第六章_气体成分分析
第六章 水蒸气
压力不高时：
热能工程教研室
h1 u1 p1v1 0
三、温度为t、压力为p的饱和水
设想一个等压过程从 t = 0.01 oC 加热到 t
h h
' t, p
' 0.01o C , p
Ts
273.16 K
c p dT
s
' t, p
s
'
0.01o C , p
dT cp 273 .16 K T
热能工程教研室
例如：
处于平衡状态的汽 液混合物
沸腾中的液体
1、汽液相变的若干概念 5.饱和蒸汽压
饱和状态下的蒸汽压力，亦即液体沸腾时所
产生的气泡中的蒸汽压力称为饱和蒸汽压。
对应一定的温度应有一定的饱和蒸汽压； 反之： 一定的压力对应一定的饱和温度（ts）；
饱和蒸汽压随温度的升高而增大
热能工程教研室
w pdv
wt vdp
可逆过程
q Tds
热能工程教研室
水蒸气的基本过程
1、分析步骤： ①根据初态的两个参数{（p,t）， （p,x）或（t,x）}从表或图中查得 其它参数 ②根据过程特征和一个终态参数 确定终态，再从表或图上查得其 它参数
③根据求得的初、终态参数计算q， w等
热能工程教研室
五、压力为p的湿饱和蒸气
因为是两相混合物，需用干度x确定其状态
mv x ml mv
任一比参数y（如u、h、s、v等）可由下式计算：
yx xy 1 xy
"
热能工程教研室
'
六、压力为p的过热蒸气
在饱和蒸气的基础上继续加热，即得过热蒸气。
参数满足以下基本关系：
气体分析工作原理
气体分析工作原理
气体分析工作原理是通过一系列的化学、物理或光学原理来检测和分析气体样品中的成分和性质。
下面将介绍几种常用的气体分析工作原理。
1. 热导法：该原理利用气体的导热性质来测量其成分。
将气体通入一个管道中，在管道两侧设置热电偶温度传感器。
气体中的成分不同，导热性也不同，会导致传感器两侧的温度差异。
通过测量温度差异，可以推算出气体中各组分的相对含量。
2. 色谱法：色谱法通过分离气体混合物中不同组分的相对浓度来进行分析。
气体经过填充有吸附剂或分子筛料的色谱柱时，不同组分会根据其在填充物上的亲和力和扩散速率不同而分离出来。
通过检测出某一组分的浓度峰值的大小和位置，可以推断出气体中其他组分的含量。
3. 光谱法：光谱法利用气体分子在特定波长下的光吸收或发射特性来分析气体成分。
例如，红外光谱法利用气体分子对红外光的吸收特性，通过测量样品在红外光波段的吸收谱线来确定气体中各组分的含量。
而紫外-可见光谱法则利用气体分子对紫外或可见光的吸收或发射特性进行分析。
4. 电化学法：电化学法是利用气体与电极（阳极和阴极）间电流的关系进行分析的原理。
气体分子在电解质溶液中发生电化学反应，产生电流。
通过测量电流的大小和变化，可以推断出气体中特定组分的浓度。
以上是常见的气体分析工作原理，不同的原理适用于不同类型的气体和分析需求。
空气的主要成分(教案)
空气的主要成分教学目标：1. 了解空气的组成和主要成分；2. 掌握空气中各成分的体积分数；3. 能够运用空气的成分及其性质进行分析和解题。
教学重点：1. 空气的组成和主要成分；2. 空气中各成分的体积分数。
教学难点：1. 空气中各成分的体积分数的计算和应用；2. 空气的污染和保护。
教学准备：1. 教材或教辅；2. 投影仪或白板；3. PPT或教案。
教学过程：第一章：空气的组成1.1 引入教师通过提问方式引导学生思考空气的组成，例如：“你们认为空气是由什么组成的？”1.2 讲解教师利用PPT或教案，介绍空气的组成，包括氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳和其他气体和杂质。
1.3 互动教师组织学生进行小组讨论，探讨空气中的主要成分及其体积分数。
1.4 练习教师布置练习题，让学生计算空气中各成分的体积分数。
第二章：氮气2.1 引入教师通过提问方式引导学生思考氮气的性质和用途，例如：“氮气在空气中的作用是什么？”2.2 讲解教师利用PPT或教案，介绍氮气的性质、用途和制备方法。
