高中常见气体制备

1高中常见气体的制备1．常见气体的实验室制法中学化学实验中，应该学会氯气、氯化氢、氧气、硫化氢、二氧化硫、氨气、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、氢气、甲烷、乙烯、乙炔等气体的实验室制法。应该掌握的具体内容主要有：会选择适宜的反应物，并能熟练地书写有关气体生成的化学方程式；根据反应物的状态和反应条件等因素，选择适宜的气体发生装置，能判断装置图的正误，会组装气体发生装置；根据气体的密度、在水中的溶解性等性质，选择适宜的集气方法与装置；根据所制气体的性质，会用简便的方法检验或验满。（一）气体的制备思路，可从下面几个方面来归纳：反应原理气体发生装置除杂提纯干燥收集检验尾气处理（二）组装仪器：自下而上，从左到右；气体净化：先净气装置，后干燥装置；（三）操作顺序：1．检验装置的气密性；2．装药品进行实验操作；3．记录实验现象、数据；1、气体制取装置：A.B.C.D.固/液体+液体（不加热）固/液体+液体(加热)固体+固体(加热)适用于收集不跟空气发生反应且密度比空气小的气体（装置见图C）;（装置D中B管进A管出）2、气体干燥装置（1）气体干燥装置的基本类型和气体流动方向：盛装干燥剂状态液体干燥剂固体干燥剂装置示意图洗气瓶气体流动方向长管进气，短管出气U形干燥管，进气和出气没有区别；球形干燥管应该大口进气，小口出气（在干燥管的进出气口都要塞一团棉花，防止干燥剂流动）注意事项：21、固体干燥剂颗粒大小要适当，颗粒太大气体和干燥剂接触面小，不利于干燥效果不好；颗粒太小，气体不易通过，容易堵塞，一般以黄豆粒大小为宜。2、液体干燥剂用量要适当，并控制好通入气体的速度，为了防止发生倒吸，在洗气瓶与反应容器之间应连接安全瓶。（2）、气体的分类1、根据酸碱性，酸性气体：CO2、SO2、NO2、HCl、Cl2、H2S、HBr、HI等碱性气体：只有NH3中性气体：H2、O2、CH4、CO、CH2=CH2、C2H2、N2等2、根据常温氧化还原性强弱，强还原性气体：H2S、HBr、HI、SO2等一般性气体：H2、O2、CH4等（3）、气体干燥剂的类型及选择1、常用气体干燥剂按酸碱性可分为三类：①酸性干燥剂，如浓硫酸、五氧化二磷、硅胶。酸性干燥剂能够干燥酸性或中性的气体，如CO2、SO2、NO2、HCl、H2、Cl2、O2、CH4等气体。②碱性干燥剂，如生石灰、碱石灰、固体NaOH。碱性干燥剂可以用来干燥碱性或中性的气体，如NH3、H2、O2、CH4等气体。③中性干燥剂，如无水氯化钙、无水硫酸铜等，可以干燥中性、酸性、碱性气体，如O2、H2、CH4等。3、气体收集装置：A.B.C.D.排水法向上排空气法向下排空气法长进短出(向上)短进长出(向下)（1）排水集气法适用于收集不溶于水或微溶于水且不与水发生反应的气体。收集的气体纯度高，易判断是否集满。（装置见图A）（2）向上排空气集气法适用于收集不跟空气发生反应且密度比空气大的气体（装置见图B）;(装置D中A管进B管出)（3）向下排空气集气法4、尾气处理装置3一、燃烧法原理：对于CO等气体，由于它不溶于水，也不溶于酸或碱溶液，因此可以将其点燃生成无毒气体CO2。二、收集法原理：对于CO、NO等气体，由于不溶于酸或碱溶液，当其量较少时，可以将其先收集在气球里。注意：收集到气球中的这些气体不能排到空气中，必须做进一步的化学处理。三、吸收法原理：这是使用得最普遍的尾气吸收装置，这类装置具有吸收效率高，操作简便等特点。根据气体的性质不同，吸收剂可以选用固体或液体两种。A、固体吸收剂SO2等气体的处理，干燥管内可以盛装碱石灰等颗粒固体吸收剂；B、液体吸收剂如果使用液体吸收剂，往往会引起液体的倒吸。因此，根据尾气在吸收液中溶解度的差异，这类装置又可分为以下三种。①直接吸收式：可用于吸收在吸收液中溶解度不大的气体，如Cl2等气体。②隔离式：用于吸收易溶于水的少量气体，如NH3、HCl等气体，可有效防止倒吸，但如果气体的量较大，则会有气体逸出而污染环境。