2022中考化學(xué)考前必背03氣體制取和凈化

氣體的制取和凈化一、實(shí)驗(yàn)室制取氣體必備知識(shí)1.發(fā)生裝置實(shí)驗(yàn)室制取氣體，首先要選擇合適的反應(yīng)裝置，選擇依據(jù)是反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件，初中我們所學(xué)的反應(yīng)裝置主要有以上兩類(見圖1和圖2裝置)，圖1裝置適用于反應(yīng)物為固體(不能出現(xiàn)液體)，且需加熱才能發(fā)生的反應(yīng)，圖2裝置適用于反應(yīng)物為液體和固體、液體和液體，但不需加熱就能發(fā)生的反應(yīng)。(1)固固加熱型圖1舉例:實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀或氯酸鉀制氧氣。注意:用高錳酸鉀制氧氣時(shí)，需在試管口塞一團(tuán)棉花，防止高錳酸鉀粉末進(jìn)入導(dǎo)管造成堵塞。(2)固液(或液液)常溫型圖2與圖2原理類似的裝置圖（圖3）圖3舉例:實(shí)驗(yàn)室用大理石或石灰石和稀鹽酸反應(yīng)制CO2;用過氧化氫溶液制O2;用鋅與稀硫酸反應(yīng)制H2。2.收集裝置(1)排空氣法:操作簡(jiǎn)單，收集到的氣體比較干燥，但氣體純度不高。圖4圖5老師支招：無論是向上排空氣法還是向下排空氣法，密度小的氣體一定在上方，密度大的氣體一定在下方！萬變不離其宗！適用范圍(2)排水法:難溶或微溶于水，且不與水反應(yīng)的氣體可用排水法收集，排水法收集的氣體純度較高，但含有一定量的水蒸氣，不干燥。圖6圖7注意:①以高錳酸鉀、氯酸鉀為原料制取氧氣時(shí)，若用排水法收集氣體，收集完后，先撤離導(dǎo)管再熄滅酒精燈;②用排水法收集氣體，收集滿的標(biāo)志是瓶口有大氣泡冒出。4.檢驗(yàn)和驗(yàn)滿圖85.多功能瓶的使用(1)用于洗氣(均長(zhǎng)進(jìn)短出)圖9圖10(2)用于收集氣體圖11二、實(shí)驗(yàn)室制取氧氣和二氧化碳1．氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法(1)反應(yīng)原理①高錳酸鉀固體加熱分解制備：2KMnO4eq\o(=,\s\up7(△))K2MnO4＋MnO2＋O2↑。②常溫下，用過氧化氫溶液和二氧化錳反應(yīng)制備2H2O2eq\o(=,\s\up7(MnO2))2H2O＋O2↑。(2)發(fā)生裝置圖13原理①中反應(yīng)物為固體，且需不斷加熱，一般選用圖13裝置。在本發(fā)生裝置中，為了防止生成的細(xì)小顆粒堵塞導(dǎo)管，在大試管口可放一松軟棉花球，以吸附這些細(xì)微顆粒。加熱時(shí)，一般先均勻加熱整個(gè)試管，后集中于反應(yīng)物固體部位加熱。如果使用排水法收集氣體，當(dāng)停止制氣時(shí)，應(yīng)先從水槽中把導(dǎo)管撤出，然后再撤走酒精燈，以防止(冷)水倒流進(jìn)入氣體發(fā)生裝置中，使(熱)試管破裂。原理②中反應(yīng)物過氧化氫是液體，MnO2是固體，反應(yīng)不需加熱，一般選用圖14中裝置。在本反應(yīng)原理中的兩種反應(yīng)物一般分開放置，其中固體(也可以是液體)放置在平底燒瓶、廣口瓶或錐形瓶等適合反應(yīng)的容器中，另一種液體可放在分液漏斗或長(zhǎng)頸漏斗中。一般氣體發(fā)生裝置只能有一個(gè)導(dǎo)氣口，因此用長(zhǎng)頸漏斗組裝氣體發(fā)生裝置時(shí)，長(zhǎng)頸漏斗下端要伸到液面以下，用液體封住下端口，從而防止氧氣從長(zhǎng)頸漏斗逸出。圖14(3)收集方法因?yàn)檠鯕馐遣蝗苡谒⒚芏缺瓤諝獯蟮臍怏w，實(shí)驗(yàn)室既可以用排水法收集氧氣，也可以用向上排空氣法收集氧氣。當(dāng)然，有時(shí)也可以用氣球、氧氣袋收集。為保證盡可能將集氣瓶中的空氣排凈，用向上排空氣法收集氧氣時(shí)，導(dǎo)管口要插到集氣瓶底部；而用排水法收集氧氣時(shí)，不能一有氣泡產(chǎn)生就收集(開始排出氣體實(shí)為裝置內(nèi)的空氣)，要等到氣泡均勻冒出時(shí)，再開始收集氣體。