高中常見氣體制備

高中常見氣體制備高中常見氣體制備高中常見氣體制備V:1.0精細(xì)整理，僅供參考高中常見氣體制備日期：20xx年X月氣體的制備、收集、洗滌和干燥

1．常見氣體的實(shí)驗(yàn)室制法中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該學(xué)會(huì)氯氣、氯化氫、氧氣、硫化氫、二氧化硫、氨氣、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、氫氣、甲烷、乙烯、乙炔等氣體的實(shí)驗(yàn)室制法。應(yīng)該掌握的具體內(nèi)容主要有：會(huì)選擇適宜的反應(yīng)物，并能熟練地書寫有關(guān)氣體生成的化學(xué)方程式；根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件等因素，選擇適宜的氣體發(fā)生裝置，能判斷裝置圖的正誤，會(huì)組裝氣體發(fā)生裝置；根據(jù)氣體的密度、在水中的溶解性等性質(zhì)，選擇適宜的集氣方法與裝置；根據(jù)所制氣體的性質(zhì)，會(huì)用簡(jiǎn)便的方法檢驗(yàn)或驗(yàn)滿。(1)反應(yīng)物和反應(yīng)原理①實(shí)驗(yàn)室制氫氣常用鋅跟鹽酸或稀硫酸反應(yīng)制氫氣。Zn+H2SO4(稀)ZnSO4+H2↑Zn+2HClZnCl2+H2↑在制氣裝置的出口處點(diǎn)燃?xì)錃猓欢ㄒ孪葯z查純度，以確保實(shí)驗(yàn)安全。②實(shí)驗(yàn)室制氧氣常用氯酸鉀(二氧化錳作催化劑)或高錳酸鉀受熱分解來(lái)制氧氣。2KClO32KCl+3O2↑2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑此外，過(guò)氧化氫(H2O2)在二氧化錳催化下分解，也可作為實(shí)驗(yàn)室制氧氣的一種簡(jiǎn)便方法。2H2O22H2O+O2↑KClO3和MnO2要純凈，加熱時(shí)以不迸發(fā)火花為合格，以確保實(shí)驗(yàn)安全。③實(shí)驗(yàn)室制氯氣常用氧化劑(二氧化錳或高錳酸鉀)跟濃鹽酸反應(yīng)制氯氣。MnO2+4HClMnCl2+2H2O+Cl2↑2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑高錳酸鉀和鹽酸反應(yīng)可在常溫下順利進(jìn)行，不需加熱。氯氣有毒。多余的氯氣必須用NaOH溶液吸收，以免污染空氣和使人受到毒害。④實(shí)驗(yàn)室制氯化氫常用食鹽和濃硫酸反應(yīng)制氯化氫，間接加熱溫度較低，通常生成硫酸氫鈉和氯化氫。NaCl+H2SO4(濃)NaHSO4+HCl↑氯化氫極易溶于水，為使反應(yīng)順利進(jìn)行，應(yīng)該使用固體氯化鈉和濃硫酸。⑤實(shí)驗(yàn)室制硫化氫常用硫化亞鐵和稀硫酸反應(yīng)制硫化氫。FeS+H2SO4(稀)FeSO4+H2S↑制硫化氫不能用濃硫酸和硝酸等氧化性酸。硫化氫有毒，要注意通風(fēng)或用NaOH溶液吸收多余的硫化氫。⑥實(shí)驗(yàn)室制氨氣常用銨鹽(氯化銨、硫酸銨)跟堿(氫氧化鈣)反應(yīng)制氨氣。2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑氨極易溶于水，一般用加熱上述的固體混合物來(lái)制氨氣。此外，也可直接加熱濃氨水在實(shí)驗(yàn)室制得氨氣。⑦實(shí)驗(yàn)室制二氧化硫常用亞硫酸鈉跟濃硫酸反應(yīng)制二氧化硫Na2SO3+H2SO4(濃)Na2SO4+H2O+SO2↑亞硫酸鈉在空氣中較易氧化變質(zhì)，最好選用新開瓶的亞硫酸鈉。⑧實(shí)驗(yàn)室制二氧化碳常用碳酸鈣(石灰石、大理石)跟鹽酸反應(yīng)制二氧化碳。CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑不能用硫酸與碳酸鈣反應(yīng)制二氧化碳，這是因?yàn)榱蛩徕}的溶解性小，附在碳酸鈣表面，反應(yīng)難以持續(xù)進(jìn)行。此外，小蘇打受熱分解也可在實(shí)驗(yàn)室獲得二氧化碳。