常見氣體制備與收集

常見氣體制備與收集常見氣體制備與收集/NUMPAGES15常見氣體制備與收集常見氣體制備與收集常見氣體的制備與收集

整理：華僑大學校草級學長【內容講解】

一、幾種氣體制備的反應原理

二．氣體發(fā)生裝置的類型

1．設計原則：

根據(jù)反應原理、反應物狀態(tài)和反應所需條件等因素來選擇反應裝置。

2．裝置基本類型：裝置

類型固體反應物（加熱）固液反應物（不加熱）固液反應物（加熱）裝置

示意圖主要

儀器酒精燈、試管啟普發(fā)生器酒精燈、燒瓶、分液漏斗典型

氣體O2、NH3等H2、CO2、H2S等。Cl2操作

要點⑴試管口應稍向下傾斜，以防止產(chǎn)生的水蒸氣在管口冷凝后倒流而引起試管破裂；

⑵鐵夾應夾在距試管口l/3處；

⑶膠塞上的導管伸入試管里面不能太長，否則會妨礙氣體的導出。⑴在用簡易裝置時，如用長頸漏斗，長頸漏斗的下口應伸入液面以下，否則起不到液封的作用；⑵加入的液體反應物（如酸）要適當；⑶塊狀固體與液體的混合物在常溫下反應制備氣體可用啟普發(fā)生器制備。

⑷制C2H2：⑴先把固體藥品加入燒瓶，然后加入液體藥品；

⑵要正確使用分液漏斗。⑶制C2H4：

三、氣體的收集方法和裝置

根據(jù)氣體的密度、溶解性、穩(wěn)定性可將氣體的收集方法分為三種。

1、收集方法：

A、排水集氣法

凡難溶于水或微溶于水，又不與水反應的氣體都可用排水法收集，如圖甲。

B、排空氣法

一種是向上排空氣法，凡是氣體的相對分子質量大于空氣的平均相對分子質量的可用此法，如圖乙；若氣體的相對分子質量小于空氣的平均相對分子質量，則用向下排空氣法，如圖丙。

2、收集裝置：

(1)圖甲可收集O2、H2、N2、Cl2(飽和NaCl溶液)、NO、CO2(飽和NaHCO3溶液)、CO等。

(2)圖乙可收集Cl2、NO2、CO2、SO2等。

(3)圖丙可收集H2、NH3、CH4等。

(4)圖丁從A進氣相當于圖乙，從B進氣相當于圖丙。

四、氣體的干燥凈化裝置

1、氣體干燥凈化裝置:

氣體的凈化、干燥裝置一般常用的有洗氣瓶、干燥管、U形管和雙通加熱管幾種。液態(tài)干燥劑固態(tài)干燥劑固體，加熱裝置常見

干燥劑濃硫酸(酸性、

強氧化性)無水氯化鈣

(中性)堿石灰

(堿性)除雜試劑

Cu、CuO、Mg等可干燥

的氣體H2、Cl2、O2、SO2、N2、CO2、CO、CH4H2、Cl2、O2、SO2、N2、CO2、CO、CH4H2、O2、N2、CO、CH4、NH3可除去H2、O2、N2、

CO不可干燥

的氣體HBr、NH3、HINH3Cl2、SO2、CO2、NO2等(1)洗氣瓶中一般裝入液體除雜試劑。除雜試劑應通過化學反應將雜質吸收或將雜質氣體轉化為所制取的氣體。常見除雜試劑有：

①強堿溶液：如NaOH溶液可吸收CO2、SO2、H2S、Cl2、NO2等呈酸性的氣體。

②飽和的酸式鹽溶液，可將雜質氣體吸收轉化，如：

飽和NaHCO3溶液能除去CO2中混有的HCl、SO2等強酸性氣體。

飽和NaHSO3溶液能除去SO2中混有的HCl、SO3等氣體。

飽和NaHS溶液能除去H2S中混有的HCl氣體。

③濃H2SO4：利用它的吸水性，可除去H2、SO2、HCl、CO、NO2、CH4等氣體中混有的水蒸氣。但由于濃H2SO4有強氧化性，不能用來干燥具有強還原性氣體，如H2S、HBr、HI等。

④酸性KMnO4溶液：利用它的強氧化性，可以除去具有還原性的氣體，如除去混在CO2氣體中的SO2、H2S等。

(2)干燥管、U形管一般裝入固體的干燥劑。常見的固體干燥劑有：

①酸性干燥劑，用來干燥酸性氣體。如P2O5、硅膠等。

②堿性干燥劑，用來干燥堿性氣體。如CaO、堿石灰、固體NaOH等。

③中性干燥劑，既能干燥堿性氣體又能干燥酸性氣體。如CaCl2(但CaCl2不能干燥NH3，因易形成CaCl2·8NH3氨合物)。

(3)雙通加熱管一般裝入固體除雜劑，除雜試劑和混合氣體中的某一組分反應。例如：Cu和混合氣體中O2反應而將O2除去。

另外還常用固體的無水CuSO4裝入干燥管中，通過顏色變化檢驗水蒸氣的存在(但不能用CuSO4作干燥劑，因CuSO4吸水率低)。用Na2O2固體也可將CO2、H2O(氣)轉化為O2。