2.3 互动教师组织学生进行小组讨论，探讨氮气的应用及其在空气中的重要性。
2.4 练习教师布置练习题，让学生分析氮气在空气中的作用和意义。
第三章：氧气3.1 引入教师通过提问方式引导学生思考氧气的性质和用途，例如：“氧气在空气中的作用是什么？”3.2 讲解教师利用PPT或教案，介绍氧气的性质、用途和制备方法。
教师组织学生进行小组讨论，探讨氧气的应用及其在空气中的重要性。
3.4 练习教师布置练习题，让学生分析氧气在空气中的作用和意义。
第四章：稀有气体4.1 引入教师通过提问方式引导学生思考稀有气体的性质和用途，例如：“稀有气体在空气中的作用是什么？”4.2 讲解教师利用PPT或教案，介绍稀有气体的性质、用途和制备方法。
4.3 互动教师组织学生进行小组讨论，探讨稀有气体的应用及其在空气中的重要性。
4.4 练习教师布置练习题，让学生分析稀有气体在空气中的作用和意义。
第六章 湿空气
湿球温度是热湿交换达 到平衡后湿球温度计的 读数。
湿球温度等于或低于 干球温度 意义：
干湿球温度的差值反映了 空气相对湿度的大小
本节内容重点：
饱和湿空气与未饱和湿空气的关系 相对湿度 含湿量 露点温度
已知室内空气相对湿度为50%,温度为 20 °C，大气压为0.1013MPa, 求湿空气的露点温度、含湿量、密度、 比焓、和平均气体常数。
例题：已知湿空气的温度为30°C，其 中水蒸气的分压力为pv=2336.8Pa，确 定其相对湿度和含湿量。 (pb=0.1013MPa) 解：查表 当温度为30°C时，水蒸气的饱 和分压力为ps=4142.7Pa 相对湿度 =pv /ps =2336.8/4142.7=0.56=56%
d = 622*2336.8/(101300-2336.8)
饱和蒸汽
1)未饱和湿空气
T
ps pv
干空气 ＋ 过热水蒸气
pv < ps(T)
加入水蒸气，pv
s
2)饱和湿空气
干空气 ＋ 饱和水蒸气
T
ps
pv ＝ ps(T)
s
未饱和湿空气：干空气+过热水蒸气（pv） 饱和湿空气： 干空气+饱和水蒸气（ps）
通常情况下的空气处于未饱和湿空气状态，其 中水蒸气处于过热状态，具有一定的吸收水 蒸气的能力。 一定条件下，两种状态可以进行转化。
mV V d ma a
根据理想气体状态方程
paV ma RgaT
pV V mv RgV T
将
Rga 287 J / kg K RgV 461 .5 J / kg K
初中化学《空气》教案设计
初中化学《空气》教案设计第一章：空气的组成1.1 学习目标：了解空气的组成，掌握空气中各成分的体积分数及其作用。
1.2 教学内容：1.2.1 空气的成分：氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳、水蒸气和杂质。
1.2.2 空气中各成分的体积分数：氮气约占78%，氧气约占21%，稀有气体约占0.94%，二氧化碳约占0.03%，水蒸气和杂质约占0.03%。
1.2.3 各成分的作用：氮气保护气、氧气供给呼吸、稀有气体用于光源、二氧化碳参与光合作用、水蒸气和杂质维持空气湿度。
1.3 教学活动：1.3.1 导入：通过提问方式引导学生思考空气的组成。
1.3.2 讲解：利用多媒体展示空气成分的图片和数据，详细讲解各成分的体积分数及其作用。
1.3.3 互动：学生分组讨论，总结空气成分的作用。
1.3.4 练习：填写空气中各成分及体积分数的表格。
第二章：空气的污染及防治2.1 学习目标：了解空气污染的来源及危害，掌握防治空气污染的方法。
2.2 教学内容：2.2.1 空气污染的来源：工业排放、车辆尾气、燃煤、秸秆焚烧等。
2.2.2 空气污染的危害：损害人体健康、影响作物生长、破坏生态平衡等。
2.2.3 防治空气污染的方法：减少污染物排放、加强环保监管、发展清洁能源、提高环保意识等。
2.3 教学活动：2.3.1 导入：通过图片和数据展示我国空气污染的现状。
2.3.2 讲解：讲解空气污染的来源、危害及防治方法。
