实验室制气体

实验室制气体

一般流程：

高中常见气体制备： H 2

CO 2、CO 、CH 4、C 2H 4、C 2H 2 NH 3、NO 、NO 2 O 2

H 2S 、SO 2 Cl 2、HCl

一、气体反应原理 1、H 2

Zn+2HCl=ZnCl 2+H 2↑ 2、CO 2

CaCO 3+2HCl=CaCl 2+H 2O+CO 2↑

不用浓盐酸——会产生大量的HCl 杂质

不用稀硫酸——CaSO 4微溶，会覆盖在碳酸钙的表面上，阻止反应进一步进行。 3、CO HCOOH

CO↑+ H 2O

HCOOH 的酸酐是OHC —O —CHO,脱水时，要脱能发生电离的H 。 HOOC —COOH CO 2↑+ CO↑+ H 2O

4、CH 4

CH 3-COONa+NaOH ??→

??CaO CH 4↑+Na 2CO 3

5、C 2H 4 CH 3CH 2OH

浓硫酸 170℃

CH 2＝CH 2↑＋H 2O

6、C 2H 2

CaC 2+2H 2O →Ca (OH)2+ C 2H 2↑ (不能用启普发生器) 7、NH 3

Ca(OH)2 + 2NH 4Cl

?CaCl 2 + 2NH 3↑ + 2H 2O

（不用NaOH ，因其在加热时对玻璃腐蚀较大） 铵盐与碱共热放出氨气

NH 3·H 2O

?NH 3↑ + H 2O

8、NO

3Cu + 8HNO 3(稀)＝3Cu(NO 3)2+ 2NO↑ + 4H 2O 9、NO 2

Cu + 4HNO 3(浓)＝Cu(NO 3)2 + 2NO 2↑ + 2H 2O 10、O 2

O 2的实验室制法： 固固混合物加热分解法

① 2KMnO 4　

?K 2MnO 4+ MnO 2+ O 2↑

② 2KClO 2

32

223MnO KClO KCl O ?

=+↑2KCl+3O 2↑ 固液不加热法

① 2Na 2O 2+2H 2O ==4NaOH+ O 2↑ ②2H 2O 2

2

MnO 2H 2O+O 2↑

11、H 2S

FeS+H 2SO 4(稀)= H 2S ↑ + FeSO 4 FeS+2HCl(稀)= H 2S↑ + FeCl 2

不能用氧化性的酸：浓H 2SO 4、HNO 3 12、SO 2

Na 2SO 3+H 2SO 4(浓)

　

? Na 2SO 4+ SO 2↑+H 2O （微热）

Na 2S 2O 3+2HCl(稀)= SO 2↑+S↓+ H 2O+2NaCl

13、Cl 2

4HCl(浓)+MnO 2　

?MnCl 2+Cl 2↑+2H 2O

下面不常用： KClO 3+6HCl(浓)

　

?3Cl 2↑+KCl+3H 2O

2KMnO 4+16HCl(浓)==2KCl+2MnCl 2+5Cl 2↑+8H 2O 14、HCl

H 2SO 4(浓)+ NaCl

?NaHSO 4+ HCl↑

二、气体发生装置

根据反应物的聚集状态和反应发生的条件（是否加热），一般有三套装置：

1、固体＋固体 ?↑ 如：O

2、CH 4、NH

3、

2、固体＋液体?→?

↑ 如： H 2、CO 2、H 2S 、NO 2、C 2H 2

简易启普发生器

启普发生器装置简介：

工作原理（以用稀硫酸和锌粒制取氢气为例） 打开活塞，容器内压强与外界大气压 相同，球形漏斗内的稀硫酸在重力作用下 流到容器中，与锌粒接触，产生氢气；关 上活塞后，由于酸液继续与锌粒接触，氢 气依然生成，此时容器内部压强大于外界 大气压，压力将酸液压回球形漏斗，使酸

液与锌粒脱离接触，反应自行停止。使用启普发生器制取氢气十分方便，可以及时控制反的发生或停止。

使用注意事项：H 2、CO 2、H 2S

(1)块状固体与液体反应，反应不用加热且放热不多； (2) 块状固体不易溶；

(3)生成气体在水中的溶解度不大。

3、固体＋液体?→?

