專題講座3 氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集

專題講座三氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集1氣體制備實(shí)驗(yàn)的基本過(guò)程(1)氣體制備實(shí)驗(yàn)裝置一般包含以下幾部分(2)氣體制備的一般實(shí)驗(yàn)操作步驟組裝(從下到上，從左到右)；檢驗(yàn)裝置的氣密性；加入藥品；排盡裝置內(nèi)的空氣；驗(yàn)純；反應(yīng)；拆除裝置。2氣體發(fā)生裝置依據(jù)制備氣體所需的反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)條件，可將制備氣體的發(fā)生裝置分為三類：(1)固體固體氣體發(fā)生裝置：制備氣體：O2、NH3、CH4等注意事項(xiàng)：試管口應(yīng)稍向下傾斜，以防止產(chǎn)生的水蒸氣在試管口冷凝后倒流，而使試管破裂。鐵夾應(yīng)夾在距試管口1/3處。固體藥品應(yīng)平鋪在試管底部。膠塞上的導(dǎo)管伸入試管內(nèi)不能過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)影響氣體導(dǎo)出。如用排水集氣法收集氣體，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，防止水倒吸。(2)固體液體或液體液體氣體發(fā)生裝置：制備氣體：Cl2、C2H4等注意事項(xiàng)：燒瓶應(yīng)固定在鐵架臺(tái)上。先把固體藥品放入燒瓶中，再緩緩加入液體。分液漏斗應(yīng)蓋上蓋，注意蓋上的凹槽對(duì)準(zhǔn)分液漏斗頸部的小孔。對(duì)燒瓶加熱時(shí)要墊上石棉網(wǎng)。(3)固體液體(不加熱)氣體發(fā)生裝置：制備氣體：H2、CO2、NO2、SO2、NO等注意事項(xiàng)：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(shí)，也可采用簡(jiǎn)易裝置。簡(jiǎn)易裝置中長(zhǎng)頸漏斗的下口應(yīng)伸入液面以下，否則起不到液封作用而無(wú)法使用。加入塊狀固體藥品的大小要適宜。加入液體的量要適當(dāng)。最初使用時(shí)應(yīng)待容器內(nèi)原有的空氣排凈后，再收集氣體。在導(dǎo)管口點(diǎn)燃?xì)錃饣蚱渌扇夹詺怏w時(shí)，必須先檢驗(yàn)純度。3氣體的除雜方法除雜試劑選擇的依據(jù)：主體氣體和雜質(zhì)氣體性質(zhì)上的差異，如溶解性、酸堿性、氧化性、還原性、可燃性。除雜原則：(1)不損失主體氣體，(2)不引入新的雜質(zhì)氣體，(3)在密閉裝置內(nèi)進(jìn)行，(4)先除易除的氣體。一般可從以下幾個(gè)方面考慮：易溶于水的雜質(zhì)可用水吸收；酸性雜質(zhì)可用堿性物質(zhì)吸收；堿性雜質(zhì)可用酸性物質(zhì)吸收；水分可用干燥劑吸收；能與雜質(zhì)反應(yīng)生成沉淀或可溶性的物質(zhì)，也可用作吸收劑。【例1】為下列各組氣體選擇合適的除雜試劑(括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì)氣體)(1)含有HCl雜質(zhì)的氣體CO2(HCl)：_；SO2(HCl)：_；Cl2(HCl)：_。(2)中性氣體中含有酸性雜質(zhì)氣體O2(Cl2)：_；CO(CO2)：_；NO(NO2)：_。(3)酸性氣體中含有其他酸性雜質(zhì)氣體CO2(SO2)：_。(4)含有O2雜質(zhì)的氣體CO2(O2)：_；N2(O2)：_。(5)HCl(Cl2)：_。