工业分析第五章 气体分析2

第五章气体分析1概述2气体试样的采取3气体的化学分析法4气体分析的仪器5半水煤气的分析6大气污染物分析本章主要内容工业气体共分四大类：化工原料气、气体燃料、废气和厂房空气。§1概述（1）天然气：主要是CH4›95%（煤或石油组成物的分解产物）（2）炼油气：CH4及其它低分子量的C、H化合物（原油热处理产物）（3）焦炉煤气：H2、CH4（煤›800℃炼焦油气态产物）（4）水煤气：CO、H2（水蒸气和炽热的煤作用，得到半水煤气）（5）硫铁矿焙烧炉气：SO26-9%用于制造硫酸（6）石灰焙烧窑气：CO232-40%用于制碱和制糖工业化工原料气是无机、有机合成的重要原料，主要有：上述天然气、炼油气、焦炉、煤气、水煤气及半水煤气等，除了作为化工生产原料气体之外，也可作为气体燃料。气体燃料废气：燃烧炉的烟道气的组成为：N2、O2、CO2、CO、水蒸气及少量其它气体。如：硫酸、硝酸厂排入大气的废气中含有少量的SO2和NO2；制碱厂排出废气中含有少量CO2；总之，有机化工的废气是各种各样的。厂房空气：生产设备漏气→生产厂房内空气含生产用气→危害健康→甚至燃烧爆炸。气体分析意义：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）烟道气分析燃烧是否正常；4.厂房空气分析通风、设备漏气情况有无有害气体，是否危及生命及厂房安全。了解检查确定判断%掌握成分气体分析的特点：的变化而变或随流动性大（流大）小）质量较小（气体特点PTVm从而决定一般测定气体的V而不是质量m，并同时测定环境的T和P。§2气体试样的采取采样器：装采来的毛样气体容器的气体需冷却大于冷却器气体中的机械杂质去装有玻璃棉的过滤器除过滤器采样管四部分结构C02003种气体状态的采样方法Hg10060mm瓶内压降至抽空容器采样法，负压太高抽气泵减压法负压不太高负压状态气体采样装置连接直接把分析仪器和采样或者橡皮气囊为采样容器，正压状态气体采样压）流水抽气法采样（低负采样管采样瓶封闭液采样法常压状态气体采样§3.气体的化学分析方法氧化铜燃烧法缓慢燃烧法爆炸燃烧法燃烧法吸收重量法吸收滴定法气体体积法吸收法分两大类一、吸收法（一）气体体积法定产生吸收体积差被测物与试剂反应特定试剂仪器混合气)(1．原理：如果吸收前后的温度及压力一致，则吸收前后的体积之差即为被测组分的体积。V测体积差特定试剂转化吸收气体液固试样推广例如：混合气：不被吸收特定试剂2)KOH(22OCOO钢铁样中C的测定：C)(COKOCOO202CO322KOH22C125,OV测体积差通固体2.常见的气体吸收剂及相应的气体气体吸收剂：用来吸收气体的试剂称作气体吸收剂；良好的吸附剂是固态：如固态海绵状钯良好的吸附剂溶液是液态：如种类有：22HCOKOH（1）KOH溶液----CO2•33%KOH水溶液1ml可吸收40mlCO2•干扰：H2S、SO2等酸性气体（2）.焦性没食子酸的碱性溶液-----O2吸收反应：O3HOKHC3KOHOHHC2336336）（邻苯三酚）（中和OHOKHC-OKHCO21OKH2C23263262336六氧基联苯钾）（）（）（被氧化1ml吸收液可吸收8~12mlO2干扰：酸性气体（3）.氯化亚铜的氨性溶液----COCO与氯化亚铜作用生成不稳定的络合物，在氨性溶液中分解：Cu2Cl2.2CO+4NH3+2H2OCuCuCOONH4COONH4+2NH4Cl吸收能力：1ml可吸收16mlCO注意：吸收后的气体中常混有NH3，应通过硫酸除去后再测量剩余气体。干扰：氧、许多不饱和碳氢化合物、酸性气体（4）.饱和溴水-----不饱和烃CnHm溴能和不饱和烃CnHm发生加成反应生成液态溴代烃：吸收后要用碱液除去混入的溴蒸汽。（5）有硫酸银作催化剂的浓硫酸----不饱和烃CnHm)(BrCHBrCHBrCHCH22222l)(CHBrCHBrBr2CHCH222l乙基硫酸OHOSOCHCHSOHCHCH2234222OHHSOHCSOHHC23564266亚乙基硫酸）（2242OHOSOCHSO2HCHCH常见气体及其吸收剂成分吸附剂反应CO233%KOHCnHm饱和溴水(臭)（石蜡封口）加成反应苯缓慢溶解于溴水，不与之反应浓硫酸、Ag2SO4或HgSO4作催化剂强氧化性磺化反应O2焦性没食子酸的碱溶液OHCOK2KOHCO2322)(BrCHBrCHBrCHCH22222l)(CHBrCHBrBr2CHCH222l乙基酸钠OHOSOCHCHSOHCHCH2234222亚乙基酸钠）（2242OHOSOCHSO2HCHCHOHHSOHCSOHHC23564266O3HOKHC3KOHOHHC2336336）（邻苯三酸）（中和OHOKHC-OKHCO21OKH2C23263262336六氧基联苯钾）（）（）（被氯化CO氯化亚铜氨溶液CH4燃烧法测无适当的吸收剂H2海绵状钯（吸收）常用燃烧法N2剩余部分2COClCu2COCuCl2224CH22242O2HCO2OCHVV缩2H22223O2HO2HVV缩其它总VVV-2NCl2NHCuCOONHCuCOONHO2H4NH2COClCu44423223.