(4)驗(yàn)滿方法排水法收集氣體時(shí)，直接觀察瓶體中的水是否被排出或瓶口是否有氣泡冒出，即可驗(yàn)滿。用排空氣法收集O2時(shí)，檢驗(yàn)O2收集滿的方法是把帶火星的木條放在集氣瓶口，若復(fù)燃，證明氧氣收集滿了。(5)集氣瓶放置存有氣體的集氣瓶在放置時(shí)，應(yīng)盡量避免氣體因本身慣性而逸出，一般比空氣輕的氣體，容易上升；而密度比空氣重的氣體，容易下降。前者通常將集氣瓶倒放，后者常將集氣瓶正放。2．二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制法(1)反應(yīng)原理：實(shí)驗(yàn)室一般用石灰石(碳酸鈣)和稀鹽酸制備CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2O。一般不能用碳酸鈉代替大理石，碳酸鈉通常是粉末狀態(tài)，和稀鹽酸反應(yīng)時(shí)反應(yīng)速率太快，不宜收集氣體；也不能用濃鹽酸代替稀鹽酸，因?yàn)闈恹}酸易揮發(fā)，收集的CO2氣體中就會(huì)混有較多的HCl氣體，更不能用稀硫酸代替稀鹽酸，因?yàn)樯傻腃aSO4微溶于水，會(huì)覆蓋在大理石表面，阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)然直接用碳酸鈉和稀硫酸是可以連續(xù)產(chǎn)生氣體的，同樣因?yàn)樗俾蔬^快，不宜收集，也不是好的實(shí)驗(yàn)室制備方法。(2)發(fā)生裝置碳酸鈣為塊狀、不溶性固體，鹽酸為液體，常溫下二者即可反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)室一般用圖2中裝置進(jìn)行氣體制備。實(shí)驗(yàn)室制備二氧化碳的經(jīng)典裝置是啟普發(fā)生器，該裝置操作靈活，使用方便，但制作工藝要求高，價(jià)格較高，實(shí)驗(yàn)室一般不再使用此裝置制備氣體。(3)收集方法CO2密度比空氣大、微溶于水，所以一般用向上排空氣法收集，而不用排水法收集。(4)驗(yàn)滿方法將燃著的木條放在集氣瓶口，若木條熄滅，證明CO2已收集滿。(5)集氣瓶放置CO2密度比空氣大，集氣瓶正放，保存效果好。3．氫氣的實(shí)驗(yàn)室制法(1)反應(yīng)原理：實(shí)驗(yàn)室一般用鋅粒和稀硫酸制備Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑說明：a.不能用濃鹽酸制H2，因?yàn)闈恹}酸具有揮發(fā)性，使H2中混有HCl氣體而不純；b.不能用濃硫酸、硝酸制H2，因?yàn)樗鼈兊难趸蕴珡?qiáng)，得不到H2。(2)發(fā)生裝置鋅粒為顆粒狀、不溶性固體，稀硫酸為液體，常溫下二者即可反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)室一般用下列裝置圖中裝置的某種進(jìn)行氣體制備。實(shí)驗(yàn)室制備氫氣的經(jīng)典裝置是啟普發(fā)生器，該裝置操作靈活，使用方便，但制作工藝要求高，價(jià)格較高，實(shí)驗(yàn)室一般不再使用此裝置制備氣體。(3)收集方法H2密度比空氣小、難溶于水，所以既可以用向下排空氣法收集，又可以用排水法收集。(4)驗(yàn)純方法用排水法或向下排空氣法收集一試管氫氣，用拇指堵住試管口，移近火焰，松開拇指，若聽到尖銳的“爆鳴”聲，表明氫氣不純；若聽到輕微的“噗”聲，證明氫氣純凈。(5)集氣瓶放置H2密度比空氣小，集氣瓶倒放，保存效果好。三、氣體的凈化1.氣體的凈化(干燥)裝置氣體的凈化就是除去氣體中含有的其他雜質(zhì)，氣體的干燥是指除去氣體中存在的水蒸氣，二者本質(zhì)是一樣的，一般原理都是選擇恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑，吸收或反應(yīng)消耗雜質(zhì)、水蒸氣，但又不能與該氣體發(fā)生反應(yīng)。