答案(1)飽和NaHCO3溶液飽和NaHSO3溶液飽和食鹽水(2)NaOH溶液NaOH溶液H2O(3)飽和NaHCO3溶液或酸性高錳酸鉀溶液(4)灼熱Cu灼熱Cu(5)CCl44氣體凈化與干燥的先后順序(1)若采用溶液除雜，應(yīng)該是除雜在前，干燥在后。其原因是：氣體除雜過(guò)程中會(huì)從溶液中帶入水蒸氣，干燥劑可除去水蒸氣。如實(shí)驗(yàn)室中利用大理石與稀鹽酸反應(yīng)制備CO2，欲制得干燥、純凈的CO2，可先將產(chǎn)生的氣體通過(guò)飽和NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl氣體，再通過(guò)濃硫酸除去水蒸氣。(2)若采用加熱除雜，則一般是干燥在前。如N2中混有O2、CO2、H2O(g)，可先將混合氣體通過(guò)堿石灰，除去CO2和H2O(g)，再將從干燥管中導(dǎo)出的氣體通過(guò)裝有灼熱銅網(wǎng)的硬質(zhì)玻璃管，除去O2，即可得到干燥、純凈的N2。若將混合氣體先通過(guò)灼熱的銅網(wǎng)，因氣體中混有水蒸氣，易使硬質(zhì)玻璃管破裂?！纠?】為制備干燥、純凈的CO2，將大理石和鹽酸反應(yīng)生成的氣體先后通過(guò)裝有下列物質(zhì)的兩個(gè)吸收裝置，兩個(gè)裝置中應(yīng)依次裝入()飽和NaHCO3溶液；無(wú)水CaCl2固體飽和NaHCO3溶液；濃硫酸濃硫酸；飽和NaHCO3溶液飽和Na2CO3溶液；稀硫酸A B C D解析用大理石和鹽酸反應(yīng)制得的CO2中，含有少量HCl，可用飽和NaHCO3溶液除去；干燥CO2可用濃硫酸或無(wú)水CaCl2固體作干燥劑。注意：應(yīng)先凈化，后干燥。答案A5氣體的干燥(1)選用干燥劑應(yīng)根據(jù)氣體的性質(zhì)和干燥劑的性質(zhì)而定，其原則是干燥劑只能吸收氣體中的水分，而不能與氣體發(fā)生反應(yīng)。酸性干燥劑，如濃H2SO4、P2O5、硅膠等。一般用來(lái)干燥酸性或中性氣體，而不能用來(lái)干燥堿性氣體。思考：下列氣體中不能被濃H2SO4干燥的是哪些？為什么？NH3、H2、CO、H2S、SO2、Cl2、CO2答案NH3因?yàn)轱@堿性而不能被濃H2SO4干燥，H2S因?yàn)橛袕?qiáng)還原性而不能被濃H2SO4干燥。堿性干燥劑，如生石灰、固體NaOH、堿石灰等。堿性干燥劑不能干燥酸性氣體，如堿石灰不能干燥Cl2、CO2、HCl等。中性干燥劑，如無(wú)水CaCl2。無(wú)水CaCl2呈中性，對(duì)各類氣體一般均可干燥，但NH3能與其發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而不能使用，其反應(yīng)方程式為CaCl28NH3=CaCl28NH3。(2)氣體干燥凈化裝置類型液態(tài)干燥劑固態(tài)干燥劑固態(tài)干燥劑固體，加熱裝置常見干燥劑濃H2SO4(酸性、強(qiáng)氧化性)無(wú)水氯化鈣(中性)堿石灰(堿性)除雜試劑Cu、CuO、Mg當(dāng)CO2中混有O2雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)選用上述中的裝置除O2，除雜試劑是Cu粉或Mg粉。6氣體的收集收集方法收集氣體的類型收集裝置可收集的氣體(舉例)排水法難溶于水或微溶于水，又不與水反應(yīng)的氣體O2、H2、Cl2(飽和NaCl溶液)、NO、CO2(飽和NaHCO3溶液)、CO排空氣法向上排空氣法密度大于空氣Cl2、SO2、NO2、CO2向下排空氣法密度小于空氣H2、NH37尾氣的吸收(1)用水吸收的是HCl、NH3(注意防倒吸)。(2)用燒堿溶液吸收的是Cl2、SO2、NO2、H2S等。(3)用燃燒的酒精燈點(diǎn)燃可除去的是CO。