△

↑ 如：Cl 2、HCl 、SO 2、CO 、NO 、C 2H 2

三、净化装置

一般情况下，若采用溶液作除杂试剂，则是先除杂后干燥；若采用加热除去杂质，则是先干燥后加热。

1、除杂(一般为长进短出)

可用于除去N 2O 4(NO 2)，用冰水

注：同一种装置采用不同的操作方法，有不同的用途

(1)从A 口进气，从B 口排出瓶内的空气，可收集O 2、Cl 2等比空气重的气体 (2)从B 口进气，从A 口排出瓶内的空气，可收集H 2、NH 3等比空气轻的气体。 (3)在瓶内充满水，从B 口进气，将瓶内水从A 口压出，可作为排水取气装置。 (4)在瓶内加入适量液态净化剂，从A 口进气，B 口出气，可作为气体净化装置。 (5)瓶内加入适量浓硫酸，从A 口进气，B 口出气，可作为气体干燥装置。 2、干燥

干燥剂：一般分为酸性干燥剂，中性干燥剂和碱性干燥剂三种。

酸性干燥剂：浓H 2SO 4、硅胶、P 2O 5等，用于干燥酸性或中性气体，如：CO 2、SO 2、NO 2、

干燥管 U 型管

HCI、H2、Cl2、O2、CH4等，其中浓硫酸不能干燥硫化氢、溴化氢、碘化氢

的强还原性的酸性气体；

中性干燥剂：无水硫酸铜、氯化钙，一般气体都能干燥，如O2、H2、CH4等，但氯化不能干燥氨气；

碱性干燥剂：碱石灰（CaO与NaOH的混合物）、生石灰（CaO）、NaOH固体，用于干燥中性或碱性气体，如NH3、H2、O2、CH4等。

注：一般的说，酸性干燥剂不能干燥碱性气体，可以干燥酸性气体及中性气体；碱性干燥剂不能干燥酸性气体，可以干燥碱性气体及中性气体；中性干燥剂可以干燥各种气体。但这只是从酸碱反应这一角度来考虑，同时还应考虑到规律之外的一些特殊性，如气体与干燥剂之间若发生了氧化还原反应，或生成络合物，加合物等，就不能用这种干燥剂来干燥该气体了。例如：

①不能用浓硫酸干燥H2S、HBr、HI等还原性气体，因为二者会发生氧化还原反应，

如：H2S+ H2SO4(浓)=2H2O+SO2↑+S↓

②不能用无水硫酸铜干燥H2S气体，二者会反应：CuSO4+H2S = H2SO4+CuS↓

③不能用无水硫酸铜干燥NH3，二者可发生反应生成络合物：CuSO4+NH3=[Cu(N H3)4]SO4

④不能用无水CaCl2干燥NH3，二者会发生络合反应，生成一些

CaCl2+4NH3=CaCl2·4NH3

CaCl2+8NH3=CaCl2·8NH3

气体的净化，如：

①CO2

除杂质——通入饱和NaHCO3溶液(除HCl),再通入浓H2SO4 (除水蒸气)

②C2H4

除杂质——通入NaOH溶液(除SO2, CO2),通入浓硫酸(除水蒸气)

③C2H2

除杂质——通入硫酸铜溶液(除H2S,PH3),通入浓硫酸(除水蒸气)

④NH3

通入碱石灰(除水蒸气)

⑤H2S

先通入饱和NaHS溶液(除HCl),再通入固体CaCl2(或P2O5)(除水蒸气)

⑥SO2

通入浓H2SO4 (除水蒸气)

⑦Cl2

先通入饱和食盐水(除HCl),再通入浓H2SO4(除水蒸气)

⑧HCl

除杂质——通入浓硫酸(除水蒸气)

四、收集装置：根据气体的密度以及在溶液(一般是水)中的溶解度选择，分为向上排空气法、向下排空气法和排溶液(水)法

重的气体收集难溶或微溶于水的气体

收集比空气轻的气体

五、气体的检验 1、H2 检验——混合空气点燃，有爆鸣声(有爆鸣声的不一定就是氢气)，生成物只有水

或点燃,淡蓝色火焰,在容器壁上有水珠

2、CO 2

检验——通入澄清石灰水,变浑浊 3、CO

检验——燃烧,蓝色火焰,无水珠,产生气体能使澄清石灰水变浑浊 4、CH 4

检验——可燃，生成H 2O 和CO 2，不使KMnO 4溶液和溴水褪色 5、C 2H 4

可燃——生成H 2O 和CO 2，使KMnO 4溶液和溴水褪色 6、C 2H 2

检验——①无色气体,能燃烧,产生明亮的火焰,并冒出浓的黑烟 ②使KMnO 4溶液褪色

③使溴水褪色

7、NH 3

检验——湿润的红色石蕊试纸,变蓝

或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近，冒白烟 8、NO

检验——无色气体,暴露于空气中立即变红棕色 9、NO 2

检验——红棕色气体,通入AgNO3溶液颜色变浅,但无沉淀生成 10、O 2

检验——带火星木条,复燃 11、H 2S

检验——能使湿润的醋酸铅试纸变黑 12、SO 2

检验——先通入品红试液,褪色,后加热又恢复原红色 13、Cl 2

检验——能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色; 能使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝 14、HCl