③倒立漏斗式：该装置可以增大气体与吸收液的接触面积，有利于吸收液对气体的吸收。当易溶性气体（HCl、NH3、HBr等）被吸收液吸收时，导管内压强减少，吸收液上升到漏斗中，由于漏斗容积较大，导致烧杯内液面下降，使漏斗口脱离液面，漏斗中液体受自身重力作用又流回烧杯中，从而防止液体的倒吸。防倒吸装置图如下：5、装置气密性检查方法一.原理：使装置内与外界产生压强差，再通过液面的变化或有无气泡产生来判断装置的气密性。4二.基本方法1.加热法：通过升高温度增大内部压强。2.注水法：通过注入水缩小气体体积增大压强。3.充气或抽气法：通过增加或减少装置内气体的量增大或减小压强。（一）加热法将导管插入水中，用手掌（热毛巾）焐烧瓶（试管），若导管口有气泡冒出，冷却后会行成一段水柱，说明装置气密性良好。关闭分液漏斗活塞，将导气管插入烧杯中水中，用酒精灯微热烧瓶，若导管末端产生气泡，停止微热，有水柱形成，说明装置不漏气。（二）注水法关闭弹簧夹，往长颈漏斗加水，使长颈漏斗液面高于试管液面，形成液面差，放置一段时间液面差不变，则装置气密性良好。5关闭分液漏斗活塞m和活关闭弹簧夹a，打开分液漏斗用止水夹夹紧橡皮管，塞n，向量气管内注入水，活塞b，一段时间后若分液往锥形瓶中加入水，一使量气管内液面高于干漏斗中的水不能顺利滴下，段时间后当分液漏斗中燥管液面，形成液面差，说明装置气密性良好。的水不能顺利滴下时，放置一段时间液面差不说明装置气密性良好。变，则装置气密性良好（三）充气法和抽气法充气法：连接注射器，当缓缓推动活塞时，如果长颈漏斗内液面上升，说明气密性良好。抽气法：连接注射器，当缓缓拉动活塞时，如果长颈漏斗下端有气泡冒出说明气密性良好。5、量气方法及装置方法一：排出液体测量气体体积原理：一般排出的液体是H2O，所量气体应是不溶或难溶于H2O的。有时也可根据气体特性排出其他液体，如Cl2排饱和NaCl溶液。装置：量气管6量气管读数注意事项：①冷却至室温才开始读数②读数前使量气管左右液面相平③眼睛视线与液面最低处相平方法二：直接测量原理：利用产生的气体将注射器活塞向后推，由注射器上的刻度得出气体体积。装置：实验室制氧气方法一：常用氯酸钾(二氧化锰作催化剂)受热分解来制氧气。2KClO32KCl+3O2↑方法二：高锰酸钾受热分解来制取氧气2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑注意事项：（1）：用高锰酸钾或氯酸钾制取氧气，靠近试管口的地方“放一团棉花”目的：防止加热时高锰酸钾粉末进入试管而堵塞试管，及防止污染制取的气体和水槽中的水。（2）：试管口略向下倾斜目的：防止冷凝水倒流，使灼热的试管炸裂。（3）：给试管加热时，先用酒精灯火焰的外焰在试管下方来回移动，使试管受热均匀，然后用酒精灯外焰再集中加热放药品的部位。目的：防止试管受热不均匀，引起的试管破裂（4）：当气泡连续均匀放出时，把导气管伸入盛满水的集气瓶里，开始收集氧气。目的：刚排出的是空气，气泡连续均匀放出时收集的氧气才是纯净的氧气。（5）：气体收集完毕，应先把导气管从水中取出，再撤去酒精灯。目的：防止水槽中的水倒流，使灼热的试管炸裂。（6）：检查装置的气密性的方法将导管的一端浸入水槽中，用手紧握试管外壁，若水中导管口有气泡冒出，证明装置不漏气。松开手后，导管口出现一段水柱。（7）：导气管伸入发生装置内要稍露出橡皮塞目的：有利于产生的气体排出。（8）：水排完后，应用玻璃片盖住瓶口，小心地移出水槽，把集气瓶正放在桌面上目的：氧气的密度比空气大，防止气体逸出。方法三：过氧化氢(H2O2)在二氧化锰催化下分解，也可作为实验室制氧气的一种简便方法。72H2O22H2O+O2↑该装置的优点：可以控制反应的开始与结束，可以随时添加液体注意事项(1):导管只需略微伸入试管塞:目的:有利于气体的收集(2):为什麽用分液漏斗?目的:能控制液体流入的速率,也能防止生成的气体逸出到空气中.(3):分液漏斗可以用长颈漏斗代替，但其下端应该伸入液面以下，目的:防止生成的气体从长颈漏斗中逸出；(4):气密性检查方法：把止水夹关闭，打开分液漏斗活塞，向漏斗中加入水，水面不持续下降，就说明气密性良好。