高中化學(xué)實驗專題制取氣體

高中化學(xué)氣體制取原理及其裝置圖選取1、常見氣體的制取步驟（1）氣體制取裝置：氣體發(fā)生裝置-凈化裝置-干燥裝置-或收集裝置-吸收裝置（2）氣體性質(zhì)驗證裝置：氣體發(fā)生裝置-凈化裝置-（干燥裝置）-性質(zhì)驗證裝置-吸收裝置2、氣體發(fā)生裝置（1）化學(xué)實驗中需用少量氣體時，可以根據(jù)原料和反應(yīng)條件在實驗室中進(jìn)行制備，常用的制備方法。制備方法裝置圖適用氣體注意事項固體+固體，加熱氧氣，氮氣，氨等1.試管口略向下傾斜，以免管口冷凝水倒流到灼燒處而使試管炸裂。2.檢查裝置的氣密性。固體+液體，不加熱塊狀不溶于水的固體氫氣，二氧化碳，硫化氫等1.在用簡易裝置時，如用長頸漏斗，漏斗頸的下端應(yīng)伸入液面以下，否則起不到液封的作用；2.溶于水的固體或液體與液體的混合物反應(yīng)制備氣體不能用啟普發(fā)生器。溶于水的固體或液體固體(液體)+液體，加熱一氧化碳，二氧化硫，氯氣，氯化氫等1.只有液體時用沸石。2.必要時可用三通玻璃管將蒸餾燒瓶支管與分液漏斗上口相通，以防止蒸餾燒瓶內(nèi)氣體壓力太大。（2）常見氣體的制備、性質(zhì)、用途：氣體制備反應(yīng)原理溶解性特性H2Zn+H2SO4==ZnSO4+H22Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑難溶可燃性、還原性O(shè)22KMnO4(s)K2MnO4+MnO2+O22H2O22H2O+O22KClO3

