高中化學(xué)氣體制取原理及其裝置圖選取

高中化學(xué)氣體制取原理及其裝置圖選取

1、常見氣體的制取步驟

(1)氣體制取裝置：氣體發(fā)生裝置-凈化裝置-干燥裝置-或收集裝置-吸收裝置

(2)氣體性質(zhì)驗證裝置：氣體發(fā)生裝置-凈化裝置-(干燥裝置)-性質(zhì)驗證裝置-吸收裝置

2、氣體發(fā)生裝置

(1)化學(xué)實驗中需用少量氣體時，可以根據(jù)原料和反應(yīng)條件在實驗室中進行制備，常用的制備方法。

制備方法裝置圖適用氣體注意事項

1.試管口略向下傾斜，以免

固體+固氧氣，氮氣，管口冷凝水倒流到灼燒處而

體，加熱氨等使試管炸裂。

2.檢查裝置的氣密性。

1

塊狀不

彳件塑料板1.在用簡易裝置時，如用長頸

溶于水U

漏斗，漏斗頸的下端應(yīng)伸入液

的固體叫

面以下，否則起不到液封的作

固體+液氫氣,二氧化

用；

體，不加熱碳，硫化氫等

溶于水2.溶于水的固體或液體與液

的固體體的混合物反應(yīng)制備氣體不

或液體能用啟普發(fā)生器。

1.只有液體時用沸石。

固體(液11一氧化碳，二2.必要時可用三通玻璃管將

體)+液體，氧化硫，氯蒸儲燒瓶支管與分液漏斗上

加熱氣，氯化氫等口相通，以防止蒸儲燒瓶內(nèi)氣

體壓力太大。

(2)常見氣體的制備、性質(zhì)、用途:

氣體制備反應(yīng)原理溶解性特性

H2Zn+H2SO4==ZnSO4+H2T2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2T難溶可燃性、還原性