2、尾氣處理裝置:

尾氣處理與凈化、干燥的原理和裝置是一樣的。

(1)圖甲裝置中若裝NaOH可吸收Cl2、SO2、NO2、CO2等酸性氣體。若裝Na2SO3可吸收Cl2、SO2、NO2等。

(2)圖乙和圖丙裝置中若裝堿石灰可吸收Cl2、SO2、NO2、CO2等酸性氣體，同時他們還是一個雙吸收裝置，應用于制取易潮解的物質，如，制無水AlCl3時，正好可吸收多余的Cl2，反應結束后冷卻過程中又可吸收回流的空氣以防止潮解。

(3)尾氣處理還可以用下列裝置：

甲乙丙

A.甲裝置吸收極易溶于水的氣體如HCl、NH3等。

B.乙裝置吸收溶解度較小的氣體如Cl2等。

C.丙裝置除去可燃的有毒氣體如CO等。

D.無需要吸收直接排放的氣體有O2、N2、H2、CO2、CXHY，其中H2和CXHY必須排放到室外。

3、防倒吸完全裝置:

4．測量氣體的體積:

利用氣體的不溶于某些液體的性質(如H2難溶于水，Cl2難溶于飽和食鹽水)可用排液法粗略測量氣體的體積。其多種量氣裝置見下圖。

實驗操作水平的高低決定了測量誤差的大小。為減少量氣誤差，應注意：

裝置(A)，反應后應恢復到室溫再讀數(shù)，實驗前集氣瓶應充滿水。氣體體積即量筒中水的體積，

裝置(B)：讀數(shù)時應上下移動乙管，使甲、乙兩管液面相平。讀取反應前后甲管中液面體積讀數(shù)的差值即為氣體體積．

裝置(C)：測量收集到氣體體積，應先使氣體冷卻至室溫，再慢慢將量筒下移，使量筒內外液面高度相同，再讀取讀數(shù)．

裝置(D)：實驗中水面要沒過漏斗頸，量筒中裝滿水，反應在漏斗中進行，生成

氣體的體積即為量筒內氣體的體積。

裝置(E)：用于測量混合氣體中被吸收(或不被吸收)的體積分數(shù)．讀數(shù)時球形容器和量氣管液面相平，量氣管內增加的水的體積等于不被反應管吸收的氣體的體積．

五、氣體制備實驗的基本過程

1、氣體制備實驗一般分為以下六個環(huán)節(jié):

制氣→安全裝置→除雜→干燥→反應→尾氣處理

2、氣體制備實驗操作的一般步驟：

(1)組裝(從上到下、從左到右)

(2)檢驗氣密性

(3)加入藥品

(4)排盡裝置內的空氣

(5)驗純

(6)性質實驗或反應

(7)拆除裝置

【典型例題】

1．下列實驗裝置圖正確的是

【解析】本題考查了：①了解化學實驗常用儀器的主要用途和使用方法，②能繪制和識別典型實驗儀器的裝置圖，③掌握常見氣體的實驗室制法（包括所用試劑、儀器、反應原理和收集方法）。A選項：實驗室制備乙烯控制乙醇的分解溫度是關鍵，乙醇在圓底燒瓶中，溫度計的水銀球必須置于反應混合液的液面以下測乙醇的分解溫度；C選項：實驗室制備氯氣是在加熱條件下反應的，該裝置沒有熱源，由于反應在加熱條件下進行，鹽酸的揮發(fā)性導致一部分氯化氫氣體隨著氯氣揮發(fā)出來，同時伴有少量的水蒸氣的產(chǎn)生，所以在收集裝置前應該連有兩個洗氣瓶，一個裝有飽和食鹽水除去氯氣中的氯化氫氣體，一個裝有濃硫酸除去氯氣中的水蒸氣，而該裝置中沒有熱源和除雜裝置；D選項：隨著乙酸乙酯揮發(fā)出來的有乙醇和乙酸，其中乙醇極易溶于水，而乙酸又能和碳酸鈉溶液反應，導管插入液面就會產(chǎn)生倒吸，使反應得不到乙酸乙酯。答案B.

【標準答案】B

【試題分析】A項中制乙烯的溫度計應插入液面以下以測溶液的溫度；C項中沒有除雜裝置；D項收集乙酸乙酯時導管不能插入液面以下。

【點評】認真注意課本中的每個演示實驗和學生實驗。

2.下列各組氣體在常溫下能共存且能用向上排空氣法收集的是

A．NO和O2B．HCI和NH3

C．H2和COD．SO2和CO2

【解析】A和B選項中的兩組氣體會發(fā)生反應，不能共存；C選項中的H2不能用向上排空氣法收集，而CO一般用排水法收集；而D選項中的SO2和CO2常溫下不發(fā)生反應，而且兩者的密度均比空氣大，都可以用向下排空氣法收集。所以符合題意的選項為D。

