Analiza gazowa metody oparte na pomiarze objtoci gazw

Analiza gazowa Ø metody oparte na pomiarze objętości gazów, Ø metody absorpcyjne, Ø metody oparte na spalaniu gazów

Metoda oparta na pomiarze objętości gazów v Obliczenia w analizach gazowych przeprowadza się w oparciu o prawa gazowe. v Metoda ma zastosowanie w przypadku gdy produktem reakcji chemicznej jest substancja gazowa. v Na podstawie równania reakcji chemicznej i zmierzonej objętości wydzielonego gazu oblicza się masę substancji, z której wydzielił się produkt gazowy. v W obliczeniach stosuje się prawa Avogadro: Ø masy równych objętości różnych gazów w warunkach tej samej temperatury i tego samego ciśnienia pozostają w prostym stosunku do mas molowych tych gazów,

Metoda oparta na pomiarze objętości gazów Ø masa 22, 414 dm 3 dowolnego gazu w warunkach normalnych ich określa masę molową ü T = 273, 15 K/ 0 o. C; p = 1013, 25 h. Pa; 1 h. Pa = 100 Pa v Objętości produktów gazowych zmierzone w warunkach odmiennych niż warunki normalne przelicza się na warunki normalne stosując równanie stanu gazu: p ∙ V = n ∙ R ∙ T, gdzie: p – ciśnienie, V – objętość, n – liczba moli gazu, T – temperatura w Kelwinach, R – stała gazowa: Ø R = 83, 1 h. Pa ∙ dm 3 ∙ mol-1 ∙ K-1 lub 8, 31 J ∙ K-1 ∙ mol-1 , ü J = 1 m 2 ∙ kg ∙ s-2, ü Pa = 1 m-1 ∙ kg ∙ s-2. v Przy pomiarze objętości gazów zebranych pod wodą należy uwzględnić prężność pary wodnej.

Prężność(ciśnienie) pary wodnej nasyconej w powietrzu w funkcji temperatury t [o. C] 50 45 40 p [h. Pa] 123, 3 95, 77 72, 73 t [o. C] 0 -5 - 10 p [h. Pa] 6, 11 4, 21 2, 68 35 30 25 20 15 10 5 56, 20 42, 41 31, 66 23, 27 17, 05 12, 28 8, 72 - 15 - 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45 1, 90 1, 25 0, 80 0, 50 0, 309 0, 185 0, 108

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 1. Ø Z próbki 250 mg technicznego węglanu sodu pod wpływem kwasu chlorowodorowego zebrano nad wodą 34, 2 cm 3 CO 2 w temp. 293, 15 K i ciśnieniu 1015, 25 h. Pa. Obliczyć procentową zawartość CO 2 w próbce jeżeli prężność pary wodnej w/w temp. wynosi 23, 27 h. Pa. Ø Rozwiązanie: ü obliczenie prężności / ciśnienia suchego CO 2: • p 0 = 1015, 25 h. Pa – 23, 27 h. Pa = 991, 98 h. Pa Ø obliczenie objętości CO 2 w warunkach normalnych: ü gdzie p 0, V 0, T 0 – w. normalne.

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 1. - rozwiązanie cd. : ü obliczenie masy CO 2: • Vmol/w. n = 22, 414 dm 3 = 22414 cm 3, • MCO 2 = 44, 01 g/mol • 22414 cm 3 CO 2 ----- 44, 01 g 31, 2 cm 3 CO 2 ------ x ------------------x = 0, 06126 g = 61, 26 mg ü obliczenie % zwartości CO 2 w technicznym Na 2 CO 3 :

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 2. Ø W wyniku przemian chemicznych próbki nawozu mineralnego o masie 500 mg zawierającego mocznik zebrano nad wodą 62, 5 cm 3 azotu w temp. 298, 15 K i ciśnieniu 1012, 25 h. Pa. Obliczyć procentową zawartość mocznika – CO(NH 2)2 w próbce nawozu jeżeli prężność pary wodnej w/w temp. wynosi 31, 66 h. Pa. Ø Rozwiązanie: ü obliczenie prężności / ciśnienia suchego N 2: • p 0 = 1012, 25 h. Pa – 31, 66 h. Pa = 980, 59 h. Pa Ø obliczenie objętości N 2 w warunkach normalnych:

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 2. - rozwiązanie cd. : ü obliczenie masy N 2: • Vmol/w. n = 22, 414 dm 3 = 22414 cm 3, • MCO(NH 2)2 = 60, 02 g/mol, • 1 mol CO(NH 2)2 22414 cm 3 N 2 • 22414 cm 3 N 2 ----- 60, 02 g CO(NH 2)2 55, 42 cm 3 N 2 ----- x ------------------x = 0, 1484 g = 148, 4 mg ü obliczenie procentowej zwartości mocznika w nawozie:

Metody absorpcyjne v Metody absorpcyjne mają zastosowanie do oznaczenia składników w mieszaninie gazów: Ø mieszaninę gazów przy stałych wartościach temperatury i ciśnienia przepuszcza się przez szereg absorbentów, Ø różnica objętości przed i po absorpcji określa objętość gazu zaabsorbowanego, Ø metoda ma zastosowanie do oznaczenia CO 2, CO, C, O 2, węglowodorów nienasyconych, par benzenu, H 2, v Ważniejsze absorbenty: Ø CO 2 / 40 % roztwór KOH: ü CO 2 + 2 KOH K 2 CO 3 + H 2 O, Ø O 2 / roztwór pirogalolu – 1, 2, 3 – trihydroksybenzen w obecności KOH, roztwór jest nietrwały w obecności tlenu ulega rozkładowi do CO 2 i CH 3 COOH oraz inne związki,

Metody absorpcyjne / cd. v Ważniejsze absorbenty cd: Ø O 2 / roztwór podsiarczynu sodu - ditionian(III) sodu w obecności KOH: ü 2 Na 2 S 2 O 4 + 2 H 2 O + O 2 4 Na. HSO 3, Ø CO / amoniakalny roztwór chlorku miedzi(I): ü Cu 2 Cl 2 + 2 CO ↔ Cu 2 Cl 2 ∙ 2 CO ü absorbent ma jednak wady, reakcja jest odwracalna, ponadto zachodzi uboczna reakcja redox: ü Cu 2 Cl 2 ∙ 2 CO + 4 NH 3 ↔ (NH 4)2 C 2 O 4 + 2 NH 4 Cl + 2 Cu Ø Pary benzenu, C 2 H 4, C 2 H 2 pochłania się w dymiącym kwasie siarkowym(VI) / oleum - H 2 S 2 O 7 lub w wodzie bromowej – węglowodory ulegają reakcji bromowania a pary benzenu ulegają rozpuszczeniu, Ø H 2 / koloidalny roztwór palladu.

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 1. Ø Próbkę gazu koksowniczego - gaz otrzymany w procesie destylacji węgla kamiennego o objętości 1 dm 3 przepuszczono przez płuczki z absorbentami w stałej temperaturze i stałym ciśnieniu oraz każdorazowo zmierzono objętości mieszaniny gazów po przejściu przez płuczki: ü płuczka z roztworem KOH / V = 981, 5 cm 3, ü H 2 S 2 O 7 / V = 916, 5 cm 3, ü roztwór pirogalolu + KOH / V = 915, 9 cm 3, ü amoniakalny roztwór Cu 2 Cl 2 / V = 840, 9 cm 3, ü koloidalny roztwór palladu / V = 815, cm 3. Ø Oblicz procentowy skład gazu (procent objętościowy).

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 1. – rozwiązanie: ü gazy nie pochłonięte po przejściu przez kolejne płuczki.

Metoda oparta na spalaniu gazów v Metoda opiera się na spaleniu określonej objętości gazu lub mieszaniny gazów w nadmiarze tlenu. v Temperaturę produktów reakcji spalania obniża się do temperatury wyjściowej i mierzy się objętości gazów. v Następnie oznacza się objętość produktów spalania oraz nadmiar użytego tlenu. v Na podstawie danych – objętości zużytego tlenu i powstałego produktu gazowego zależnych od ilości oraz charakteru spalanych składników można obliczyć procentowy udział składników w mieszaninie. v Najczęściej produktami spalania jest CO 2 i H 2 O, para wodna ulega skropleniu (VH 2 O = 0) – w fazie gazowej jej ilość odpowiada prężności pary wodnej w danej temp.

Metoda oparta na spalaniu gazów v Kontrakcja – jest to różnica między objętością gazów przed spaleniem a ich objętością po spaleniu. v Wielkość kontrakcji w odniesieniu do jednostki objętości spalonego gazu to współczynnik kontrakcji. v Przykłady: Ø 2 CO + O 2 2 CO 2 / 2 VCO + 1 VO 2 – 2 VCO 2 = 1 V ü na 2 jednostki objętości CO współczynnik kontrakcji wynosi 1 a na 1 jednostkę CO współczynnik wnosi 0, 5 Ø 2 C 2 H 6 + 7 O 2 4 CO 2 + 6 H 2 O / 2 VC 2 H 6 + 7 VO 2 – 4 VCO 2 = =5 ü na 2 jednostki objętości C 2 H 6 współczynnik wnosi 5 a na 1 jednostkę C 2 H 6 współczynnik wynosi 5/2.

