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1、 实验室制取气体的思路: 1知识要点详解在初中化学中,主要应掌握 O2、H2、CO2的实验室制法。可以从制备所需仪器、药品、反应原理、收集方法、实验装置、验满、验纯及操作要点等方面进行比较。通过比较,能够总结和归纳实验室制取气体的思路。即:研究反应原理一根据所选药品的状态和反应条件,选择适当的仪器组成相应的实验装置一根据实验装置的特点,设计合理的实验操作步骤,预测可能的注意事项一根据所制取气体的性质,选择相应的收集、检验、验满及验纯的方法。实验室制取气体及验证其性质的实验,属于基本操作的简单综合实验。通过对比发生装置和收集装置,总结气体的个性及几种气体的共性,提高记忆效果。 2设计装置的依据制
2、取气体的装置分两部分:气体发生装置和气体收集装置。发生装置的选取根据反应条件和反应物的状态而设计,收集装置是根据气体的性质(主要是物理性质)而确定的。确定收集装置的原则气体的收集方法是由该气体的性质,如密度、在水中的溶解性、是否与空气或水反应、是否有毒等决定的。 气体发生装置:“固+固”的反应,简称“固体加热型”,装置如图 A 所示,如用 KMnO4或KClO3和 MnO2制 O2。 “固+液”的反应,简称“固液常温型”,装置如图 B、C、D、E。如用 H2O2和 MnO2制 O2、用锌粒与稀 H2SO4制 H2或用 CaCO3与稀盐酸制 CO2。同 B 装置相比,D 装置具有便于添加液体药品
3、,制取的气体量较多的优点;C 装置不仅添加液体药品方便,而且可通过导管上的开关控制反应的发生和停止;E 装置可通过分液漏斗的活塞控制加入药品的量和速度。 “固+液”的反应的发生装置的其他改进:为了节约药品,方便操作,可设计如下图所示装置,这些装置都可自动控制。当打开弹簧夹时,溶液进入反应器内开始反应;当关闭弹簧夹时,气路不通,反应产生的气体将溶液压出反应器外,液体与同体分离,反应停止。气体收集装置: 收集装置选择条件难溶或微溶于水,与水不发生化学反应的气体。如:H2、 不与空气发生反应,密度比空气密度大的气体。如:不与空气发生反应,密度比空气密度小的气体。如:O2、CH4等O2、 CO2等H2
4、、CH4等说明使用排水法收集的气体较纯净,但缺点是会使收集的气体中禽有水蒸气。当导管口有连续均匀的气泡冒出时才开始收集,当有大量气泡从集气瓶口冒出时,表明气体已收集满。 用向上排空气法收集气体,应注意将导管伸到接近集气瓶瓶底,同时应在瓶口盖上玻璃片,以便尽可能地排尽空气,提高所收集气体的纯度。使用排空气法收集的气体比较十燥,但纯度较低,需要验满(可燃性气体则要注意安全,点燃之前一定要验纯,否则有爆炸危险) 药品的选取和实验方案的设计: (1)可行性:所选取的药品能制得要制取的气体; (2)药品廉价易得; (3)适宜的条件:要求反应条件易达到,便于控制;(4)反应速率适中:反应速率不能太快或太慢
5、,以便于收集或进行实验;(5)气体尽量纯净;(6)注意安全性:操作简便易行,注意防止污染。例如:实验室制取 H2时选用锌粒,而不用镁条、铁片,原因是镁价格贵且反应速率太快而铁反应速率又太慢;酸选用稀硫酸,而不宜用稀盐酸、浓硫酸,因为用稀盐酸制得的H2,因混有 HCl 而不纯,而锌与浓硫酸反应不生成 H2.制 CO2时可选用用石灰石(或大理石)与稀盐酸,而不选用 Na2CO3浓盐酸、稀硫酸,原因是 Na2CO3,反应速率太快,浓盐酸易挥发出 HCl 气体,稀硫酸反应不能进行到底,也不能煅烧石灰石,因为条件不易达到,不呵操作;用 KClO3、过氧化氢制 O2时,要加少量的 MnO2,作催化剂,以加