2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑⑨實(shí)驗(yàn)室制甲烷常用無(wú)水醋酸鈉和堿石灰(NaOH和CaO的混合物)共熱制甲烷。上述反應(yīng)中氧化鈣是吸濕劑，可使反應(yīng)在無(wú)水條件下順利進(jìn)行，還可減少熱的氫氧化鈉對(duì)玻璃的腐蝕。醋酸鈉晶體中含結(jié)晶水，相比之下，還是用無(wú)水醋酸鈉與堿石灰反應(yīng)制甲烷更好。⑩實(shí)驗(yàn)室制乙烯常用無(wú)水乙醇和濃硫酸共熱來(lái)制乙烯。要控制好反應(yīng)混合液的溫度以減少副反應(yīng)。要在燒瓶中加入少量碎瓷片，以防止爆沸。(11)實(shí)驗(yàn)室制乙炔常用電石跟水反應(yīng)制乙炔CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑反應(yīng)很激烈，要控制好水量，最好逐步加入水，使放出乙炔的速度相對(duì)較穩(wěn)定。若用飽和食鹽水代替純水跟電石混合，可使放出乙炔的速度減緩。(12)其他氣體的生成方法在實(shí)驗(yàn)室中，可用下列反應(yīng)制得一氧化碳、一氧化氮和二氧化氮。3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑Cu+4HNO3(濃)Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑制取這些氣體要注意通風(fēng)，減少室內(nèi)污染和對(duì)人的毒害。制一氧化碳的反應(yīng)在加熱的條件下較劇烈，應(yīng)將甲酸逐滴加到熱的濃硫酸中，以控制生成一氧化碳的速度。一氧化氮在空氣中迅速氧化成二氧化氮，因此，必須用排水集氣法收集一氧化氮。(2)制氣裝置選擇制氣裝置，主要依據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件。比較典型的有三套制氣裝置。①加熱固體制氣體的裝置(圖5-17A)常用大試管和單孔橡皮塞組成的反應(yīng)容器。此裝置可用于制氧氣、氨氣和甲烷等。此裝置的試管口應(yīng)略向下傾斜，以防止產(chǎn)生的水流到受熱部位引起試管炸裂。②加熱固體和液體或液體和液體混合物制氣體的裝置(圖5-17B)它所用的是分液漏斗和圓底燒瓶組成的反應(yīng)容器。此裝置可用于制氯氣、氯化氫、一氧化氮、一氧化碳和乙烯等。容器內(nèi)產(chǎn)生氣體較快、壓強(qiáng)較大，有時(shí)通過(guò)分液漏斗不易滴入液體，可在分液漏斗下端套一小試管形成液封，即可順利加入液體。制乙烯為控制溫度，應(yīng)裝有溫度計(jì)(去掉分液漏斗)。③常溫下固體和液體反應(yīng)制氣體的裝置(圖5-17C)此裝置可用于制氫氣、二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、二氧化氮和乙炔等。該裝置的燒瓶有時(shí)可用廣口瓶代替。為了多次間斷地制取氫氣、硫化氫和二氧化碳等氣體，還可以使用啟普發(fā)生器(圖5-18)或類似的簡(jiǎn)易裝置。啟普發(fā)生器由球形漏斗、容器(球形和半球形)兩部分構(gòu)成。制氣體時(shí)，打開旋塞，氣體從旋塞處導(dǎo)出，容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，液體進(jìn)入盛固體的部位發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氣體。關(guān)閉旋塞，容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，一些液體壓到球形漏斗中，液體與固體脫離接觸，可以終止反應(yīng)。(3)氣體的收集實(shí)驗(yàn)室收集氣體有三種方法。選用何種方法收集，主要取決于氣體在水中的溶解性和氣體對(duì)空氣的相對(duì)密度。①排水集氣法(圖5-19A)一般說(shuō)來(lái)，不易溶于水、不跟水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體可用排水集氣法收集。排水集氣法可用來(lái)收集氧氣、氫氣、一氧化氮、一氧化碳、甲烷、乙烯和乙炔等氣體。為操作方便，氣體的導(dǎo)管不宜伸入集氣瓶里過(guò)長(zhǎng)。