气体制取的目的
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气体制取是实验化学中的一项基本技能,气体制取的目的是制备纯净的气体以便于实验等工作。因此制取气体需要考虑很多因素,以便达到目的。 [1]
基本步骤
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气体制取是化学实验的一部分,因此也需请甩要确定方案以便实验顺利进行。
确定生成气乃旬判体的反应
通常一种气体可能由多种反应产生,例如,对于氯气格雄屑,既可以加签料去热浓盐酸与二氧化锰得到,也可达狱润埋以电解食盐水得到,也可以电解熔融的氯化钠得到。但是限于实验室的条件与实验技术,并不是所有反应都适合实验室制备、收集气体,如电解饱和食盐水得到的氯气是潮湿的,电解氯化钠不便于收集,同时耗费太多资源。因此在制取连章气体时一定要考虑是否便于收集、反应条件、经济性等多种因素。 [2-3]
确定装置
确定了反应之后,就要考虑反应装置。
考主乃愚虑实验细节
实验中有一些细节是需要考虑的。如何时开始加热,何时完成收集。这些细节可能影响到气体的纯度或者引起危险。例如:排水收集氧气时,刚开始有气泡不能收集、导管不能伸入集气瓶太长不便于才辣删取出;排空气法二氧化碳时要在结束时眼前用燃烧的木条检验是否集满。 [2]
进行实验
装置
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一般的连接方式是 反应装置 → (纯化装置) → 收集装置 → (后续处理)。
反应装置
对于反应装置,主要考虑:
- 反应条件:是否需要加热。
- 反应物的物态:是否全是固体、是否有液体。 [2]
通常有:固体液体常温装置,固体加热装置,固体液体加热装置。
纯化装置
- 装置中残余的空气。一般检查气密性后要反应一会儿在开始收集。 [3]
收集装置
考虑气体的密度、在某些液体的溶解度:确定收集方式。例如二氧化碳易溶于水所以不适用排水法,但可以排空气或者排油;SO3易溶于水但不易溶于煤油,因此可以排油等。
- 如果气体不与水反应,用排水法反应。
- 如果气体不满足上述两项,用特殊方法收集,视情况而定。比如多功能瓶(万能瓶)等。
尾气处理
一些气体若进入大气会造成污染、引发人畜中毒,因此在实验时要把混有这种气体的尾气处理掉。
常见方法:
- 点燃。(如一氧化碳) [4]
- 通过与该气体反应且无后患的试剂。(如如SO3通入氢氧化钠溶液)
- 气囊收集。
常见气体的制备
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这里大体介绍一些气体的制取方法与实验装置。具体的实验要视情况而定。
氯气
检验:能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色;
收集:排饱和食盐水法或向上排气法
尾气回收:Cl2+2NaOH = NaCl+NaClO+H2O
此实验的一些注意事项:1、盐酸一定是浓盐酸,稀盐酸在此条件下不与二氧化锰反应;而实验时浓盐酸浓度逐渐降低,到达一定限度后不再反应。因此实际实验中所添加的的浓盐酸实际的量要比理论值多一些。 [6]2、要使用NaCl的饱和溶液出去HCl气体。HCl可在NaCl的饱和溶液中溶解,但是Cl2基本不溶于NaCl的饱和溶液。3、烧瓶加热要垫石棉网。 [7]
氧气
制取原理:H2O2分解、KMnO4分解、KClO3在MnO2催化与加热下分解
此实验的一些注意事项:
排水法收集时注意:1、刚开始有气泡冒出是有可能是原装置中的空气,不要收集。2、导管口稍稍伸入集气瓶即可;3、水槽中的水不要加太满。
氨气
制取方程式:Ca(OH)2+2NH4Cl = CaCl2+NH3↑+2H2O [8]
装置:略微向下倾斜的大试管,加热
检验:湿润的红色石蕊试纸,变蓝
除杂质:通入碱石灰(除水蒸气)
收集:向下排气法
此实验的一些注意事项:试管口略向下倾斜;如图1所示,收集的试管要塞一团棉花;
硫化氢
制取方程式:FeS+2HCl = FeCl2+H2S↑
装置:启普发生器
收集:向上排气法
二氧化硫
制取原理:稳定性强酸与不稳定性弱酸盐的复分解
检验:先通入品红试液,褪色。后加热又恢复原红色;
除杂质:通入浓H2SO4(除水蒸气)
收集:向上排气法
氯化氢
制取原理:高沸点酸与金属氯化物的复分解
制取方程式:NaCl+H2SO4 = Na2SO4+2HCl↑
装置:分液漏斗,圆底烧瓶,加热
除杂质:通入浓硫酸(除水蒸气)
收集:向上排气法 [5]
二氧化氮、一氧化氮
制取方程式:Cu+4HNO3 = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O [8]
装置:分液漏斗,圆底烧瓶(或用大试管,锥形瓶)
收集:二氧化氮:向上排气法 一氧化氮:特殊方法
尾气处理:3NO2+H2O = 2HNO3+NO NO+NO2+2NaOH = 2NaNO2+H2O
一氧化碳
制取原理:浓硫酸对有机物的脱水作用
制取方程式:HCOOH =浓硫酸、加热= CO↑+H2O [1]
除杂质:通入浓硫酸(除水蒸气)
甲烷
制取方程式:CH3COONa+NaOH =加热= CH4↑+Na2CO3
装置:略微向下倾斜的大试管,加热
收集:排水法或向下排空气法 [9]
乙烯
制取原理:浓硫酸对有机物的脱水作用
制取方程式:CH3CH2OH =浓硫酸、加热= CH2=CH2↑+H2O
除杂质:通入NaOH溶液(除SO2、CO2),通入浓硫酸(除水蒸气)
收集:排水法 [9]
乙炔
制取方程式:CaC2+2H2O = Ca(OH)2+CH≡CH↑ [1]
检验:无色气体,能燃烧,产生明亮的火焰,并冒出浓的黑烟