第八章 气体分析

2Na 2S 2 O 4 O 2 2H 2 O 4NaHSO 3
CuCl 2 2CO Cu 2 Cl 2 2CO
Cu 2Cl 2 2CO 4NH 3 2H 2O CuCOONH 4 CuCOONH 4 2NH 4Cl (4)
CO 氯化亚铜盐 酸溶液 CH4 燃烧法测无 适当吸收剂 海绵状钯 （吸收） 常用燃烧法 N2 剩余部分
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
吸收体积法 吸收法 吸收滴定法 吸收重量法 分两大类 爆烧法 燃烧法缓燃法 氧化铜燃烧法
一、吸收法
1.1 吸收体积法（或气体容量法） 原理
利用气体的化学特性，使混合气体中的被测组
二氧化氮的吸收剂
2NO2 + H2SO4 === OH(ONO)SO2 + HNO3 10NO2 + 2KMnO4 + H2SO4 + H2O === 10HNO3 + K2SO4 + MnSO4
Biblioteka Baidu
（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。
（6）亚铜盐溶液
Cl2
Cl 2 2KI 2KCl I 2 (定量析出)
I 2 2Na 2S2 O 3 Na 2S4 O 6 2NaI
H 2O 2 吸收
SO2
SO 2 H 2 O H 2SO 3
H 2SO 3 H 2 O 2 H 2SO 4 H 2 O
H 2SO 4 2NaOH( 标准) Na 2SO 4 2H 2 O
AgNO3 吸收
HCl AgNO 3 (过标) AgCl HNO 3
AgNO 3 (剩余) NH 4SCN AgSCN NH 4 NO 3
1.3 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：
C O2气流中燃烧 CO 2 碱石棉吸收 有机化合物中有 H H 2 O过氯酸镁吸收
然后根据吸附剂增加的重量计算C、H的含量
1.4 吸收比色法
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。
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 === 2CH≡CCu + 2HCl 由于生成的紫红色的乙炔铜胶体溶液颜色的深浅 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。
1.5 常见的气体分析仪
（2）苏式气体分析仪 苏式（BTИ）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：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。 苏式（BTИ）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
CH≡CH + H2SO4 === CH3—CH(OSO2OH)2 C6H6 + H2SO4 === C6H5SO3H + H20
2、混合气体的吸收顺序：（为什么按顺序？）
以煤气为例，其中煤气的组成成分为：
CO 2 烯（乙、丙、丁） 不饱和烃炔（乙） 苯、甲苯 吸收容量法 吸收法 煤气主要成分O 2 CO CH 4 燃烧法 H 2 N 不被吸收，不能燃烧 2
分与特定试剂发生化学反应被定量吸收，则吸收前 后的体积之差即为被测组分的体积。(前提条件？)
混合气 仪器(特定试剂) 吸收 被测物与试剂反应 产生 体积差 定
例如：混合气：
O 2 KOH(特定试剂 ) N 2 O2和N2不被吸收 CO 2
中和 C6 H3 OH） （ （ 3邻苯三酸 3KOH C6 H3 OK） 3H 2 O 3
(2)
O2
(3)
1 2C 6 H（OK） O 2 被氯化 C 6 H（OK） - C 6 H（OK）六氧基联苯钾 H 2 O 3 3 2 3 2 3 2
O2
保险粉 （Na2S2O4） 蒽醌-β-酸钠 催化剂 氯化亚铜氨 溶液