由于氯氣在飽和食鹽水中溶解度較小，可用排飽和食鹽水法收集到純度較高的氯氣。②向下排空氣集氣法(圖5-19B)比空氣輕、相同狀況下對(duì)空氣的相對(duì)密度小于1的氣體，可用瓶口向下排空氣集氣法收集。此法可用于收集氫氣、氨氣、甲烷等氣體。為保證氣體的純度，氣體的導(dǎo)管口應(yīng)接近集氣瓶底，盡量把瓶中的空氣排盡。一些氣體相對(duì)分子質(zhì)量接近29，與相同狀況下空氣的密度相近(例如乙烯)，不易用排空氣集氣法收集到純度較高的氣體，可考慮用排水法收集。③向上排空氣集氣法(圖5-19C)比空氣重，相同狀況下對(duì)空氣的相對(duì)密度大于1的氣體，可用瓶口向上排空氣法收集。此法可用于收集氧氣、氯氣、氯化氫、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和硫化氫等氣體。為保證氣體的純度，氣體的導(dǎo)管口應(yīng)接近集氣瓶底，盡量把瓶中的空氣排盡。2．氣體的洗滌、干燥、溶解和驗(yàn)滿(1)洗滌氣體洗滌氣體可用洗氣瓶或簡(jiǎn)易的洗氣裝置(圖5-20、21)，被洗滌的氣體應(yīng)從插在液面下的導(dǎo)管一端進(jìn)入，洗滌后的氣體從短導(dǎo)管一端導(dǎo)出。要根據(jù)需洗滌的氣體中雜質(zhì)氣體的性質(zhì)，選用適當(dāng)?shù)南礈靹?。?shí)驗(yàn)室制取氣體時(shí)，常因原料不純、反應(yīng)物揮發(fā)和發(fā)生副反應(yīng)等原因，使得到的氣體中混有雜質(zhì)氣體，欲得到純度更高的氣體，就需要洗滌除去雜質(zhì)氣體(表5-1)。在選用洗滌劑(某種溶液)時(shí)，應(yīng)該確保做到以下兩點(diǎn)：①洗滌劑中的溶質(zhì)能跟雜質(zhì)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋砘虺蔀榭扇苄晕镔|(zhì)而溶解?；蛘?，洗滌劑中的溶劑能夠充分溶解雜質(zhì)氣體，從而達(dá)到去除雜質(zhì)氣體的目的。②主要?dú)怏w在洗滌劑中溶解度小，不被洗滌劑大量吸收。例如，用飽和食鹽水洗滌含氯化氫的氯氣時(shí)，氯化氫大量溶于鹽水中，氯氣不易溶于飽和食鹽水，從而達(dá)到去除雜質(zhì)氣體的目的。又如，用濃碳酸氫鈉洗滌含氯化氫的二氧化碳時(shí)，氯化氫跟碳酸氫鈉反應(yīng)而被充分吸收，二氧化碳與碳酸氫鈉不反應(yīng)，且在該溶液中溶解度小，從而達(dá)到去除雜質(zhì)氣體的目的。若改用碳酸鈉溶液，因二氧化碳與碳酸鈉溶液反應(yīng)生成碳酸氫鈉，二氧化碳也被該溶液充分吸收，此法不可取。(2)干燥氣體干燥氣體使用液體和固體作干燥劑時(shí)，裝置不相同(圖5-22)。除去不同氣體中的水蒸氣，應(yīng)選用不跟被干燥氣體反應(yīng)的干燥劑。即：堿性氣體不能用酸性干燥劑；酸性氣體不能用堿性干燥劑；還原性氣體不能用常溫下能氧化它的氧化劑作干燥劑。(見表5-2)選用干燥劑時(shí)，還應(yīng)注意：①一些氣體可選用多種干燥劑進(jìn)行干燥。例如，氧氣跟上述各種干燥劑均無(wú)反應(yīng)，使用上述各種干燥劑均可。②某些氣體跟某種干燥劑發(fā)生特殊的作用。例如，氨氣跟氯化鈣可發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，氨氣可被氯化鈣大量吸收，因此，不宜用無(wú)水氯化鈣干燥氨氣。某些還原性氣體(如一氧化碳等)，常溫下不易被濃硫酸氧化，因此，仍可用濃硫酸干燥它們。(3)溶解氣體用液體或溶液溶解氣體，常用于制備氣態(tài)物質(zhì)的水溶液和吸收制取氣體或氣體性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的尾氣。常用的吸收氣體的裝置有兩種(圖5-23)。若氣體在液體或溶液中不易溶解，可使用裝置B。若氣體極易溶解，則應(yīng)選用A，可防止液體發(fā)生倒吸至前面的裝置中，避免造成實(shí)驗(yàn)失敗或引起實(shí)驗(yàn)事故。裝置A的漏斗上沿不宜進(jìn)入液面過(guò)深，以確保能發(fā)揮防上液體倒吸的作用。(4)氣體的驗(yàn)滿收集氣體時(shí)，常需確切地了解集氣瓶中某氣體是否已充滿。用排水法收集氣體時(shí)，