像干燥CO2.SO2等酸性氣體時(shí)，不能選用堿石灰、固體燒堿等堿性類試劑，既可選用濃硫酸、五氧化二磷等酸性試劑，也可選用無水氯化鈣、硅膠等中性試劑。凈化或干燥儀器和凈化劑、干燥劑的狀態(tài)有關(guān)，如果是液態(tài)類物質(zhì)，通常用洗氣瓶；如果是固態(tài)類物質(zhì)，可選用干燥管或U形管。(1)常見干燥劑及其干燥對(duì)象、存放儀器常見干燥劑液態(tài)干燥劑固態(tài)干燥劑濃硫酸無水氯化鈣堿石灰存放儀器洗氣瓶球形干燥管U形管可干燥氣體H2.O2.CO2.N2.COH2.O2.CO2.N2.COH2.O2.NH3.N2.CO不可干燥氣體NH3NH3HCl、CO2.Cl2.SO2氣流方向氣體a進(jìn)b出(長(zhǎng)進(jìn)短出)氣體a進(jìn)b出(大進(jìn)小出)(2)常見凈化裝置試劑狀態(tài)液體固態(tài)裝置洗氣瓶雙通硬質(zhì)玻璃管球形干燥管實(shí)例用NaOH溶液除去O2中的CO2灼熱的銅絲除去氮?dú)庵械腛2堿石灰除去氨氣中的水蒸氣或CO2氣流方向長(zhǎng)進(jìn)短出左進(jìn)右出大進(jìn)小出2.制取干燥純凈氣體的基本流程實(shí)驗(yàn)室制備干燥純凈氣體的一般流程：eq\x(發(fā)生裝置)→eq\x(除雜裝置)→eq\x(干燥裝置)→eq\x(收集裝置)→eq\x(尾氣吸收)其中發(fā)生裝置類型由反應(yīng)物狀態(tài)及是否加熱決定；除雜試劑或干燥劑的選擇取決于氣體及其所含雜質(zhì)的性質(zhì)差異，除雜裝置取決于除雜試劑和干燥劑的狀態(tài)；收集裝置取決于氣體本身的性質(zhì)，如氣體溶解性、與空氣的密度差異等；理論上多余氣體都不能直接排放到空氣中去，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)脑噭┤芙饣蚍磻?yīng)吸收，其原理類似于除雜或干燥。按此流程組裝好裝置后，在加入藥品正式制備氣體之前，必須對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行氣密性檢查，有關(guān)氣體實(shí)驗(yàn)的“氣密性檢查”方法詳見第4講。相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室裝置示意圖如下(以實(shí)驗(yàn)室制取Cl2為例)：3．防倒吸裝置在某些實(shí)驗(yàn)中，由于吸收液的倒吸，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生不良影響，如玻璃儀器的破裂、反應(yīng)試劑的污染等。因此，在有關(guān)實(shí)驗(yàn)中必須采取一定的措施防止液體的倒吸。液體為什么會(huì)倒吸呢？主要原因是因內(nèi)部壓強(qiáng)減小，造成外界壓強(qiáng)大于內(nèi)部壓強(qiáng)，把液體壓入內(nèi)部容器。造成內(nèi)部壓強(qiáng)減小的原因主要有兩種：一是在制取氣體的結(jié)束階段，氣體的量逐漸減少，壓強(qiáng)減??；另一種是生成的氣體極易被吸收液吸收(溶解或反應(yīng))，導(dǎo)致內(nèi)部壓強(qiáng)迅速減小。常見的防止倒吸裝置如下表：裝置類型裝置示意圖防倒吸原理裝置組裝要點(diǎn)倒置漏斗式漏斗容積較大，容納水多。當(dāng)水倒吸進(jìn)漏斗后，引起燒杯內(nèi)液面下降，漏斗邊緣與燒杯中水分離后，漏斗中的水又落回?zé)袣庖撼浞纸佑|，吸收效果好。但漏斗邊緣只能剛好沒過液面，不能插入太深，否則不能防倒吸肚容緩沖式干燥管(燒瓶)容積較大，可容納較多的水倒吸其中，當(dāng)干燥管與燒杯中液體分離后，倒吸入其中的液體因重力作用落回?zé)袣庖航佑|，吸收效果好。第1個(gè)裝置中左邊的導(dǎo)管要長(zhǎng)，否則不能防倒吸。和上欄一樣，第2個(gè)裝置中下端不能插入過深隔離式導(dǎo)氣管末端不插入液體中，導(dǎo)氣管與液體呈隔離狀態(tài)，液體自然無法倒吸氣體與液體不接觸