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。
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
注意：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。 CH2＝CH2+Br2 === CH2Br—CH2Br CH≡CH + 2Br2 === CHBr2—CHBr2
（4）硫酸、高锰酸钾溶液
第八章 气体分析
本章主要内容:
§1 概述 §2 气体的化学分析法 §3 其他分析方法简介
§1 概述
分类
气体燃料、化工原料气、气体产品、废气 及车间环境空气
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。
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。
（7）硫酸汞、硫酸银的硫酸溶液
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：
CH2＝CH2 + H2SO4 === CH3—CH2OSO2OH
I2 吸收 NaOH 吸收
HCl
SO 2 I 2 (过标) H 2 O H 2SO 4 2HI
I 2 (剩余) 2Na 2S2 O 3 (标准) Na 2S4 O 6 2NaI
HCl NaOH(过标) NaCl H 2 O
2NaOH(剩余) H 2SO 4 Na 2SO 4 2H 2 O
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Cu2Cl2· 2CO。 Cu2Cl2 + 2 CO === Cu2C12· 2CO 若在氨性溶液中，则进一步发生反应。 Cu2C12· 2CO + 4NH3 + 2H2O === Cu2(COONH4)2 ＋2NH4Cl
(1)
加成反应 苯缓慢溶解于溴水，不与之反应
CnHm
浓硫酸、 CH 2 CH 2 H 2SO 4 CH 3 CH 2 OSO2 OH乙基酸钠 Ag2SO4或 CH CH 2H 2SO 4 CH（OSO2 OH）亚乙基酸钠 2 HgSO4作催 C 6 H 6 H 2SO 4 C 6 H 5SO 3 H H 2 O 化剂 强氧化性磺化反应 焦性没食子 酸的碱溶液
1.5 常见的气体分析仪
（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。 改良式奥氏气体分析仪 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ-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
钢铁样中C的测定：
O 2 O 2 KOH 固体 CO2 K 2 CO3
通O 2 ,12500 C
测体积差 VCO 2 (C)
气体吸收剂及吸收顺序 1、吸收剂
用来吸收气体的试剂称作气体吸收剂
常见的吸收剂
（1）氢氧化钾溶液 (NaOH ?)
CH 4 2O 2 CO 2 2H 2O
V缩 2VCH 4
(5)
H2
3 2H 2 O 2 2H 2O V缩 VH 2 2
VN 2 V总 - V其它
(6)
吸收剂与各种气体之间的作用情况表
CO2 CnHm KOH (33%) √ O2 CO CH4 H2 N2
煤气中各种成分的吸附剂及吸附顺序表
成分 吸附剂 反应 顺 序
CO2
33%KOH
饱和溴水(臭) （石蜡封口）
CO 2 2KOH K 2 CO3 H 2 O
CH 2 CH 2 Br2 CH 2 Br CH 2 Br (l ) CH CH 2Br2 CHBr2 CHBr2 (l )
CO2和NO2气体的吸收剂，反应式如下： CO2 + 2KOH === K2CO3 + H2O 2NO2 + 2KOH === KNO3 + KNO2 + H2O
（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， 2C6H3(OK)3 + 1 O2 === (KO)3H2C6-C6H2(OK)3 + H2O 2
气体分析意义
1.化工原料气 掌握成分 % 分析正确配料；
2.中间产品气体分析 了解 生产是否正常；
3.（燃料燃烧后生成）烟道气分析 了解 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。
气体分析的特点
质量较小（m小） 气体特点流动性大（流大） V随T或P的变化而变
二、 燃烧法
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。 爆燃法
滴定反应
CdS HCl I 2 过量溶液 2HI CdCl 2 S
I2 (剩余) 2Na 2S2O3 Na 2S4O6 2NaI
NH3
NH 3 H 2SO 4 (标过) (NH 4 ) 2 SO 4
H 2SO 4 ( 剩标) 2NaOH Na 2SO 4 2H 2 O
1.2 吸收滴定法
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。存在的两种 反应是：吸收反应和滴定反应
例如：
钢铁样品 SO 2 H 2SO 4 滴定
经过H 2O 2溶液 NaOH
示例表
气 体
H 2S
吸收反应
H 2S CdAc2 CdS 2HAc
编 号 (1) (2)
(3) (4)
饱和溴水
焦性没食子 酸的碱溶液 氯化亚铜 氨溶液
√
√ √ √
√
√ √

√ √ √

√ √

√

√


燃烧法
(5)
√表示发生了相互作用或干扰； 表示不干扰
规律总结：
(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。