3.實驗室模擬合成氨和氨催化氧化的流程如下：

已知實驗室可用飽和亞硝酸鈉（NaNO2）溶液與飽和氯化銨溶液經(jīng)加熱后反應制取氮氣。

（1）從上圖中選擇制取氣體的合適裝置：

氮氣___________、氫氣___________。

（2）氮氣和氫氣通過甲裝置，甲裝置的作用除了將氣體混合外，還有___________、___________。

（3）氨合成器出來經(jīng)冷卻的氣體連續(xù)通入乙裝置的水中吸收氨，___________（填“會”或“不會”）發(fā)生倒吸，原因是：___________。

（4）用乙裝置吸收一段時間氨后，再通入空氣，同時將經(jīng)加熱的鉑絲插入乙裝置的錐形瓶內，能使鉑絲保持紅熱的原因是：___________，錐形瓶中還可觀察到的現(xiàn)象是：___________。

（5）寫出乙裝置中氨氧化的化學方程式：___________。

（6）反應結束后錐形瓶內的溶液中含有H+、OH-、___________、___________離子。

（B）某課外研究小組，用含有較多雜質的銅粉，通過不同的化學反應制取膽礬。其設計的實驗過程為：

（1）雜銅中含有大量的有機物，可采用灼燒的方法除去有機物，灼燒時將瓷坩堝置于___________上（用以下所給儀器的編號填入，下同)，取用坩堝應使用___________，灼燒后的坩堝應放在___________上，不能直接放在桌面上。

實驗所用儀器：A.蒸發(fā)皿B.石棉網(wǎng)C.泥三角D.表面皿E.坩堝鉗F.試管夾

（2）雜銅經(jīng)灼燒后得到的產(chǎn)物是氧化銅及少量銅的混合物，用以制取膽礬。灼燒后含有少量銅的可能原因是___________。

A.灼燒過程中部分氧化銅被還原B.灼燒不充分銅未被完全氧化

C.氧化銅在加熱過程中分解生成銅D.該條件下銅無法被氧氣氧化

（3）通過途徑Ⅱ實現(xiàn)用粗制氧化銅制取膽礬，必須進行的實驗操作步驟：酸溶、加熱通氧氣、過濾、___________、冷卻結晶、_________、自然干燥。

（4）由粗制氧化銅通過兩種途徑制取膽礬，與途徑Ⅰ相比，途徑Ⅱ有明顯的兩個優(yōu)點是：___________、___________。

（5）在測定所得膽礬（CuSO4·xH2O）中結晶水x值的實驗過程中：稱量操作至少進行___________次。

（6）若測定結果x值偏高，可能的原因是___________。

a.加熱溫度過高b.膽礬晶體的顆粒較大

c.加熱后放在空氣中冷卻d.膽礬晶體部分風化

分析與解答：

（A）（1）由題給反應物的狀態(tài)，NaNO2和NH4Cl都是飽和溶液，可推知N2用a裝置，而H2是由鋅粒（固）和稀酸（液）來制取，則可用b制取。

（2）干燥氣體和調節(jié)（或控制）H2和N2的流速。

（3）不會，因合成氨的反應是一個可逆反應，生成的混合氣體除NH3以外還有大量的N2和H2存在。

（4）從能使鉑絲保持紅熱可以推知，氨的氧化反應是一個放熱反應。根據(jù)氨氧化的產(chǎn)物看有NO生成，NO被O2氧化又產(chǎn)生NO2，所以錐形瓶中會看到有紅棕色氣體產(chǎn)生。

（5）乙裝置中氨氧化的反應方程式為4NH3+5O24NO+6H2O。

（6）因氨氧化生成的NO與O2、H2O反應生成HNO3，未氧化的氨與HNO3反應生成NH4NO3。因此，反應結束后，錐形瓶內的溶液中除有H+、OH-外，還應有NH和NO。

（B）（1）因坩堝加熱后溫度較高，應放在泥三角上進行加熱，且取用坩堝時要用坩堝鉗，并且為防止坩堝炸裂和燒壞桌面，燒后的坩堝要在石棉網(wǎng)上冷卻，不能直接放在桌面上。

（2）灼燒后含有少量銅其原因可能是灼熱不充分，銅未被完全氧化，也可能是灼燒過程中部分氧化銅被還原。

（3）利用途徑Ⅱ制取膽礬時，必須先加酸將氧化銅溶解，加熱通氧氣將Cu氧化，過濾除去粗制氧化銅中的不溶物雜質后，然后再蒸發(fā)溶劑，冷卻結晶，再過濾得晶體，最后將其干燥，由此可寫出答案。

（4）根據(jù)途徑Ⅰ的反應方程式Cu+2H2SO4(濃）CuSO4+SO2↑+2H2O和途徑Ⅱ的反應方程式2Cu+O2+2H2SO4(稀)2CuSO4+2H2O，可以看出途徑Ⅱ的優(yōu)點是：①產(chǎn)生等量的膽礬比途徑Ⅰ耗硫酸少；②途徑Ⅱ不產(chǎn)生污染大氣的氣體（SO2）。

（5）稱量操作至少進行4次，分別是：①稱量坩堝；②稱量加入晶體后的坩堝；③稱量加熱冷卻后的坩堝；

④稱量再加熱、再冷卻后的