化學(xué)實驗基本操作之氣體的實驗室制備

1、化學(xué)實驗差不多操作之氣體的實驗室制備（一）、氣體發(fā)生裝置的類型依照反應(yīng)原理、反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)所需條件等因素來選擇反應(yīng)裝置。1固體或固體混合物加熱制備氣體，可用實驗室制備氧氣的裝置。如右圖所示，可制備的氣體有O2、NH3、CH4等。該實驗裝置要注意：（l）試管口應(yīng)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。（2）鐵夾應(yīng)夾在距試管口 l/3處。（3）膠塞上的導(dǎo)管伸入試管里面不能太長，否則會阻礙氣體的導(dǎo)出。2塊狀固體與液體的混合物在常溫下反應(yīng)制備氣體可用啟普發(fā)生器制備，當(dāng)制取氣體的量不多時，也可采納簡易裝置，如右圖。可制備氣體有：H2、CO2、H2S等。實驗時要注意：在用簡易裝置時

2、，如用長頸漏斗，漏斗頸的下口應(yīng)伸入液面以下，否則起不到液封的作用；加入的液體反應(yīng)物（如酸）要適當(dāng)。3固體與液體或液體與液體的混合物加熱制備氣體，可用實驗室制備氯氣的裝置，如右圖所示?？芍苽涞臍怏w有：Cl2、HCl、CH2=CH2等。實驗時要注意：先把固體藥品加入燒瓶，然后加入液體藥品。要正確使用分液漏斗。（二）、幾種氣體制備的反應(yīng)原理1、O2 2KClO32KCl+3O2 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2 2H2O22H2O+O22、NH3 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3+2H2O NH3H2ONH3+H2O3、CH4 CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH44

3、、H2 Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H25、CO2 CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O6、H2S FeS+H2SO4(稀)=FeSO4+H2S7、SO2 Na2SO4+H2SO4(濃)=Na2SO4+SO2+H2O8、NO2 Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O9、NO 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O10、C2H2 CaC2+2H2OCa(OH)2+CHCH11、Cl2 MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2+2H2O12、HCl NaCl(固)+H2SO4(濃)NaHSO4+HCl NaCl(固)+NaHSO4

4、Na2SO4+HCl2NaCl(固)+H2SO4(濃)Na2SO4+2HCl13、C2H4 C2H5OHCH2=CH2+H2O14、N2 NaNO2+NH4ClNaCl+N2+2H2O（了解）（三）、氣體的收集1排水集氣法 難溶或微溶于水，與水不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，都可用排水集氣法收集。例如H2、O2、NO、CO、CH4、CH2CH2、CHCH等。用排水集氣法收集氣體時，導(dǎo)管口只能伸入集氣瓶內(nèi)少許。2排空氣集氣法 不與空氣發(fā)生反應(yīng)，且其密度與空氣密度相差較大的氣體，都可用排空氣集氣法收集?？諝獾钠骄搅渴?9，式量大于29的氣體如Cl2、HCl、CO2、SO2、H2S氣體可用瓶口向上的排空氣法

5、收集。如式量小于29的氣體，如H2、NH3、CH4可用瓶口向下的排空氣取氣法收集。用排空氣法收集氣體時，導(dǎo)管一定要伸入集氣瓶底部，把空氣盡量排出。為減少空氣向瓶內(nèi)擴(kuò)散，集氣瓶口可蓋上毛玻璃片。如用試管收集時，可在試管口輕輕塞上一小團(tuán)疏松的棉花。(四)、氣體的凈化與干燥1氣體的凈化與干燥裝置氣體的凈化常用洗氣瓶、干燥管。如圖所示。2氣體的凈化選擇氣體汲取劑應(yīng)依照氣體的性質(zhì)和雜質(zhì)的性質(zhì)而確定，所選用的汲取劑只能汲取氣體中的雜質(zhì)，而不能與被提純的氣體反應(yīng)。 一般情況下：易溶于水的氣體雜質(zhì)可用水來汲??；酸性雜質(zhì)可用堿性物質(zhì)汲?。粔A性雜質(zhì)可用酸性物質(zhì)汲??；水分可用干燥劑來汲??；能與雜質(zhì)反應(yīng)生成沉淀（或可