2KCl+3O2難溶氧化性、供呼吸N2NH4Cl(s)+NaNO2(s)NaCl+N2+2H2O難溶穩(wěn)定、不活潑Cl2MnO2(s)+4HCl(濃)==MnCl2+Cl2+2H2O2KMnO4+16HCl(濃)==2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O可溶黃綠色、氧化性、有毒HCl2NaCl+H2SO4(濃)Na2SO4+2HCl或在濃鹽酸中滴入濃硫酸極易溶酸性、刺激性H2SFeS(s)+2HCl==H2S+FeCl2可溶臭雞蛋味、還原性、劇毒NH32NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)CaCl2+2NH3+2H2O或在堿石灰中滴入濃氨水極易溶易液化、弱堿性、刺激性CH4CH3COONa(s)+NaOH(s)Na2CO3+CH4難溶可燃C2H4CH3CH2OHC2H4+H2O難溶略有甜香氣味C2H2CaC2(s)+2H2OC2H2+Ca(OH)2微溶可燃、加成COHCOOHH2O+CO難溶劇毒、可燃、還原CO2CaCO3(s)+2HCl==CaCl2+CO2+H2O可溶弱酸性、不支持燃燒SO2Na2SO3+H2SO4(濃)==Na2SO4+SO2+H2OCu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2+2H2O易溶漂白性、有毒、刺激性NO3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO+4H2OFe+4HNO3(?。?=Fe(NO3)3+NO+2H2O3Fe+8HNO3(?。?=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O難溶劇毒、易被氧化NO2Cu+4HNO3(濃)==Cu(NO3)2+2NO2+2H2OFe+6HNO3(濃）Fe(NO3)3+3H2O+3NO2Fe+4HNO3(濃）Fe(NO3)2+2H2O+2NO2易溶有毒、氧化性、紅棕色、刺激性3、冷凝回流裝置、冷卻裝置用于氣體發(fā)生裝置上部，冷凝回流易揮發(fā)的反應(yīng)物用于流程中間，冷凝分離易液化的氣體4、凈化裝置與干燥裝置（1）裝置基本類型：洗氣瓶液體除雜劑（不加熱）U形管干燥管固體除雜劑（不加熱）固體除雜劑（加熱）實驗室制備的氣體常常帶有酸霧和水汽，有時需要凈化和干燥。酸霧可用水或物質(zhì)的水溶液除去，然后根據(jù)氣體性質(zhì)選用濃硫酸、無水氯化鈣、堿石灰等吸收水汽。通?？墒褂孟礆馄俊形管或干燥管等儀器進(jìn)行凈化或干燥。液體(如水、濃硫酸等)一般裝在洗氣瓶內(nèi)，無水氯化鈣和堿石灰等固體裝在U形管或干燥管內(nèi)。氣體中如還有其他雜質(zhì)，則應(yīng)根據(jù)具體情況分別用不同的洗滌液或干燥劑進(jìn)行處理。（2）凈化劑的選擇選擇氣體吸收劑應(yīng)根據(jù)氣體的性質(zhì)和雜質(zhì)的性質(zhì)而確定，所選用的吸收劑只能吸收氣體中的雜質(zhì)，而不能與被提純的氣體反應(yīng)。一般情況下：①易溶于水的氣體雜質(zhì)可用水來吸收；②酸性雜質(zhì)可用堿性物質(zhì)吸收；③堿性雜質(zhì)可用酸性物質(zhì)吸收；④水分可用干燥劑來吸收；⑤能與雜質(zhì)反應(yīng)生成沉淀（或可溶物）的物質(zhì)也可作為吸收劑。（3）常用的氣體干燥劑按酸堿性可分為三類：①酸性干燥劑，如濃硫酸、五氧化二磷、硅酸膠體。酸性干燥劑能夠干燥顯酸性或中性的氣體，如CO2、SO2、NO2、HCl、H2、Cl2、O2、CH4等氣體。②堿性干燥劑，如生石灰、堿石灰、固體NaOH。堿性干燥劑可以用來干燥顯堿性或中性的氣體，如NH3、H2、O2、CH4等氣體。③中性干燥劑，如無水氯化鈣等，可以干燥中性、酸性、堿性氣體，如O2、H2、CH4等。（4）凈化與干燥注意事項一般情況下，若采用溶液作除雜試劑，則是先除雜后干燥；若采用加熱除去雜質(zhì)，則是先干燥后加熱。