2.3.3 互动：学生讨论空气污染对生活和环境的影响，提出防治空气污染的建议。
2.3.4 练习：列举生活中可以采取的防治空气污染的措施。
第三章：氧气的性质与制取3.1 学习目标：了解氧气的性质，掌握实验室制取氧气的方法。
3.2 教学内容：3.2.1 氧气的性质：无色无味、密度比空气大、支持燃烧、供给呼吸等。
3.2.2 实验室制取氧气的方法：分解过氧化氢、加热氯酸钾、加热高锰酸钾等。
3.3 教学活动：3.3.1 导入：通过实验现象引导学生思考氧气的性质。
初中化学空气中成分教案
初中化学空气中成分教案
教学内容：空气的成分及其性质
一、教学目标
1. 了解空气的主要成分及其性质。
2. 掌握空气中氧气和氮气的性质及应用。
3. 理解二氧化碳和其他气体在空气中的分布。
二、教学重点和难点
1. 空气的主要成分及其性质。
2. 氧气和氮气的性质及应用。
三、教学准备
PPT、实验器材、空气成分示意图等。
四、教学过程
1. 导入：通过展示一个气球在空气中的膨胀现象，引出空气的成分，并让学生猜测一下空气的主要成分是什么。
2. 学习空气成分：通过PPT展示空气的主要成分及其含量，进行简要讲解。
3. 实验演示：进行一个氧气和火的实验，让学生观察氧气的性质。
4. 学习氮气：介绍氮气的性质及应用，比较氮气与氧气的不同。
5. 探索其他气体：介绍空气中的其他气体，如二氧化碳、氩气等，让学生了解它们在空气中的分布。
6. 锻炼：设计一些选择题和简答题，让学生巩固所学知识。
7. 总结：复习本节课所学内容，让学生总结空气的主要成分及其性质。
五、作业布置
布置一些与空气成分相关的练习题，巩固学生的知识。
六、教学反思
通过本节课的教学，学生能够了解空气的主要成分及其性质，培养学生的实验观察能力和分析能力，增强他们对化学知识的理解和应用能力。
在教学中要注重启发学生的思维，引导他们主动探索和学习。
第六章(矿井瓦斯4)
性关系（？）。
第六章 影响煤矿生产的主要地质因素
第五节 矿井瓦斯
三、瓦斯含量的研究
➢煤层瓦斯含量：单位体积或重量的煤体内，在自然条 件下含瓦斯的体积，单位m3/t、m3/m3、cm3/g，它 应包括吸附、游离和溶解瓦斯。
➢ 煤（岩）与瓦斯突出:采掘过程中，在地应力和瓦 斯的共同作用下，破碎的煤、岩、瓦斯由煤体或 岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。常 伴有强烈的响声，是冲击力很大的一种冲击地压 现象。
➢ 瓦斯喷出：大量承压瓦斯从煤体或岩体裂隙中大 量异常涌出的现象，常伴有咝咝的响声，但不产 生煤与岩石抛出的动力现象。
第六章 影响煤矿生产的主要地质因素
第五节 矿井瓦斯
四、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级
3、矿井瓦斯等级
瓦斯矿井等级是根据矿井的相对瓦斯涌出量、绝对 瓦斯涌出量和涌出形式划分： 低瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量小于10 m3/t且绝对 瓦斯涌出量小于或等于40 m3/min ； 高瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量大于10 m3/t或绝对 瓦斯涌出量大于40 m3/min ； 煤（岩）与瓦斯（co2）突出矿井，在采掘过程中只 要发生过一次煤（岩）与瓦斯（co2）突出（简称突出） 的矿井。
▪ （5）煤田的暴露程度：暴露式煤田有利于 瓦斯排放，隐伏式煤田有利于其聚积。
▪ （6）煤层埋藏深度（瓦斯梯度的概念）
第六章 影响煤矿生产的主要地质因素
第五节 矿井瓦斯
三、瓦斯含量的研究 1、影响瓦斯含量的地质因素：
➢瓦斯梯度：
矿井瓦斯相对涌出量每增加1m3/t时所增加的深度；
➢瓦斯含量梯度： 同一矿井内瓦斯含量每增加1m3/t时所增加的深度；
水文地质学基础 第六章 地下水的化学成分及其形成作用.