(5):装药品时，先装固体后装液体(6):MnO2的作用:MnO2在该反应中是催化剂，起催化作用,能加快过氧化氢分解的速率.方法四：氧气的工业制取工业制取氧气是根据空气中（主要指氧气与氮气）个组成成分的沸点不同，采用分离液态空气的方法制取。氮气的沸点比氧气略低，分离液态空气时，首先分离出来的是氮气，剩余的主要是氧气。二：氧气的收集法1：排水收集法原因：氧气不易溶于水。2：向上排气收集法原理：氧气的密度比空气大。3：氧气的检验（证明集气瓶中收集的气体是氧气）：用带火星的木条伸入集气瓶内，发现木条复燃，说明是氧气；4:氧气的验满（证明集气瓶中已经收集满氧气）：用带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已满。三：氧气的用途（性质决定用途，用途反映性质）1：供给呼吸2：支持燃烧8实验室制氢气一、实验室制取原理：活泼金属与弱氧化性酸的置换，常用锌跟盐酸或稀硫酸反应制氢气。制取方程式：Zn+H2SO4(稀)ZnSO4+H2↑；Zn+2HClZnCl2+H2↑还可以利用启普发生器制取氢气启普发生器由三部分组成。上面一部分是球形漏斗，下面一部分是玻璃球和玻璃半球所组成的容器，第三部分是带旋钮的导气管。装料前，先检查各接缝处的气密性。方法是关住旋钮，由漏斗处注入水后，在液面处划一记号，若数分钟内液面不下降，说明气密性好；若下降，可涂凡士林密封。之后在球形漏斗颈适当位置用玻璃丝编绕数圈，以阻止锌粒下落。将容器侧身由上口或侧口处加入用CuSO4液浸泡过的锌粒，再将漏斗插入，用玻璃棒将玻璃丝拨至容器细颈处后，将发生器放直，安上导气管，打开旋钮，由上口加入稀硫酸(V浓H2SO4∶VH2O=1∶4给启普发生器中加水至将金属锌全部淹没处，倒水后量水的体积，这就是稀硫酸的体积。）至淹没锌粒处关上旋钮，固、液体分离，稀硫酸液面升至漏斗处。打开旋钮，用排水法收集一试管H2，管口向下移近火焰，放开拇指，如有尖锐的爆鸣声，证明氢气不纯，要继续收集并检验，直至只发出轻微的“噗”声为止，此时H2已纯，可以使用。注意事项：1.制取氢气选用的金属一般是锌和铁,凡是金属活动性在氢气前面的金属，都可用来制取氢气。2.制取氢气的酸溶液一般选用稀硫酸和稀盐酸。浓硫酸和浓、稀硝酸因氧化性太强，与金属反应不会产生氢气。3.因氢气密度小于空气密度，所以本实验必须采用向下排空气法或排水取气法94.用排空气法收集气体时，玻璃导管必须伸到容器底部，否则不能将空气排尽，收集不到纯净的气体。二、工业生产氢气工业上生产纯氢及将含氢气体提纯的主要方法有以下几种：①电解法：将水电解得氢气和氧气。氯碱工业电解食盐溶液制取氯气、烧碱时也副产氢气。电解法能得到纯氢，但耗电量很高,每生产氢气1m3，耗电量达21.6～25.2MJ。②烃类裂解法：此法得到的裂解气含大量氢气，其含量视原料性质及裂解条件的不同而异。裂解气深冷分离得到纯度90％的氢气，可作为工业用氢，如作为石油化工中催化加氢的原料。③烃类蒸汽转化法：烃类在高温和催化剂存在下，可与水蒸气作用制成含氢的合成气。为了从合成气中得到纯氢，可采用分子筛通过变压吸附除去其他气体；也可采用膜分离得到纯氢；用金属钯吸附氢气，可分离出氢气体积达金属的1000倍。④炼厂气：石油炼厂生产过程中产生的各种含氢气体，如催化裂化、催化重整、石油焦化等过程产生的含氢气体，以及焦炉煤气(含氢45％～60％)经过深冷分离，可得纯度较高的工业氢气。检验：在制气装置的出口处点燃氢气（事先检查纯度，以确保安全）,淡蓝色火焰,在容器壁上有水珠收集：排水法或向下排气法实验室制氯气制取原理：常用氧化剂(二氧化锰或高锰酸钾)跟浓盐酸反应制氯气。制取方程式一：MnO2+4HClMnCl2+2H2O+Cl2↑装置：分液漏斗,圆底烧瓶,加热制取方程式二：2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑装置：高锰酸钾和盐酸反应可在