在選用干燥劑時，顯堿性的氣體不能選用酸性干燥劑，顯酸性的氣體不能選用堿性干燥劑。有還原性的氣體不能選用有氧化性的干燥劑，不能用濃H2SO4干燥NH3、H2S、HBr、HI、SO3、C2H4等。能與氣體反應(yīng)的物質(zhì)不能選作干燥劑，如不能用CaCl2來干燥NH3（因生成CaCl2·8NH3）。5、收集裝置根據(jù)氣體的性質(zhì)不同（即在水中的溶解度大小，相對于空氣的密度大?。?，可有三種收集方法。收集方法實驗裝置典型氣體適用氣體注意事項排水集氣法H2、O2、NO、CO、CH4、CH2＝CH2、CH≡CH難溶于水的氣體1.集氣瓶應(yīng)先裝滿水，不能有氣泡。2.停止收集時，應(yīng)先拔出導(dǎo)管或者移走水槽，才能移開燈具。向下排氣法H2、NH3、CH4CH≡CH比空氣輕的氣體1.集氣導(dǎo)管應(yīng)盡量接近集氣瓶底。2.在空氣中易氧化的或密度與空氣接近的氣體不宜用排氣法，如一氧化氮等。向上排氣法Cl2、HCl、CO2、SO2、O2、H2S比空氣重的氣體注意：（1）排氣法集氣時，應(yīng)使氣體導(dǎo)管伸到瓶底。（2）能溶于水且溶解度不大的氣體，可以用排某些飽和溶液的方法收集。如：CO2可用排飽和碳酸氫鈉溶液法收集；Cl2可用排飽和食鹽水法收集。（H2S呢？）（3）Cl2、HCl、H2S、NO2、SO2均有毒，最好用下圖裝置用排氣法收集：a口進(jìn)氣，b口出氣，b口應(yīng)連接尾氣處理裝置，防止有毒氣體排入空氣。（4）用排水法收集滿氣體后，怎樣從水槽中取出集氣瓶？用玻璃片在水面下蓋住集氣瓶口，將玻璃片與集氣瓶一起移出水面，將蓋有玻璃片的集氣瓶放在桌上（考慮氣體密度確定瓶口在上在下）。6、防倒吸裝置（1）將裝置切斷：將有可能產(chǎn)生液體倒吸的系統(tǒng)切斷，以防止液體倒吸，如用排水法收集氣體，當(dāng)實驗結(jié)束時，必須先從水槽中將導(dǎo)管拿出來，然后熄滅酒精燈。（2）設(shè)置防護(hù)裝置①倒立漏斗式：如圖甲所示，這種裝置可以增大氣體與吸收液的接觸面積，有利于吸收液對氣體的吸收。當(dāng)易溶性氣體被吸收液吸收時，導(dǎo)管內(nèi)壓強減少，吸收液上升到漏斗中，由于漏斗容積較大，導(dǎo)致燒杯中液面下降，使漏斗口脫離液面，漏斗中的吸收液受自身重力的作用又流回?zé)績?nèi)，從而防止吸收液的倒吸。②肚容式：如圖乙所示，當(dāng)易溶于吸收液的氣體由干燥管末端進(jìn)入吸收液被吸收后，導(dǎo)氣管內(nèi)壓強減少，使吸收液倒吸進(jìn)入干燥管，吸收液本身質(zhì)量大于干燥管內(nèi)外壓強差，吸收液受自身重量的作用又流回?zé)瓋?nèi)，從而防止吸收液的倒吸。這種裝置與倒立漏斗很類似。③蓄液式：如圖丙所示，當(dāng)吸收液發(fā)生倒吸時，倒吸進(jìn)來的吸收液被預(yù)先設(shè)置的蓄液裝置貯存起來，以防止吸收液進(jìn)入受熱儀器或反應(yīng)容器。這種裝置又稱安全瓶（兩管都要高）。④平衡壓強式：如圖丁所示，為防止反應(yīng)體系中壓強減少，引起吸收液的倒吸，可以在密閉裝置系統(tǒng)中連接一個能與外界相通的裝置，起著自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)外壓強差的作用，防止溶液的倒吸。7、尾氣吸收裝置（1）基本原則對于有毒、有害的氣體尾氣必須點燃或用適當(dāng)?shù)娜芤杭右晕?，使它們變?yōu)闊o毒、無害、無污染的物質(zhì)。如尾氣Cl2、SO2、Br2（蒸氣）等可用NaOH溶液吸收；尾氣H2S可用CuSO4或NaOH溶液吸收；尾氣CO可用點燃法，將它轉(zhuǎn)化為CO2氣體。（2）常用裝置①對于極易溶于水的氣體可用水吸收，用裝置（2）、（3），防止倒吸〖其中裝置（3）用于吸收少量氣體，效果不如（2）好〗，例如HCl、HBr、NH3。②對于溶解速率不快的氣體可用裝置（1），一般使氣體與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被吸收，例如：Cl2、H2S、SO2等可用NaOH溶液吸收。