5. K＋ ◆ 地下水中K＋的含量只有Na＋含量的4％～10％。 ◆ 一般将K＋归并到Na＋中进行分析，不另区分。
如Na＋（+ K＋ ）
6. Ca2＋（低矿化水的主要阳离子） ◆ 含量一般不超过数百mg/L ◆来源： ☆碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解； ☆岩浆岩及变质岩中含钙矿物的风化溶解。 7. Mg2＋ ◆ 化学性质及来源与Ca2 ＋相近，但地壳组成中 Mg2＋比较少，因此含量通常较Ca2 ＋少。
化合物的当量=化合物分子量 / 阴（阳）离子价 meg/L＝mg/L /离子的当量
☆德国度（H°） ：相当于1L水中含10mgCa2＋或 7.2mgMg2＋的量。
1 meg/L＝2.8 H°
4.地下水按硬度分类：
地下水类型 极软水 软 水 弱硬水 硬 水 极硬水
硬度（mg/L，以 CaCO3计）
＜75
◆专项分析：
只分析一个或少数几个成分，分析项目根据具体任务确 定。
如：在对地下水质作动态观测时，可只选有代表性的离 子作定期分析；
为判明含水层之间是否有联系时，只需要作个别离子的 分析；
在为寻找饮用水源进行地下水调查时，需进行水中有毒 成分如As（砷）、Pb（铅）、F（氟）等项目的分析。
三、水化学分析资料整理
如：CO2可促进碳酸盐类的溶解。
二、地下水中主要离子成分
◆主要离子共7种： Cl－、SO42－、HCO3－、Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋
◆占主要地位离子随矿化度（含盐量）的变化： ☆低矿化水以HCO3－及Ca2＋ ，Mg2＋为主； ☆中等矿化水以SO42－及Na＋为主，阳离子也可以
是Ca2＋ ； ☆高矿化水以Cl－及Na＋为主。
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氧分析仪（氧化锆法）
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1. 工作原理：浓差电池原理
Ca2+ or Y3+置换Zr4+的位置，留下氧离子空穴，在高温下(600~1000℃)对 氧离子有良好传导性。孔管内外两侧气体氧浓度不同，则氧离子浓度也不 同，氧离子将从浓度高侧向浓度低侧迁移，从而形成电动势(浓差电势)
很高。
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二. 热磁式氧气分析仪 1. 工作原理：
• 任何物质在外磁场作用下都会发生磁化. • 烟气中的氧比其它成分有高得多的磁化率. • 磁化后的磁感应强度:
、吸附或离子交换作用的物质（介质）。 2. 色谱仪的分类方法
气－固色谱仪：流动相为气体，固定相为固体 气－液色谱仪：流动相为气体，固定相为液体 液－固色谱仪：流动相为液体，固定相为固体 液－液色谱仪：流动相为液体，固定相为液体
2
色谱图
•按时间先后次序的一 组峰值信号
•保留时间－出现峰值 时所对应的时间。
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4) 转化定量法： 将色谱柱分离出的组分经催化转换成其他物 质再经鉴定器检测。 如热导池测CO和CO2不准确，通过镍触媒 转化炉与H2反应生成CH4，再由氢火焰离子化检 测器检测。则CH4的体积分数就是CO和CO2的 体积分数。
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6－2 氧气分析仪
一. 氧化锆氧气分析仪
Ca2+ or Y3+置换Zr4+的位置，留下氧离子空穴
Si SB
si mB 100 % sB m
方法要求：气体样品中不能含有内标物成分
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3) 外标法：
第一步：先配制已知含量的标准样品进行色谱分 析，作出标准曲线
第二步：测出待测样品 的色谱图，与标准曲 线进行对比查得样品
各组分的 i
方法要求：进样量控制 准确，标准样品进样 量与待分析样品进样 量相等。
对混合物进行分析，然后对比滞留时间（即是否在同一 时刻出峰）。 2. 峰形峰高比较法：先对混合物做实验，再向混合物中加 入纯物质进行分析，然后对比峰形峰高（即峰高是否加 高或出现新峰）。
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❖ 定量分析方法：
在定性分析出组分的组成性质后，就需进行对组分 的定量分析。
检测器的灵敏度：
si
hi f
i
组分质量mi ： mi iqcdt
各组分的滞留时间有足 够的差别
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❖ 峰高h
❖ 峰宽x
❖ 峰面积S S = h·x(1/2)