混合气体的吸收顺序不被吸收，不能燃烧燃烧法炔（乙）烯（乙、丙、丁）不饱和烃煤气主要成分22422NHCHCOOCO(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蒸气，此时CO2也被吸附故排在KOH之后；(3)焦性没食子酸的碱溶液：能吸附酸性气体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。（二）吸收滴定法原理：综合使用吸附法和滴定法。方法实质：吸附剂吸附被测组分（混合气体），然后用标准滴定法。存在的两种反应是：吸收反应和滴定反应。检验钢铁样品溶液经过NaOH42OH2SOHSO22例如：示例表气体吸收反应滴定反应H2SNH3Cl22HAcCdSCdAcSH22SCdCl2HI过量溶液IHClCdS222NaIOSNaOS2Na溶液)(I642滴定3222剩余424423SO)(NH)(SOHNH标过O2HSONa2NaOH)(SOH24242剩标)(IKCl2KI2Cl22定量析出2NaIOSNaOS2NaI6423222示例表SO2H2O2吸收I2吸收HClNaOH吸收AgNO3吸收3222SOHOHSOOHSOHOHSOH2422232OH2SONa)2NaOH(SOH24242标准HI2SOHOH)(ISO42222过标2NaIOSNa)(OS2Na)(I6423222标准剩余OHNaCl)(NaOHHCl2过标O2HSONaSOH)2NaOH(24242剩余33HNOClA)(NOAHClgg过标3443NONHAgSCNSCNNH)(NOA剩余g（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的方法。例如：过氯酸镁吸收碱石棉吸收有机化合物中有气流中燃烧OHCOHC22O2然后根据吸附剂增加的重量计算C、H的含量。二.燃烧法●有些气体难与吸收剂发生反应，因而不能采用吸收法，但由于它们都可以燃烧，可用燃烧法测定。◎燃烧时，混合气体的可燃组分燃烧生成二氧化碳和水，消耗了一定量的氧气。这些气体体积的增加或减少与被测组分有一定的关系，因此可以进行定量分析。例1，以氢气燃烧为例找出比例关系：)O(2HO)(2H222l可燃性气体0211222222COHOOHVVVVV又＝＝22HH2332VVVV＝＝解：缩缩例2，以甲烷燃烧为例：OHCO2O)(CH2224可燃性气体4CH2O24CH221VVVVO＝2424COCHCOCH11VVVV＝44CHCH221VVVV缩缩＝解：例3，以CO燃烧为例：22CO2O)2CO(可燃性气体212112COOCOCO2VVVVVV缩缩＝解：22COCOCOCO22VVVV＝(二)一元可燃性气体含量的测定（含一种可燃性气体）可用吸收法除去干扰组分（如O2，CO2等），再加入一定量的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。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？22CO2O2CO:解mL00.202COCOVV%00.404000.000.5000.20)CO(CO＝＝总VV（三）二元可燃性气体含量的测定（含两种可燃性气体）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。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：O2HCO2OCH2224，22CO2O2COCOCH缩21124VVV＝，COCHCO42VVV得到：00.212112COCH4VV解联立方程式得到：2.00mLmL00.10mL00.824NCOCHVVV，，则：10.00%1000.0)N(40.00%4000.0)CH(%00.505000.000.2000.10(CO)24，，00.18COCH4VV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68.00mL，再用没食子酸的碱溶液吸收剩余的O2后，体积为66.28mL。计算混合气体中CH4、H2和N2的体积含量？O2HO2HO2HCO2OCH2222224，解：（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：mL72.16%90.200.802OV燃烧后吸收法测得O2：mL72.128.660.682OV则消耗的O2为：mL00.1572.172.162OV（1）mL00.15221CHH42CHH42VV氧体积为：耗，（2）再求2COVV和总缩燃烧后除去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：42CHH缩223VVV＝总，42CHCO0VV即：0.32232424CHHCHVVV（2）解（1）（2）联立方程得到：mL97.2mL33.4mL70.12242NCHHVVV则，则：%85.41)(N%65.12)(CH%5.6300.207.12)(H242，，（四）燃烧方法燃烧法共分为三类：爆燃法、缓燃法、氧化铜燃烧法。1．爆炸燃烧法可燃气体和空气混合，当两者的浓度达到一定比例，遇火源即能爆炸。爆炸下限：爆炸所需的最低浓度。爆炸上限：爆炸所需的最高浓度。2．缓慢燃烧法如果使可燃性气体和空气混合，浓度控制在爆炸极限的下限以下，则只能在灼热金属丝加热下，缓慢