③對于可燃性有毒氣體，可用裝置（4），經(jīng)點燃除掉，例如：CO。也可以用氣囊加以收集。8、氣體體積的測量對于難溶于水且不與水反應(yīng)的氣體，可借助排出水的體積，用量筒或滴定管測定，從而確定氣體的體積。要求量器中的液面與瓶內(nèi)的液面相平。常用的測量裝置如下：9、氣密性的檢驗（1）、基本方法：①受熱法：將裝置只留下1個出口，并先將該出口的導(dǎo)管插入水中，后采用微熱（手捂、熱毛巾捂、酒精燈微熱等），使裝置內(nèi)的氣體膨脹。觀察插入水中的導(dǎo)管是否有氣泡。停止微熱后，導(dǎo)管是否出現(xiàn)水柱。②壓水法：如啟普發(fā)生器氣密性檢查③吹氣法（不常用，略）（2）、基本步驟：①觀察氣體出口數(shù)目，若有多個出口，則通過關(guān)閉止水夾.分液漏斗活塞或用水封等方法，只裝置只剩一個氣體出口。②采用加熱法、水壓法、吹氣法等進(jìn)行檢查③觀察氣泡、水柱等現(xiàn)象得出結(jié)論。注：若連接的儀器很多，應(yīng)分段檢查。（3）、實例【例1】如何檢查圖A裝置的氣密性圖A圖B方法：如圖B將導(dǎo)管出口埋入水中，用手掌或熱毛巾焐容積大的部位，看水中的管口是否有氣泡逸出，過一會兒移開焐的手掌或毛巾，觀察浸入水中的導(dǎo)管末端有無水上升形成水柱。若焐時有氣泡溢出，移開焐的手掌或毛巾，有水柱形成，說明裝置不漏氣?！纠?】請檢查下面裝置的氣密性方法：關(guān)閉分液漏斗活塞，將將導(dǎo)氣管插入燒杯中水中，用酒精燈微熱園底燒瓶，若導(dǎo)管末端產(chǎn)生氣泡，停止微熱，有水柱形成，說明裝置不漏氣?！纠?】啟普發(fā)生器氣密性檢查的方法， 圖A圖B圖C方法：如圖所示。關(guān)閉導(dǎo)氣管活塞，從球形漏斗上口注入水，待球形漏斗下口完全浸沒于水中后，繼續(xù)加入適量水到球形漏斗球體高度約1/2處，做好水位記號靜置幾分鐘，水位下降的說明漏氣，不下降的說明不漏氣?！纠?】檢查下面有長頸漏斗的氣體發(fā)生裝置的氣密性。 方法1：同啟普發(fā)生器?！纛i中形成水柱，靜置數(shù)分鐘頸中液柱不下降，說明氣密性良好，否則說明有漏氣現(xiàn)象。方法2：向?qū)Ч芸诖禋?，漏斗頸端是否有水柱上升用橡皮管夾夾緊橡皮管，靜置片刻，觀察長頸漏斗頸端的水柱是否下落若吹氣時有水柱上升，夾緊橡皮管后水柱不下落，說明氣密性良好?！纠?】檢查圖A所示簡易氣體發(fā)生器的氣密性。圖A圖B方法：關(guān)閉K，把干燥管下端深度浸入水中（圖B所示），使干燥管內(nèi)液體面低于燒杯中水的液面，靜置一段時間，若液面差不變小，表明氣密性良好?！纠?】圖A圖B方法：如圖所示。關(guān)閉導(dǎo)氣管活塞，從U型管的一側(cè)注入水，待U型管兩側(cè)出現(xiàn)較大的高度差為止，靜置幾分鐘，兩側(cè)高度差縮小的說明漏氣，不縮小的說明不漏氣。10、裝置改進(jìn)（1）在固（液）液加熱制氣時，如果氣體產(chǎn)生較快，或所連裝置較多，燒瓶內(nèi)氣壓較高，分液漏斗中的液體可能不易滴下。為使分液漏斗中的液體順利滴下，可設(shè)計如下裝置：（2）在某些制備氣體和反應(yīng)的裝置中，右裝置可防止因后續(xù)裝置堵塞而造成的壓強增大。（3）制乙炔的裝置，可在氣體發(fā)生裝置內(nèi)部導(dǎo)氣管口，放一團(tuán)棉花，以免反應(yīng)產(chǎn)生的石灰乳堵塞導(dǎo)管產(chǎn)生危險。11、拆卸時的安全性和科學(xué)性。（1）對有尾氣吸收裝置的實驗，必須將尾氣導(dǎo)管提出液面后才能熄滅酒精燈，以免造成溶液倒吸；（2）用氫氣還原氧化銅的實驗應(yīng)先熄滅加熱氧化銅的酒精燈，同時繼續(xù)通氫氣，待加熱區(qū)冷卻后才能停止通氫氣，這是為了避免空氣倒吸入加熱區(qū)使銅再被氧化；（3）拆卸用排水法收集需加熱制取氣體的裝置時，需先把導(dǎo)氣管從水槽中取出，才能熄滅酒精燈，以防止水倒吸；（4）拆卸后的儀器要清洗、干燥、歸位。