6、溶物）的物質(zhì)也可作為汲取劑。3氣體干燥劑常用的氣體干燥劑按酸堿性可分為三類：酸性干燥劑，如濃硫酸、五氧化二磷、硅膠。酸性干燥劑能夠干燥顯酸性或中性的氣體，如CO2、SO2、NO2、HCI、H2、Cl2 、O2、CH4等氣體。堿性干燥劑，如生石灰、堿石灰、固體NaOH。堿性干燥劑能夠用來干燥顯堿性或中性的氣體，如NH3、H2、O2、CH4等氣體。中性干燥劑，如無水氯化鈣等，能夠干燥中性、酸性、堿性氣體，如O2、H2、CH4等。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。能與氣體反應(yīng)的物質(zhì)不能選作干燥劑，如不能用CaCI2

7、來干燥NH3（因生成 CaCl28NH3），不能用濃 H2SO4干燥 NH3、H2S、HBr、HI等。4氣體凈化與干燥注意事項一般情況下，若采納溶液作除雜試劑，則是先除雜后干燥；若采納加熱除去雜質(zhì)，則是先干燥后加熱。關(guān)于有毒、有害的氣體尾氣必須用適當(dāng)?shù)娜芤杭右约橙。ɑ螯c燃），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溶液汲??；尾氣H2S可用CuSO4或NaOH溶液汲??；尾氣CO可用點燃法，將它轉(zhuǎn)化為CO2氣體。典型例題例1下列反應(yīng)適用于實驗室制氫氣的是（ ）。（1994年全國高考題）鋅與稀硫酸反應(yīng)甲烷熱分解電解稀硫酸赤熱的炭與水蒸氣反應(yīng) A.只有 B

8、. C. D. 分析與解答：實驗室里制備氣體要操作簡單，容易分離，經(jīng)濟(jì)實惠，切實可行。甲烷在高溫下才能分解成 H2和 C，實驗室里難辦到。赤熱的炭和水蒸氣反應(yīng)生成 CO和 H2，既難反應(yīng)，又難分離，難以在實驗里實現(xiàn)?？捎娩\和稀硫酸反應(yīng)、電解稀硫酸的方法制取氫氣。選C。例2在右圖所示裝置中，燒瓶中充滿干燥的氣體a，將滴管中的b液體擠入燒瓶內(nèi)，輕輕振蕩燒瓶，然后打開彈簧夾，燒杯中的液體b呈噴泉狀噴出，最終幾乎充滿燒瓶，則a和b分不是（ ）。（1995年全國高考題）選項a（干燥氣體）b（液體）ANO2水BCO24molL1NaOHCCl2飽和食鹽水DNH31molL1HCl分析與解答：本題為信息遷移

9、題，將已學(xué)習(xí)的HCl、NH3溶于水的噴泉實驗進(jìn)行知識遷移，既要形成噴泉實驗，又要液體充滿燒瓶，這是本題的特點。有關(guān)化學(xué)反應(yīng)為： 3NO2H2O=2HNO3NO，CO22NaOH=Na2CO3H2O， NH3HCI=NH4Cl。本題答案為B、D。例3將1體積選項中的一種氣體與10體積O2混合后，依次通過盛有足量濃NaOH溶液的洗氣瓶和盛有足量灼熱銅屑的管子（假設(shè)反應(yīng)都進(jìn)行完全），最后得到的尾氣能夠是（ ）。A.Cl2 B.CO C.CO2 D.N2 (1996年全國高考題)分析與解答：本題將選項中的物質(zhì)作為可選擇的反應(yīng)物，又要推出反應(yīng)后的最終產(chǎn)物可能是選項中的何物。解題時應(yīng)用選項中的四種氣體，分

10、不進(jìn)行上述實驗，如將B選項中的CO進(jìn)行實驗：CO、O2都不與NaOH溶液反應(yīng)，O2與Cu反應(yīng)生成CuO，CuO又與CO反應(yīng)，生成CO2，尾氣為CO2。同理D選項的N2進(jìn)行實驗，尾氣為N2。正確答案為C、D。例4今有下列氣體：H2、Cl2、CH4、HCl、NH3、NO、H2S、SO2，用右圖裝置進(jìn)行實驗，填寫下列空白： 當(dāng)燒瓶干燥時，從A口進(jìn)氣可收集的氣體是 ，從B口進(jìn)氣可收集的氣體是 。當(dāng)燒瓶中充滿水時可用來測量 等氣體的體積。當(dāng)燒瓶中裝入洗液，用于洗氣時，氣體應(yīng)從 口進(jìn)入燒瓶。分析與解答：（1）本題考查學(xué)生思維的敏捷性。用排空氣法來收集氣體要注意氣體的密度。由于H2、CH4、NH3的密度比空