02難溶氧化性、供呼吸

2KMnO4(s)—K2MnO4+MnO2+O2T

2H°O,岫。2%0+。弁2KC1O3Mn02KQ+3O#

難溶穩(wěn)定、不活潑

N2NH4Cl(s)+NaNO2(s)=A=NaCl+N2T+2H2O

Cl2MnC)2(s)+4HCl(濃)==MnC12+CLf+2H2O可溶黃綠色、氧化性、有毒

2KM11O4+I6HCI(濃)==2KCl+2MnCh+5CbT+8H2O

HC1極易溶酸性、刺激性

2NaCl+H2so4(濃)=^=Na2SO4+2HClf

或在濃鹽酸中滴入濃硫酸

H2sFeS⑸+2HCl==H2ST+FeCb可溶臭雞蛋味、還原性、劇毒

NH極易溶易液化、弱堿性、刺激性

32NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)=A=caC12+2NH3T+2H2O

或在堿石灰中滴入濃氨水

CH難溶可燃

4CH3COONa(s)+NaOH(s)===Na2CO3+CH4T

C2H4濃H?SO,、人難溶略有甜香氣味

CH3cH20H170c>C2H4T+H2O

C2H2CaC2(s)+2H20fC2H2個+Ca(0H)2微溶可燃、加成

co

HCOOH濃今S%ao+COT難溶劇毒、可燃、還原

CO2CaCO3(s)+2HCl==CaCl2+CO2T+H2O可溶弱酸性、不支持燃燒

SO2Na2sO3+H2so4(濃)==Na2so4+SO2個+H2O易溶漂白性、有毒、刺激性

Cu+2H2so4(濃)&CUSO4+SO2T+2H2。

NO3Cu+8HNC)3(稀)==3CU(NO3)2+2NOT+4H2O難溶劇毒、易被氧化

Fe+4HNO3(稀)==Fe(NO3)3+NOT+2H2O

3Fe+8HNO3(稀)==3Fe(NO3)2+2NOT+4H2O

氣體制備反應(yīng)原理溶解性特性

(濃))。

NO2Cu+4HNO3==Cu(NO32+2NO2T+2H2易溶有毒、氧化性、紅棕色、刺激性

Fe+6HNO3(濃)—Fe(NO3)3+3H2O+3NO2t

Fe+4HNO3(濃)—Fe(NO3)2+2H2O+2NO2T

用于氣體發(fā)生裝置上部，冷凝回流易揮發(fā)的用于流程中間，冷凝分離易液化的氣體

反應(yīng)物

4、凈化裝置與干燥裝置

（1）裝置基本類型：

洗氣瓶U形管干燥管

液體除雜劑（不加熱）固體除雜劑（不加熱）固體除雜劑（加熱）

實驗室制備的氣體常常帶有酸霧和水汽，有時需要凈化和干燥。酸霧可用水或物質(zhì)的水溶液除去，然后根據(jù)氣

體性質(zhì)選用濃硫酸、無水氯化鈣、堿石灰等吸收水汽。通?？墒褂孟礆馄俊形管或干燥管等儀器進行凈化或干燥。

液體（如水、濃硫酸等）一般裝在洗氣瓶內(nèi)，無水氯化鈣和堿石灰等固體裝在u形管或干燥管內(nèi)。氣體中如還有其他

雜質(zhì)，則應(yīng)根據(jù)具體情況分別用不同的洗滌液或干燥劑進行處理。

（2）凈化劑的選擇

選擇氣體吸收劑應(yīng)根據(jù)氣體的性質(zhì)和雜質(zhì)的性質(zhì)而確定，所選用的吸收劑只能吸收氣體中的雜質(zhì)，而不能與被

提純的氣體反應(yīng)。一般情況下：①易溶于水的氣體雜質(zhì)可用水來吸收；②酸性雜質(zhì)可用堿性物質(zhì)吸收；③堿性雜質(zhì)

可用酸性物質(zhì)吸收；④水分可用干燥劑來吸收；⑤能與雜質(zhì)反應(yīng)生成沉淀（或可溶物）的物質(zhì)也可作為吸收劑。

（3）常用的氣體干燥劑按酸堿性可分為三類：

①酸性干燥劑，如濃硫酸、五氧化二磷、硅酸膠體。酸性干燥劑能夠干燥顯酸性或中性的氣體，如CCh、S02、

NO2>HC1、H2、Cl2、。2、CH4等氣體。

②堿性干燥劑，如生石灰、堿石灰、固體NaOH?堿性干燥劑可以用來干燥顯堿性或中性的氣體，如NH3、

氏、。2、CH4等氣體。

③中性干燥劑，如無水氯化鈣等，可以干燥中性、酸性、堿性氣體，如。2、上、CH4等。

（4）凈化與干燥注意事項

一般情況下，若采用溶液作除雜試劑，則是先除雜后干燥；若采用加熱除去雜質(zhì)，則是先干燥后加熱。

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，不能用濃H2s。4干燥NH3、H2S>HBr、HI、SO3、C2H4等。

能與氣體反應(yīng)的物質(zhì)不能選作干燥劑，如不能用CaCb來干燥NH3（因生成CaCl2-8NH3）o

5、收集裝置

根據(jù)氣體的性質(zhì)不同（即在水中的溶解度大小，相對于空氣的密度大?。?，可有三種收集方法。

收集方法實驗裝置典型氣體適用氣體注意事項

H2>。2、NO、1.集氣瓶應(yīng)先裝滿水，不能有氣

CO、CH4、CH難溶于水的泡。

排水集氣法2

氣體.停止收集時，應(yīng)先拔出導(dǎo)管或

=CH2、2

CH三CH者移走水槽，才能移開燈具。

H>NH3、CH

241.集氣導(dǎo)管應(yīng)盡量接近集氣瓶

CH三CH比空氣輕的

向下排氣法底O

氣體

J2.在空氣中易氧化的或密度與

C12、HC1、CO2、空氣接近的氣體不宜用排氣法，

1比空氣重的

向上排氣法SO2、O2、H2s如一氧化氮等。

1氣體

注意：(1)排氣法集氣時，應(yīng)￡電氣體導(dǎo)管伸到瓶底。

(2)能溶于水且溶解度不大的氣體，可以用排某些飽和溶液的方法收集。如：CO2可用排飽和碳酸氫鈉溶液

法收集；CL可用排飽和食鹽水法收集。(H2s呢？)