常見氣體的制取和檢驗

⑴氧氣

檢驗——帶火星木條,復(fù)燃

收集——排水法或向上排氣法

⑵氫氣

制取原理——活潑金屬與弱氧化性酸的置換

裝置——啟普發(fā)生器

檢驗——點燃,淡藍(lán)色火焰,在容器壁上有水珠

收集——排水法或向下排氣法

⑶氯氣

制取原理——強氧化劑氧化含氧化合物

裝置——分液漏斗,圓底燒瓶,加熱

檢驗——能使?jié)駶櫟乃{(lán)色石蕊試紙先變紅后褪色;

除雜質(zhì)——先通入飽和食鹽水(除HCl),再通入濃H2SO4(除水蒸氣)

收集——排飽和食鹽水法或向上排氣法

尾氣回收——Cl2+2NaOH===

NaCl+NaClO+H2O

⑷硫化氫

制取原理——強酸與強堿的復(fù)分解反應(yīng)

裝置——啟普發(fā)生器

檢驗——能使?jié)駶櫟拇姿徙U試紙變黑

除雜質(zhì)——先通入飽和NaHS溶液(除HCl),再通入固體CaCl2(或P2O5)(除水蒸氣)

收集——向上排氣法

尾氣回收——H2S+2NaOH===

Na2S+H2O或H2S+NaOH===

NaHS+H2O

⑸二氧化硫

制取原理——穩(wěn)定性強酸與不穩(wěn)定性弱酸鹽的復(fù)分解

裝置——分液漏斗,圓底燒瓶

檢驗——先通入品紅試液,褪色,后加熱又恢復(fù)原紅色;

除雜質(zhì)——通入濃H2SO4(除水蒸氣)

收集——向上排氣法

尾氣回收——SO2+2NaOH===

Na2SO3+H2O

⑹二氧化碳

制取原理——穩(wěn)定性強酸與不穩(wěn)定性弱酸鹽的復(fù)分解

裝置——啟普發(fā)生器

檢驗——通入澄清石灰水,變渾濁

除雜質(zhì)——通入飽和NaHCO3溶液(除HCl),再通入濃H2SO4(除水蒸氣)

收集——排水法或向上排氣法

⑺氨氣

制取原理——固體銨鹽與固體強堿的復(fù)分解

裝置——略微向下傾斜的大試管,加熱

檢驗——濕潤的紅色石蕊試紙,變藍(lán)

除雜質(zhì)——通入堿石灰(除水蒸氣)

收集——向下排氣法快速制法：將CaO或者Ca(OH)2或者NaOH（皆為固體）加入濃氨水，

加氧化鈣是利用其與水反應(yīng)消耗水且放熱，

加Ca(OH)2或者NaOH利用其溶于水放熱⑻氯化氫

制取原理——高沸點酸與金屬氯化物的復(fù)分解

裝置——分液漏斗,圓底燒瓶,加熱

檢驗——通入AgNO3溶液,產(chǎn)生白色沉淀,再加稀HNO3沉淀