6、快反应的速率 实验室制取气体的实验操作程序:实验室制取气体存选择好药品、仪器后操作的一般程序:(1)组装仪器:一般按从左到右,从下到上的顺序进行; (2)检查装置气密;(3)装药品:若是固体跟液体反应,一般是是先装入固体再加入液体;(4)准备收集装置:若用排水法收集气体时,应在制取气体之前将集气瓶盛满水;(5)制取气体; (6)收集气体并验满;(7)拆洗仪器。 注意:给同体加热时试管口要略向下倾斜; 用加热 KMnO4或 KClO3(MnO2作催化剂)的方法制取 O2,若用排水法收集,实验完毕时应先把导管移出水槽再移走酒精灯; 固体跟液体反应制取气体时,要注意长颈漏斗末端要插入液面以下进行液封
7、,以防漏气。装置的选取与连接:实验室制取气体的实验往往与气体的净化、气体的干燥综合在一起。气体综合实验的装置选择及连接顺序为: 气体净化的几种方法: (1)吸收法:用吸收剂将杂质气体吸收除去。如除去 CO 中混有的少量 CO2,可先用浓NaOH 溶液吸收 CO2,再用浓硫酸等干燥剂除去水蒸气。常用吸收剂如下表: 吸收剂吸收的气体杂质吸收剂吸收的气体杂质水可溶性的气体:HCl,NH3NaOHCO2,HCl,H2O无水 CuSO4H2O碱石灰CO2,HCl ,H2O灼热的铜网O2NaOHCO2,HCl灼热的 CuOH2,CO浓硫酸H2O (2)转化法:通过化学反血,将杂质气体转化为所要得到的气体:
8、如除去 CO2中的CO,可将混合气体通过足量的灼热 CuO+COCu+CO2气体的干燥:气体的干燥是通过干燥剂来实现的,选择干燥剂要根据气体的性质。一般原则是:酸性干燥剂不能用来干燥碱性气体,碱性干燥剂不能用来干燥酸性气体,干燥装置由干燥剂的状念决定(1)常见的干燥剂 干燥剂名称或化学式酸碱性状态可干燥的气体不可干燥的气体浓 H2SO4酸性液体H2、N2、O2、CO2、HCl、CH4、CONH3固体 NaOH、生石灰,碱石灰(氢氧化钠和生石灰的混合物)碱性固态H2、O2、N2、CH4、CO、NH3等CO2、SO2、HCl无水 CaCl2中性固态除 NH3外的所有气体NH3 (2)干燥装置的选择
9、除杂试剂为液体时,常选用洗气瓶,气体一般是 “长进短出”,如下图 A。 除杂试剂为同体时,常选用干燥管(球形或 u 形),气体一般是“大进小出”,如下图B、C。 需要通过加热与固体试剂发生化学反应除去的气体,常采用硬质玻璃管和酒精灯,如下图 D。装置连接顺序的确定规律: (1)除杂和干燥的先后顺序 若用洗气装置除杂,一般除杂在前,干燥在后。原因:从溶液中出来的气体通常混有水蒸气,干燥在后可将水蒸气完全除去。如除去 CO 中混有的 CO2和水蒸气,应将气体先通过。NaOH 溶液,再通过浓 H2SO4。 若用加热装置除杂,一般是干燥在前,除杂在后。如除去 CO2中混有的 CO 和水蒸气,应将气体先
10、通过浓 H2SO4,再通过灼热的 CuO。 (2)除去多种杂质气体的顺序一般是先除去酸性较强的气体。如 N2 中混有 HCl、H2O(气)、O2时,应先除去 HCl,再除去水,最后除去 O2(用灼热的铜网)。 (3)检验多种气体的先后顺序(一般先验水蒸气):有多种气体需要检验时,应尽量避免前步检验对后步检验的干扰。如被检验的气体中含有 CO2和水蒸气时,应先通过无水CuSO4。检验水蒸气,再通过澄清的石灰水检验 CO2.确定气体收集方法的技巧:(1)排水集气法适用于“不溶于水且小与水反应的气体”,如下图 A。 (2)向上排空气法适用于“密度比空气大且小与空气成分反应的气体”(相对分子质量大于
11、29 的气体),如下图 B。 (3)向下排空气法适用于“密度比空气小且小与空气成分反应的气体”(相对分子质量小于 29 的气体),如下图 C。(4)不能用排空气法收集的气体 气体的密度与空气的密度相近时不能用排空气法收集 当气体与空气中某一成分反应时不能用排空气法收集(5)有毒气体收集方法的确定 有毒,但气体难溶于水时,一般采用排水法收集。如下图 D有毒,但气体叉易溶于水时,则采用带双孔胶塞(一长一短的导气管)的集气瓶利用排空气法收集该气体,但必须接尾气处理装置,以免多余的有毒气体逸散到空气中污染空气,如收集氨气可用图 E。气体制取实验中关于仪器或装置选择题目的解题技巧:(1)需要研究气体实验