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 1. Ø Mieszaninę tlenku azotu(II) i tlenku azotu(V) o objętości 500 cm 3 zredukowano do wolnego azotu wodorem zużywając 1430 cm 3 tego gazu. Oblicz procent objętościowy gazów w mieszaninie. Uwaga – w zad. 1, 2, 3 i 3 należy rozwiązać układ 2–ch równań zależnych w dwoma niewiadomymi. Ø ü • ü • • Rozwiązanie: 2 NO + 2 H 2 N 2 + 2 H 2 O x + x N 2 O 5 + 10 H 2 N 2 + 5 H 2 O y + 5 y / VNO : VH 2 = 1 : 1 / V N 2 O 5 : V H 2 = 1 : 5 ü x + 5 y = 1430 cm 3, x = 500 cm 3 – y • 4 y = 930 cm 3 x=500 cm 3– 232, 5 cm 3 = 267, 5 cm 3 NO • y = 232, 5 cm 3 N 2 O 5 x + y = 500 cm 3,

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 1. – rozwiązanie cd. : Ø obliczenie procentu objętościowego gazów:

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 2. Ø Mieszaninę propanu i butanu o objętości 250 cm 3 spalono do CO 2 oraz H 2 O w powietrzu atmosferycznym zużywając 5750 cm 3 powietrza. Oblicz procent objętościowy gazów w mieszaninie. Ø Rozwiązanie: ü zawartość tlenu w powietrzu atmosferycznym wynosi 20, 95 % objętościowych, ü VO 2 = 5750 cm 3 ∙ 0, 2095 = 1204, 6 cm 3, ü C 3 H 8 + 5 O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O / VC 3 H 8 : VO 2 = 1 : 5, • x + 5 x ü 2 C 4 H 10 + 9 O 2 8 CO 2 + 10 H 2 O / VC 4 H 10 : VO 2 = 1 : 4, 5 , • 2 y +9 y

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 2. – rozwiązanie cd. : ü x + y = 250 cm 3, ü 5 x + 4, 5 y = 1204, 6 cm 3, • x = 250 cm 3 – y • 0, 5 y = 45, 4 cm 3 • x = 250 cm 3 – 90, 8 cm 3 = • y = 90, 8 cm 3 C 4 H 10 = 159, 2 cm 3 C 3 H 8 ü obliczenie procentu objętościowego gazów:

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 3. Ø Mieszaninę metanu i etanu o objętości 120 cm 3 spalono do CO 2 oraz H 2 O w tlenie. Oblicz procent objętościowy gazów w mieszaninie, jeżeli objętość produktu gazowego mierzona w tych samych warunkach wyniosła 170 cm 3. Ø Rozwiązanie: ü CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O / VCH 4 : VCO 2 = 1 : 1, • x x ü 2 C 2 H 6 + 7 O 2 4 CO 2 + 6 H 2 O / VC 2 H 6 : VCO 2 = 1 : 2 , • 2 y 4 y • x + y = 120 cm 3 • x + 2 y = 170 cm 3 • x = 120 cm 3 – y • y = 50 cm 3 C 2 H 6 • x = 120 cm 3 – 50 cm 3 = 70 cm 3 CH 4

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 3. – rozwiązanie cd. : ü obliczenie procentu objętościowego gazów:

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 4. Ø Mieszaninę metanu i CO oraz azotu o objętości 130 cm 3 spalono zużywając 170 cm 3 tlenu. Oblicz procent objętościowy gazów w mieszaninie, jeżeli objętość CO 2 mierzona w tych samych warunkach wyniosła 100 cm 3. Ø Rozwiązanie: ü CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O / VCH 4 : VO 2 : VCO 2 = 1 : 2 : 1, • x +2 x x ü 2 CO + O 2 2 CO 2 / VCO : VO 2 : VCO 2 = 2 : 1 : 2 , • 2 y + y 2 y ü N 2 + O 2 r. nie zachodzi, • x + y = 100 cm 3 • 2 x + y = 170 cm 3 • x = 100 cm 3 – y • y = 30 cm 3 CO • x = 100 cm 3 – 30 cm 3 = 70 cm 3 CH 4

Przykładowe zadania z rozwiązaniem v. Zad. 4. – rozwiązanie cd. : ü VN 2 = 130 cm 3 – VCH 4 – VCO = 130 cm 3 – 70 cm 3 – 30 cm 3 = = 30 cm 3 ü obliczenie procentu objętościowego gazów: