O2的体积或生成二氧化碳的体积,都可以计算可燃性气体的量,这就是燃烧法测定可燃性气体含量的理论依据 。
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(一 )一元可燃性气体含量的测定气体混合物中只有一种可燃性气体时,测定过程及汁算都比较简单 。 可以先用吸收法除去干扰组分 (例如氧,
二氧化碳 ),再取一定量的剩余气体 (或全部 ),加入一定量的空气使之进行燃烧 。 经燃烧后,测出其体积的缩减及生成的二氧化碳体积 。 根据燃烧法的原理,计算可燃性气体的含量 。
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(一 )一元可燃性气体含量的测定
[例 1] 有 O2,C02,CH4,N2的混合气体 80.00mL,
经用吸收法测定 O2,C02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 20.00 mL,计算混合气体中甲烷的体积分数 。
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(一 )一元可燃性气体含量的测定解,根据燃烧法原理 CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
V(CH4) = V生 (CO2)
所以 V(CH4) = 20.00 mL
φ(CH4) = %00.25%10000.80 00.20
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(一 )一元可燃性气体含量的测定
[例 2] 有 H2和 N2的混合气体 40.00mL,加空气经燃烧后,测其总体积减少 18.00mL,求 H2在混合气体中的体积分数?
解 根据燃烧法的基本原理
2H2 + O2 = 2H2O
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(一 )一元可燃性气体含量的测定当 H2燃烧时其体积的缩减为 H2体积的 。 则
V(H2)= V缩
V(H2)= × 18,OO= 12.00mL
φ(H2)=
3
2
3
2
3
2
%00.30%10000.40 00.12
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(二 )二元可燃性气体含量的测定如果气体混合物中含有两种可燃性气体组分,先用吸收法除去干扰组分,再取一定量的剩余气体 (或全部 )加入过量的空气,使之进行燃烧 。 经燃烧后,测量其体积缩减,生成二氧化碳的体积,用氧量等,根据燃烧法的基本原理,列出二元一次方程组,解其方程,即可得出可燃性气体的体积 。 井计算出混合气体中的可燃性气体的体积分数 。
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(二 )二元可燃性气体含量的测定一氧化碳和甲烷的气体混合物,燃烧后,求原可燃性气体的体积 。
它们的燃烧反应为 2CO + O2 = 2CO2
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
设一氧化碳的体积为 V(CO),甲烷的体积为 V(CH4)。
经燃烧后,由一氧化碳所引起的体积缩减应为原一氧化碳体积的 。 由甲烷所引起的体积缩减应为原甲烷体积的 2倍 。 2
1
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(二 )二元可燃性气体含量的测定一氧化碳和甲烷的气体混合物,经燃烧后,测得的应为其总体积的缩减,V缩 。
所以 V缩 = V(CO) + 2 V(CH4)………… (1)
由于一氧化碳和甲烷燃烧后,生成与原一氧化碳和甲烷等体积的二氧化碳,经燃烧后,测得的应为总二氧化碳的体积,V生 (CO2)。
所以 V生 (CO2) = V(CH4) + V(CO)………… (2)
2
1
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(二 )二元可燃性气体含量的测定解上述 ( 1) ( 2) 联立方程组
V(CO)=[4 V生 (CO2)-2 V缩 ]/3
V(CH4)=[2 V缩 - V生 (CO2)]/3
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
[例 3] 有 CO,CH4,N2的混合气体 40.00 mL 加入过量的空气,经燃烧后测得体积缩减 42.00mL,生成 CO2 36.00
mL 计算混合气体中各组分的体积分数 。
解 根据燃烧法基本原理
V缩 = V(CO) + 2V(CH4)= 42.00
V生 (CO2)=V(CH4) + V(CO)=36.00
2
1
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法解得:
V(CH4)= 16.00mL V(CO)= 20.00mL
V(N2)= 40.00-(16.00+20.00)=4.00 mL
φ(CO)=
φ(CH4)=
φ(N2)=
%00.50%10000.40 00.20
%00.40%10000.40 00.16
%00.10%1 0 000.40 00.4
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(二 )二元可燃性气体含量的测定氧和甲烷气体混合物燃烧后,求原可燃性气体的体积 。
( 推导略 )
V(CH4)= V生 (CO2)
V(H2)=[2 V缩 - 4V生 (CO2)]/3
气体的分析第二节 气体分析的化学分析法二,燃烧法
(三 )燃烧方法在气体分析中,使可燃性气体燃烧的方法,,面常有三种 。
① 爆炸燃烧法 可燃性气体和空气 (或氧 )混合,当二者的浓度达到一定比例时,遇火源,即引起爆炸 。 利用可燃性气体的这种性质,使可燃性气体在特殊仪器中爆炸燃烧,称为爆炸燃烧法 。
② 缓慢燃烧法 如果使可燃性气体和空气 (或氧 )混合,经炽热的铂丝引起缓慢燃烧 。 称之为缓慢燃烧法 。 缓慢燃烧法适用于可燃性组分浓度较低的混合气体的测定 。
③ 氧化铜燃烧法 氧化铜在高温下,具有一定的氧化活力,可以氧化可燃性气体使其缓慢燃烧 。 氢,一氧化碳,在 280~C以上,即开始燃烧 。 甲烷则在 600℃ 以上,才能氧化燃烧 。
气体的分析第三节 气体分析的仪器应用最多的是奥氏气体分析仪和苏式气体分析仪,我们使用的是改良奥氏气体分析仪 。
仪器基本部件:
1.量气管
2.水准瓶
3.吸收瓶
4.梳形瓶
5.燃烧瓶改良式奥氏气体分析仪,见下图 。