12、室制法的化学反应原理; (2)需要研究制取这种气体所应采用的实验装置; (3)需要研究如何证明制得的气体就是要制取的气体。根据给出的仪器或装置进行选取时,应明确制取气体的发生装置主要是两套(同体加热型和固液常温型),依据反应物的状态和反应条件来确定选用哪套发生装置;气体的收集装置主要就是三套(向上排空气法、向下排空气法和排水法),依据气体的性质来确定选用什么样的收集装置。选择仪器时要注意先对实验原理进行判断,然后再根据原理确定装置所需要的仪器。 实验室制取气体的思路图: 实验室制取气体的思路: 1知识要点详解在初中化学中,主要应掌握 O2、H2、CO2的实验室制法。可以从制备所需仪器、药品、反
13、应原理、收集方法、实验装置、验满、验纯及操作要点等方面进行比较。通过比较,能够总结和归纳实验室制取气体的思路。即:研究反应原理一根据所选药品的状态和反应条件,选择适当的仪器组成相应的实验装置一根据实验装置的特点,设计合理的实验操作步骤,预测可能的注意事项一根据所制取气体的性质,选择相应的收集、检验、验满及验纯的方法。实验室制取气体及验证其性质的实验,属于基本操作的简单综合实验。通过对比发生装置和收集装置,总结气体的个性及几种气体的共性,提高记忆效果。 2设计装置的依据制取气体的装置分两部分:气体发生装置和气体收集装置。发生装置的选取根据反应条件和反应物的状态而设计,收集装置是根据气体的性质(主
14、要是物理性质)而确定的。确定收集装置的原则气体的收集方法是由该气体的性质,如密度、在水中的溶解性、是否与空气或水反应、是否有毒等决定的。 气体发生装置:“固+固”的反应,简称“固体加热型”,装置如图 A 所示,如用 KMnO4或KClO3和 MnO2制 O2。 “固+液”的反应,简称“固液常温型”,装置如图 B、C、D、E。如用 H2O2和 MnO2制 O2、用锌粒与稀 H2SO4制 H2或用 CaCO3与稀盐酸制 CO2。同 B 装置相比,D 装置具有便于添加液体药品,制取的气体量较多的优点;C 装置不仅添加液体药品方便,而且可通过导管上的开关控制反应的发生和停止;E 装置可通过分液漏斗的活
15、塞控制加入药品的量和速度。 “固+液”的反应的发生装置的其他改进:为了节约药品,方便操作,可设计如下图所示装置,这些装置都可自动控制。当打开弹簧夹时,溶液进入反应器内开始反应;当关闭弹簧夹时,气路不通,反应产生的气体将溶液压出反应器外,液体与同体分离,反应停止。气体收集装置: 收集装置选择条件难溶或微溶于水,与水不发生化学反应的气体。如:H2、 O2、CH4等不与空气发生反应,密度比空气密度大的气体。如:O2、 CO2等不与空气发生反应,密度比空气密度小的气体。如:H2、CH4等说明使用排水法收集的气体较纯净,但缺点是会使收集的气体中禽有水蒸气。当导管口有连续均匀的气泡冒出时才开始收集,当有大
16、量气泡从集气瓶口冒出时,表明气体已收集满。 用向上排空气法收集气体,应注意将导管伸到接近集气瓶瓶底,同时应在瓶口盖上玻璃片,以便尽可能地排尽空气,提高所收集气体的纯度。使用排空气法收集的气体比较十燥,但纯度较低,需要验满(可燃性气体则要注意安全,点燃之前一定要验纯,否则有爆炸危险) 药品的选取和实验方案的设计: (1)可行性:所选取的药品能制得要制取的气体; (2)药品廉价易得; (3)适宜的条件:要求反应条件易达到,便于控制;(4)反应速率适中:反应速率不能太快或太慢,以便于收集或进行实验;(5)气体尽量纯净;(6)注意安全性:操作简便易行,注意防止污染。例如:实验室制取 H2时选用锌粒,而不用镁条、铁片,原因是镁价格贵且反应速率太快而铁反应速率又太慢;酸选用稀硫酸,而不宜用稀盐酸、浓硫酸,因为用稀盐酸制得的H2,因混有 HCl 而不纯,而锌与浓硫酸反应不生成 H2.制 CO2时可选用用石灰石(或大理石)与稀盐酸,而不选用