(3)C12、HC1、H2S>NO2、SO2均有毒，最好用下圖裝置用排氣法收集：

a口進氣，b口出氣，b口應(yīng)連接尾氣處理裝置，防止有毒氣體排入空氣。

(4)用排水法收集滿氣體后，怎樣從水槽中取出集氣瓶？

用玻璃片在水面下蓋住集氣瓶口，將玻璃片與集氣瓶一起移出水面，將蓋有玻璃片的集氣瓶放在桌上(考

慮氣體密度確定瓶口在上在下)。

6、防倒吸裝置

(1)將裝置切斷：

將有可能產(chǎn)生液體倒吸的系統(tǒng)切斷，以防止液體倒吸，如用排水法收集氣體，當實驗結(jié)束時，必須先從水槽中將

導(dǎo)管拿出來，然后熄滅酒精燈。

(2)設(shè)置防護裝置

①倒立漏斗式：如圖甲所示，這種裝置可以增大氣體與吸收液的接觸面積，有利于吸收液對氣體的吸收。當易溶

性氣體被吸收液吸收時，導(dǎo)管內(nèi)壓強減少，吸收液上升到漏斗中，由于漏斗容積較大，導(dǎo)致燒杯中液面下降，

使漏斗口脫離液面，漏斗中的吸收液受自身重力的作用又流回?zé)績?nèi)，從而防止吸收液的倒吸。

②肚容式：如圖乙所示，當易溶于吸收液的氣體由干燥管末端進入吸收液被吸收后，導(dǎo)氣管內(nèi)壓強減少，使吸收

液倒吸進入干燥管，吸收液本身質(zhì)量大于干燥管內(nèi)外壓強差，吸收液受自身重量的作用又流回?zé)瓋?nèi)，從而防

止吸收液的倒吸。這種裝置與倒立漏斗很類似。

③蓄液式：如圖丙所示，當吸收液發(fā)生倒吸時，倒吸進來的吸收液被預(yù)先設(shè)置的蓄液裝置貯存起來，以防止吸收

液進入受熱儀器或反應(yīng)容器。這種裝置又稱安全瓶(兩管都要高)。

④平衡壓強式：如圖丁所示，為防止反應(yīng)體系中壓強減少，引起吸收液的倒吸，可以在密閉裝置系統(tǒng)中連接一個

能與外界相通的裝置，起著自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)外壓強差的作用，防止溶液的倒吸。

7、尾氣吸收裝置

(1)基本原則

對于有毒、有害的氣體尾氣必須點燃或用適當?shù)娜芤杭右晕?，使它們變?yōu)闊o毒、無害、無污染的物質(zhì)。如

尾氣C12、SO2、Br2(蒸氣)等可用NaOH溶液吸收；尾氣H2s可用CuSCU或NaOH溶液吸收；尾氣CO可用點

燃法，將它轉(zhuǎn)化為CO2氣體。

(2)常用裝置

(1)(2)(3)(4)

①對于極易溶于水的氣體可用水吸收，用裝置(2)、(3),防止倒吸K其中裝置(3)用于吸收少量氣體，效果不如

(2)好》例如HC1、HBr、NH3。

②對于溶解速率不快的氣體可用裝置(1),一般使氣體與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被吸收，例如：C12、H2S、S02等

可用NaOH溶液吸收。

③對于可燃性有毒氣體，可用裝置(4),經(jīng)點燃除掉，例如：COo也可以用氣囊加以收集。

8、氣體體積的測量

對于難溶于水且不與水反應(yīng)的氣體，可借助排出水的體積，用量筒或滴定管測定，從而確定氣體的體積。要求

量器中的液面與瓶內(nèi)的液面相平。

常用的測量裝置如下：

9、氣密性的檢驗

(1)、基本方法：

①受熱法：將裝置只留下1個出口，并先將該出口的導(dǎo)管插入水中，后采用微熱(手捂、熱毛巾捂、酒精燈微熱

等)，使裝置內(nèi)的氣體膨脹。觀察插入水中的導(dǎo)管是否有氣泡。停止微熱后，導(dǎo)管是否出現(xiàn)水柱。

②壓水法：如啟普發(fā)生器氣密性檢查

③吹氣法(不常用，略)

