一、实验目的
燃气是一种可燃的气体，它的成分包括可燃性气体，如氢、氧、一氧化碳、低分子烃类;非可燃性气体，如二氧化碳、氮、水蒸气及少量杂质。不同种类的燃气，其成分的百分含量有较大差异。测定燃气成分，可以控制燃气生产过程和评定燃气的质量，了解其燃烧的特征，并进行燃气的燃烧计算和热值计算。通过实验，学会用化学吸收法测定燃气各组分的体积分数。
二、基本原理
燃气成分分析方法有化学吸收法和气相色谱法。化学吸收法所用仪器简单、操作方便，但分析速度慢，只适用于常量分析，对气态烃也只能测定其总量，而不能对各类烃分别测定。气相色谱法是现代分析技术，可分离和分析气体燃料中各种成分及其含量，分析速度快，操作简单，但需要用已知组成的标准物作对照，才能作定性定量分析。
燃气组成分析，通常以化学吸收法为准。本实验采用化学吸收法，其基本过程如下:取一定量的燃气通过吸收剂，经化学吸收，根据其吸收减量，测定二氧化碳、不饱和烃、一氧化碳、氧等组分的体积分数，再将剩余气体加空气燃烧，由洗涤减量测得氢及甲烷的体积分数，由差减法算得氮的体积分数。反应式如下:
(1)二氧化碳用30%的氢氧化钾溶液吸收
2KOH+CO2→K2CO3+H2O
KOH+CO2→KHCO3
(2)不饱和烃(乙烯、乙炔、苯等)用发烟硫酸吸收
(3)氧用焦性没食子酸(又名邻苯三酚)碱性溶液吸收
C6H3(OH)3+3KOH →C6H3(OK)3+3H2O (焦性没食子酸钾)
(4)一氧化碳用氨性氯化亚铜溶液吸收
用20%的硫酸溶液吸收氨性氯化铜溶液逸出的NH3
H2SO4+2NH3→(NH4)2SO4
(5)氢、甲烷用燃烧法
2H2+O2→2H2O
CH4+2O2→CO2+2H2O
三、仪器设备和试剂
1.仪器
六管气体分析仪如图25-1所示，包括以下重要部件。
(1)吸收瓶:(其中包括多管瓶)共6个，分别盛装不同吸收剂，吸收不同的被测气体。
(2)燃烧瓶:用于燃烧可燃气体，燃烧管下部插入一根细的玻璃管，直至上部玻璃管的顶端有一段螺旋状的铂丝，铂丝的两端与熔封在玻璃管中的两条铜线相连，铜线的末端接可调变压器。
(3)自动控制栓:能自动供气和放气，以达到自动吸收的目的。
(4)横梁:与6个吸收瓶与量气管、燃烧管相连，为了准确分析燃气成分，在安装前应用水或水银测横梁的容积，用以校准实际所取得的样品气体的体积。
按图25-1所示装好各部件，在水准瓶和燃烧管下部装入含(1.5±0.5)%硫酸的水溶液作封闭液，封闭液中滴加数滴甲基橙，并事先用燃气饱和。
各吸收瓶所装吸收液及其作用如下:
①1#吸收瓶装入30%的氢氧化钾溶液，吸收二氧化碳;
②2#吸收瓶装入发烟硫酸，吸收不饱和烃;
③3#吸收瓶装入焦性没食子酸钾溶液，用以吸收氧;
④4#、5#吸收瓶装入氨性氯化亚铜液，用以吸收一氧化碳;
⑤6#吸收瓶装入10%的硫酸溶液，吸收4#、5#瓶中逸出的氨气;
在3#、4#、5#瓶中的液面上倒入一层石蜡油，以防溶液被空气氧化。
图25- 1 六管气体分析仪
1—接触式吸收管，氢氧化钾吸收液;2—接触式吸收管，发烟硫酸吸收液;3—接触式吸收管，碱性焦性没食子酸吸收液;4、5—鼓泡式吸收管，氨性氯化亚铜吸收液;6—接触式吸收管，稀硫酸;7—燃烧管;8—铂丝极，接受火花发生器;9—水冷夹套;10—量气管;11—封气水准瓶;12—进样直通活塞;13—吸收管活塞，7只;14—梳形管;15—中心三通活塞
2.吸收剂配制
吸收液的配制以100m L计算，而实际配制量按吸收瓶容积，约250m L。
(1)氢氧化钾溶液:30%的氢氧化钾，取30g化学纯的氢氧化钾溶于70m L水中。
(2)焦性没食子酸的碱溶液:取10g焦性没食子酸溶于100m L氢氧化钾溶液(30%)中。
(3)氨性氯化亚铜溶液:称取27g氯化亚铜和30g氯化铵，溶于100m L水中，搅拌成混浊液，注入瓶内(尽量注满)，并在其中放些赤铜丝(以防氧化)。其后加入氨水(密度为0.88g/m L)至吸收液澄清，通大气的液面上应加液状石蜡隔绝空气。氨性氯化亚铜溶液分别装在两只吸收管中，前一只吸收管在使用一定次数后，须更换新溶液，后一只吸收管改为前一只吸收管继续使用。