较高精度时： S = 1.065h·x
峰高要高，峰宽 要窄，这样灵敏 度高，分离性能 好。
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2. 定性定量分析方法
❖ 定性分析的目的：确定每个色谱峰代表什么物质。 ❖ 定性分析的方法： 1. 滞留时间比较法：先用纯物质做实验，再在相同条件下
• 不同的保留时间对应 不同的物 与横轴所围面积之比 即为该气相对应成分 的组分
3
2. 色谱分析过程
•流动相流经固定相时，不同成分被固定相分离 ，然后依次进入检测室。
•在检测室内，按进入检测室先后顺序对各单一 成分进行测量，测量结果按时间顺序输出，形 成一组以时间为横轴的信号组，即为色谱图。
色谱柱的选择：按不同的分析目的，选不同的
固定相材料的搭配次序
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四. 检测器
1. 检测器的作用：鉴别分析色谱柱分离出 气体各组分的性质及数量 2. 检测器的类型：硅热导池检测器、氢火 焰离子化检测器
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五. 色谱图及定量分析
1. 色谱图
❖基线：无气样进入检 测器时的记录曲线
❖滞留时间：从气样进 样到该组分出现最大值 的时间tR 空气滞留时间tG 校正滞留时间t’ R= tR- tG ❖分离的必要条件
待测气体 参比气体
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浓差电势由能斯特公式表示为： E RT ln p2
nF p1
如果参比气体选空气，让空气总压和被测气体
的总压力相同，则：
E RT ln p2 RT ln w2 0.0496 ln w2
nF p1 nF w1
w1
1、测量时要对温度进行补偿或采用恒温 2、测量电路要对信号倒相、线性化
100 %
fq c si vm
Si
100 %
色谱图
Si
i
m
方法要求：准确知道m，操作条件稳定
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2) 内标法：
一定量的纯物质作内标物，已知内标物的质量mB，
则
i
mi m
100 %
mi mB
mB m
100 %
mi
fqc Si vsi
和
mB
fqc S B vsB
i
mi mB
mB m
100 %
第六章 气体成分分析
学习要求 掌握气相色谱仪的原理、基本组成及定
性、定量分析方法；常用的氧气分析仪原 理及基本结构；掌握红外气体分析仪、化 学发光气体分析仪的工作原理。
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6－1 气相色谱分析法
气相色谱技术：是一种较好的多组分混合物成分分离 和分析技术。
一. 色谱法原理
1. 名词： 流动相－待检测的气体流过检测系统时，称其为流动相。 固定相－在检测系统中，对流动相样品不同成分有不同的溶解
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2. 氧化锆氧量计应用简图
21
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氧化锆氧气分析仪使用时的注意事项：
1、烟气流温度在650~900℃之间，并且相对稳定；
2、消除有害气体，防止其与氧离子发生反应构成 燃料电池；
3、调整好气体流量，过大会起冷却作用，过小会
形成气流停滞和死区； 4、两侧气流总压应维持一致； 5、为屏蔽氧化锆本身阻抗，二次仪表输入阻抗应
导热池 组分数 量转换 电信号
硅胶:分析CO2
烟气
6
三. 色谱柱及固定相
色谱柱外壳材料：玻璃、不锈钢，直径约4-
6mm
色谱柱填充物：GDX、分子筛、硅胶、活性炭、 炭分子筛等
色谱柱的分辨率：色谱柱越长、填充物颗粒越 细，分辨率越高，但谱峰降低，灵敏度降低；
色谱柱的工作参数：流动相的速度、进样量、 温度等
t x/v
mi
hi f si
qc
d
x v
fqc si v
hidx
fqc Si si v
si
qc Si f vmi
检测器的相对灵敏度：
si
si sB
检测器的相对灵敏度不受检测条件的影响
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1) 定量进样法：
根据准确的进样量m，利用色谱图求出的色谱峰面 积Si，按下式计算质量分数。
i
mi m
Ki—分配系数：
Ki
ws wm
Ws—成分i在固定相中的质量分数 Wm—成分i在流动相中的质量分数
4
分配系数大，不易被流动相带走，在固定相停留时间长； 分配系数小，容易被流动相带走，在固定相停留时间短。
5
二. 气相色谱分析系统
烟气
钠石灰：吸收CO2防止分子筛中毒 分子筛:N2,CO,O2
载气
记录仪 记录