11、氣小，不與空氣發(fā)生反應(yīng)，可用向下排空氣的方法來收集，結(jié)合本題干燥燒瓶的位置特征，H2、CH4、NH3應(yīng)從A口進(jìn)氣，把空氣從B口趕出。Cl2、HCl、H2S、SO2氣體的密度比空氣大，與空氣不發(fā)生反應(yīng)，應(yīng)從 B口進(jìn)氣，將空氣從A口趕出。NO能與空氣中的O2反應(yīng)，不能用排空氣法收集。（2）關(guān)于難溶于水的氣體可用排水取氣法收集；能夠用來收集、測量的氣體有H2、CH4、NO。（3）當(dāng)燒瓶中裝有洗液時，被凈化、干燥的氣體應(yīng)從B口進(jìn)入。例5（1）在沒有現(xiàn)成的CO2氣體發(fā)生器的情況下，請你選用下圖中的部分儀器，裝配成一個簡易的、能隨開隨用、隨關(guān)隨停的CO2氣體發(fā)生裝置。應(yīng)選用的儀器是（填入儀器的編號） 。（

12、2）若用上述裝置制取CO2氣體，而實驗室只有稀硫酸、濃硝酸、水、塊狀純堿、塊狀大理石，比較合理的方案應(yīng)選用的藥品是 。 分析與解答：（1992年上海市高考題）本題要求組裝一個隨開隨用、隨關(guān)隨停的CO2發(fā)生裝置。即利用啟普發(fā)生器的原理來制備CO2氣體。細(xì)心觀看所給儀器，可用球形干燥管來代替啟普發(fā)生器的球形漏斗，燒杯代替反應(yīng)容器，應(yīng)選用的儀器是a、c、d、e。大理石與稀硫酸反應(yīng)生成了微溶于水的CaSO4，阻礙了反應(yīng)的進(jìn)行，因而不能同時選用這兩種藥品。又因為塊狀 Na2CO3晶體溶于水，不能用啟普發(fā)生器來制備 CO2。只能將濃硝酸加水稀釋為稀硝酸，再與CaCO3反應(yīng)制備CO2。應(yīng)選用的藥品是濃硝酸、

13、水、塊狀大理石。例6用示意圖中的簡易裝置能夠進(jìn)行氣體的發(fā)生和收集：（l）實驗前應(yīng)如何檢查該裝置的氣密性？（2）拔開試管 a的橡皮塞，加入10mL 6mol/L稀硝酸和1g薄銅片，立立即帶有導(dǎo)管的橡皮塞塞緊試管口。反應(yīng)開始時速度緩慢，逐漸加快，請寫出在試管a中所發(fā)生的所有反應(yīng)的化學(xué)方程式 ， （3）從反應(yīng)開始到反應(yīng)結(jié)束，預(yù)期在試管a中可觀看到哪些現(xiàn)象？請依次逐一寫出。（4）在反應(yīng)開始時，可觀看到導(dǎo)管b中的水面先沿導(dǎo)管b慢慢上升到一定高度，此后又回落，然后有氣泡從管口冒出。試講明反應(yīng)開始時，導(dǎo)管中水面先上升的緣故：（5）試管c收集滿氣體后，用拇指堵住管口，取出水槽。將管口向上，松開拇指，片刻后，再次堵住管口，將試管又再倒置于水槽中，松開拇指?，F(xiàn)在可觀看到什么現(xiàn)象？（97年試測題）分析與解答：解題時的思維要點是：檢驗裝置的氣密性要抓住三點：緊握試管使管內(nèi)氣體受熱膨脹；有氣泡冒出；松開手后，水又回到導(dǎo)管中。銅與稀硝酸反應(yīng)生成無色難溶于水的NO，它立即被空氣中的氧氣所氧化生成紅棕色的二氧化氮氣體，NO2易溶于水，與水反應(yīng)生成硝酸，并使實驗裝置內(nèi)的氣體壓強(qiáng)臨時減小，引起水的倒流。本題的正確答案為：（1）把導(dǎo)管b的下端浸入水中，用手緊握捂熱試管a，導(dǎo)管口會有氣泡冒出，松開手后，水又會回升到導(dǎo)管b中。（2）3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+