(2)、基本步驟：

①觀察氣體出口數(shù)目，若有多個出口，則通過關(guān)閉止水夾.分液漏斗活塞或用水封等方法，只裝置只剩一個氣體出口。

②采用加熱法、水壓法、吹氣法等進行檢查

③觀察氣泡、水柱等現(xiàn)象得出結(jié)論。

注：若連接的儀器很多，應(yīng)分段檢查。

(3)、實例

【例11如何檢查圖A裝置的氣密性

方法：如圖B將導(dǎo)管出口埋入水中，用手掌或熱毛巾焙容積大的部位，看水中的管口是否有氣泡逸出，過一

會兒移開焙的手掌或毛巾，觀察浸入水中的導(dǎo)管末端有無水上升形成水柱。若焙時有氣泡溢出，移開焙的手掌或毛

巾，有水柱形成，說明裝置不漏氣。

【例2】請檢查下面裝置的氣密性

方法：關(guān)閉分液漏斗活塞，將將導(dǎo)氣管插入燒杯中水中，用酒精燈微熱園底燒瓶，若導(dǎo)管末端產(chǎn)生氣泡，停止

微熱，有水柱形成，說明裝置不漏氣。

【例3】啟普發(fā)生器氣密性檢查的方法，

圖A圖B圖C

方法：如圖所示。關(guān)閉導(dǎo)氣管活塞，從球形漏斗上口注入水，待球形漏斗下口完全浸沒于水中后，繼續(xù)加入適量水

到球形漏斗球體高度約1/2處，做好水位記號靜置幾分鐘，水位下降的說明漏氣，不下降的說明不漏氣。

【例4】檢查下面有長頸漏斗的氣體發(fā)生裝置的氣密性。

收氣

方法1:同啟普發(fā)生器。…若頸中形成水柱，靜置數(shù)分鐘頸中液柱不下降，說明氣密性良好，否則說明有漏氣現(xiàn)象。

方法2：向?qū)Ч芸诖禋?，漏斗頸端是否有水柱上升用橡皮管夾夾緊橡皮管，靜置片刻，觀察長頸漏斗頸端的水柱是

否下落若吹氣時有水柱上升，夾緊橡皮管后水柱不下落，說明氣密性良好。

【例5］檢查圖A所示簡易氣體發(fā)生器的氣密性。

方法：關(guān)閉K,把干燥管下端瘩度浸入水中(圖B所示)，使干燥管內(nèi)液體面低于燒杯中水的液面，靜置一段時間,

若液面差不變小，表明氣密性良好。

【例6】

圖A圖B

方法：如圖所示。關(guān)閉導(dǎo)氣管活塞，從U型管的一側(cè)注入水，待U型管兩側(cè)出現(xiàn)較大的高度差為止，靜置幾分鐘,

兩側(cè)高度差縮小的說明漏氣，不縮小的說明不漏氣。

10、裝置改進

(1)在固(液)液加熱制氣時，如果氣體產(chǎn)生較快，或所連裝置較多,

燒瓶內(nèi)氣壓較高，分液漏斗中的液體可能不易滴下。

為使分液漏斗中的液體順利滴下，可設(shè)計如下裝置：

(2)在某些制備氣體和反應(yīng)的裝置中，右裝置可防止因后續(xù)裝置堵塞而造成的壓強增大。

(3)制乙煥的裝置，可在氣體發(fā)生裝置內(nèi)部導(dǎo)氣管口，放一團棉花，以免反應(yīng)產(chǎn)生的石灰乳堵塞導(dǎo)管產(chǎn)生危險。

11、拆卸時的安全性和科學(xué)性。

(1)對有尾氣吸收裝置的實驗，必須將尾氣導(dǎo)管提出液面后才能熄滅酒精燈，以免造成溶液倒吸；

(2)用氫氣還原氧化銅的實驗應(yīng)先熄滅加熱氧化銅的酒精燈，同時繼續(xù)通氫氣，待加熱區(qū)冷卻后才能停止通氫氣,

這是為了避免空氣倒吸入加熱區(qū)使銅再被氧化；

(3)拆卸用排水法收集需加熱制取氣體的裝置時，需先把導(dǎo)氣管從水槽中取出，才能熄滅酒精燈，以防止水倒吸;

(4)拆卸后的儀器要清洗、干燥、歸位。

常見氣體的制取和檢驗

⑴氧氣

檢驗一一帶火星木條，復(fù)燃

收集一一排水法或向上排氣法

⑵氫氣

制取原理一一活潑金屬與弱氧化性酸的置換

裝置一一啟普發(fā)生器

檢驗一一點燃，淡藍色火焰，在容器壁上有水珠

收集一一排水法或向下排氣法

⑶氯氣

制取原理一一強氧化劑氧化含氧化合物

裝置一一分液漏斗，圓底燒瓶，加熱

檢驗一一能使?jié)駶櫟乃{色石蕊試紙先變紅后褪色；

除雜質(zhì)——先通入飽和食鹽水（除HC1）,再通入濃H2so4（除水蒸氣）

收集一一排飽和食鹽水法或向上排氣法

尾氣回收——C12+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O

⑷硫化氫

制取原理一一強酸與強堿的復(fù)分解反應(yīng)

裝置一一啟普發(fā)生器

檢驗一一能使?jié)駶櫟拇姿徙U試紙變黑

除雜質(zhì)——先通入飽和NaHS溶液（除HC1）,再通入固體CaCk（或P?05）（除水蒸氣）

收集一一向上排氣法

尾氣回收——H2s+2NaOH===Na2S+H2O或H2S+NaOH===NaHS+H2O

⑸二氧化硫

制取原理一一穩(wěn)定性強酸與不穩(wěn)定性弱酸鹽的復(fù)分解

裝置一一分液漏斗，圓底燒瓶

檢驗一一先通入品紅試液，褪色，后加熱又恢復(fù)原紅色；

除雜質(zhì)——通入濃H2SO4（除水蒸氣）