1下列制備和收集氣體的實(shí)驗(yàn)裝置合理的是()答案D2如圖裝置，將溶液A逐滴加入固體B中，下列敘述正確的是()A若A為濃鹽酸，B為MnO2，C中盛品紅溶液，則C中溶液褪色B若A為醋酸，B為貝殼，C中盛過(guò)量澄清石灰水，則C中溶液變渾濁C若A為濃氨水，B為生石灰，C中盛AlCl3溶液，則C中先產(chǎn)生白色沉淀后沉淀又溶解D若A為濃硫酸，B為Na2SO3固體，C中盛石蕊試液，則C中溶液先變紅后褪色答案B解析濃鹽酸和MnO2在加熱時(shí)才能反應(yīng)，A錯(cuò)；Al(OH)3不能溶于弱堿(氨水)，C錯(cuò)；SO2只能使紫色石蕊試液變紅，D錯(cuò)。3有關(guān)圖示裝置的敘述不正確的是()A裝置可用于吸收實(shí)驗(yàn)中多余的SO2B裝置可用于收集H2、NH3、Cl2、NO2等C裝置中X為苯，可用于吸收氨氣或氯化氫D裝置可用于收集NH3，并吸收多余的NH3答案C解析SO2和NaOH溶液會(huì)發(fā)生反應(yīng)，故用NaOH溶液吸收SO2可以防止污染，A選項(xiàng)正確；裝置中如果氣體從長(zhǎng)導(dǎo)管通入，只能收集密度比空氣大且不能與空氣中的成分發(fā)生反應(yīng)的氣體，此時(shí)可以收集Cl2、NO2等；如果從短導(dǎo)管通入，只能收集密度比空氣小且不能與空氣中的成分發(fā)生反應(yīng)的氣體，此時(shí)可以收集H2、NH3等，B選項(xiàng)正確；裝置中如果X為苯，因?yàn)楸降拿芏缺人男。时綉?yīng)該在上層，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；裝置中先用盛有堿石灰的干燥管除去氨氣中的水蒸氣，然后用排空氣法收集NH3，最后用防倒吸的裝置吸收多余的NH3，故D選項(xiàng)正確。4表中a、b、c表示相應(yīng)儀器中加入的試劑，可用如圖所示裝置制取、凈化、收集的氣體是()編號(hào)氣體abcANH3濃氨水生石灰堿石灰BSO270%濃H2SO4Na2SO3固體98%濃H2SO4CNO稀HNO3銅屑H2ODNO2濃HNO3銅屑NaOH溶液答案B解析選項(xiàng)A，因NH3的密度比空氣的小，不能用圖示裝置收集；選項(xiàng)B，Na2SO3與濃硫酸反應(yīng)生成SO2，SO2中所含的H2O雜質(zhì)用98%濃H2SO4除去，收集裝置合理；選項(xiàng)C，不能用圖示裝置收集NO；選項(xiàng)D，NO2被NaOH溶液吸收，收集不到NO2。5某課外活動(dòng)小組用圖中的儀器和藥品組裝一套實(shí)驗(yàn)裝置制取干燥的CO，用CO還原Fe2O3粉末制取還原鐵粉。(制取CO的原理為H2C2O4CO2COH2O)序號(hào)儀器及藥品序號(hào)儀器及藥品ABCDE(1)如果所制氣體流向?yàn)閺淖笙蛴視r(shí)，上述組裝的實(shí)驗(yàn)裝置從左向右的連接順序(填儀器序號(hào))是_。(2)正確的操作第一步應(yīng)是_；最后一步應(yīng)是熄滅_處的酒精燈。(3)裝置B的作用是_；裝置E的作用是_。答案(1)AECDB(2)連接好裝置并檢查裝置的氣密性A(3)檢驗(yàn)D中生成的CO2除去CO中的CO2解析(1)先通過(guò)裝置A制備CO，但其中含有CO2雜質(zhì)，可用裝置E中的NaOH溶液除去，然后用濃硫酸除去CO中的水蒸氣，干燥純凈的CO在裝置D中還原氧化鐵，最后用裝置B中的澄清石灰水檢驗(yàn)D中生成的CO2。(2)氣體制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中必須檢查裝置的氣密性。對(duì)于A、D兩處的酒精燈，應(yīng)最后撤掉A處的酒精燈，防止還原出的Fe再被氧化，并防止出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象。(3)裝置B中盛裝澄清石灰水，檢驗(yàn)D中生成的二氧化碳?xì)怏w；裝置E中盛裝的NaOH溶液用來(lái)除去CO中的二氧化碳。 7