(4)发烟硫酸:三氧化硫含量为20%～30%。发烟硫酸灌入吸收管后，通大气的透气口上应套橡皮袋以防三氧化硫外逸。
(5)10%的硫酸溶液:取5.5～6.0m L浓硫酸(密度为1.84g/m L)慢慢地加入100m L水中，滴入1～2滴甲基橙指示剂显红色。
四、实验步骤
1.分析之前，应弄清各个活塞的构造，以及在不同操作步骤时，各个活塞应当转在什么位置，再检查仪器的严密性，检查的方法是在吸收瓶的活塞关闭时，在量气管中采集若干空气，关闭通大气的中心三通活塞，并降低水准瓶，使量气管产生负压，如仪器的活塞均为严密，橡皮管也不漏气，则封闭液先下降，后固定在一定的液位上，如果液位继续下降，则表示仪器有不严密的地方，若在吸收瓶活塞关闭时吸收液液位在毛细管中上升，就表示该瓶的活塞不严密，则应将旋塞拆下，擦净，重涂真空考克脂，如发现橡皮管漏气应重换橡皮管。
2.取样:先将量气管中的气体排出，使量气管的液面升到零点，关闭进样直通活塞。取样袋与六管仪接通，而后打开取样袋夹子，打开六管仪进样直通活塞。使样气流进量气管中，约20～30m L，而后旋转中心三通活塞，将水准瓶升高，使量气管的试样放空，直到量气管液面升至零点，重复上述操作三次，以排净横梁管及量气管中的空气，然后正确量取100m L气样。在对分析结果的准确性要求较高时，燃气试样的总体积应加上已校正的横梁的容积。在整个实验过程中，除了需往大气中排气外，应将仪器与大气相通的所有活塞全部关闭。
3.吸收:在吸收前先将进样直通活塞打开，吸取80m L空气送入燃烧管中，吸收次序按下列次序进行。
(1)二氧化碳吸收:打开1#吸收瓶活塞，升高水准瓶将气样送入1#吸收瓶，来回串动几次，使气体在吸收瓶中与碱液充分接触，直至体积不再变化时即CO2已完全被吸收为止，测量吸收后剩余气体的体积，记下读数V1。这时减少的体积就是燃气中CO2的体积。
(2)不饱和烃吸收:将剩余气样送入2#吸收瓶来回串动以洗去不饱和烃，为了防止气样中含有少量SO2，再将气样送入1#吸收瓶除去SO2，记下恒量读数V2。
(3)氧的吸收:将剩余气样送入3#吸收瓶并来回串动至恒量，记下读数V3。
(4)一氧化碳吸收:将上面的剩余气样送入4#、5#两个吸收瓶(先经盛有旧试剂的瓶，再送往盛新试剂的瓶)，洗至恒量，再送入6#吸收瓶，吸收氨气后记下读数V4。
4.燃烧:打开电源，再从剩余气样中吸取20m L，送入燃烧瓶内，按接通开关，看液位变化，然后关闭电源。记下读数V5，再送入1#吸收瓶洗至恒量，记下读数V6。
在测定过程中，温度、压力必须相同，如有变化须用下面的气体状态方程式将所测得的气体体积换算成标准状态的干气体体积后，才能进行组成计算。
气体状态方程式:
式中，V标干为换算标准状态的干气体体积，m L;V为在温度t及压力p时所测得气体体积，m L;p为系统压力，Pa;t为系统温度，℃;p1为温度为t时吸收液的饱和蒸气压，Pa。
五、结果计算
六、注意事项
1.在进行实验前必须熟悉仪器各部件的作用，并要仔细检查活塞，各管接头是否严密。
2.举水准瓶时，下口不能露出水面，如发现刻度管内出现水泡，必须重新取样分析。
3.吸收来回串动时，吸收管内液面不能超越刻度，每次吸收前后必须将吸收瓶内液面调至刻度。
4.每次读数前必须静止半分钟，读数要三点在同一水平(眼、水准瓶及量气管液面三点)。
5.吸收次序不可颠倒，吸收时温度、压力必须一致，不然数值要进行校正。
七、思考题
1.为什么吸收次序不能颠倒?
2.若一氧化碳在4#、5#吸收瓶中的吸收不完全，会对其他成分准确分析带来什么影响?
3.试推导氢的百分含量计算式。
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