检验——通入AgNO3溶液,产生白色沉淀,再加稀HNO3沉淀不溶 或用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，冒白烟

收集密度比 收集密度比 收集难溶或微溶 空气大的气体 空气小的气体 与水的气体

六、尾气处理

对于有毒、有害的气体尾气必须用适当的溶液加以吸收（或点燃），使它们变为无毒、无害、无污染的物质。

1、酸性气体：H2S、SO

2、Cl2、Br2（蒸气）等，一般用碱液吸收

2、碱性气体：NH3，一般用水或酸液吸收(高中一般为NH3)

3、可燃且难以吸收的气体：CO点燃气体将它转化为CO2气体。

4、少量有毒气体：CO,可用小气球收集等

1、Cl2

尾气处理——Cl2+2NaOH=== NaCl+NaClO+H2O

2、H2S

尾气处理——H2S+2NaOH=== Na2S+H2O

或H2S+NaOH=== NaHS+H2O

H2S+CuSO4=CuS↓(黑色)+H2SO4

3、SO2

尾气处理——SO2+2NaOH=== Na2SO3+H2O

4、NO、NO2

尾气处理——3NO2+ H2O ===2HNO3+NO

NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O

2NO2+2NaOH====NaNO3+NaNO2+H2O

七、防止倒吸装置(安全装置)

1、隔离式

2、倒置式

3、安全瓶式

附

一、量气装置

标准装置：

变化装置：

B D B C

二、气密性检查

明确：气密性检查是在仪器连接好之后，填加药品之前进行的。

1、升温法：

升高体系温度，压强增大，插入液体的导管口产生气泡；冷却，压强减小，导管倒吸入一段水柱，则气密性良好。

注意：

升温法依据的是热胀冷缩原理，必须保证装置中所有出口都被封闭，使内部形成一个流畅的封闭体系。

2、注水法：

你认为该法的依据是什么？操作的关键是什么？

依据：气体被水压缩。

关键：先保证成封闭体系。

定义：留一个口向装置中注入水，使装置中气体体积减小，压强增大，如果气密性良好，则会保持液面差以维持增大的压强。

总结：

升温法：加热，气体对导管末端水产生作用。

注水法：加水，水对内部气体产生作用。

例如：

1、下图所示：实验前应如何检查该装置的气密性？

把导管伸入水槽的液面下，手握住试管，过会儿看到导管口有气泡冒出，松开手导管中形成一段水柱，则证明气密性良好。

2、下图为实验室制备氯气的装置，

如何检查其气密性？

关闭分液漏斗的活塞，烧杯中装入水，导管伸到液面以下，加热烧瓶，导管中有气泡冒出，冷却后有水回流，则气密性良好。

3、如右图所示：是一种仅适用于室温下随制随停的气体发生装置。

（1）请用自己的语言解释，该装置如何作到了随制随停？

关闭弹簧夹，试管中继续产生气体，使试管内压强增大，溶液被压入长颈

漏斗，固体与溶液脱离，停止反应；打开弹簧夹，溶液落下与固体接触，

又开始反应。

（2）怎样检查该装置的气密性

关闭弹簧夹，向长颈漏斗中注入水，直到长颈漏斗中液面不再下降，长颈

漏斗中液面与试管中液面差保持不变，则装置的气密性良好。

4、下图是某课外小组设计的实验室制一氧化氮装置。该装置可证明铜跟

稀硝酸在受热条件下生成无色的一氧化氮。

实验开始前如何检查气密性？

（1）关闭分液漏斗，从长管注水压缩短管内气体，观察长管液面是否稳定。

（2）在U型管右端口连接胶管利用升温法检验。

5、如下图所示为制取氯气的实验装置：

盛放药品前，怎样检验此装置的气密性?

6、如下装置，如何检查其气密性？

气密性检验归纳：

如整套仪器有多个出口与大气相通，用夹子或塞子进行分隔后逐个检查，或只留一个出口整体检查。

无论装置的具体情况如何，装置有多少个管口，气密性的检查时，都必需确保管口至少有一个用水进行液封，其余的管口要用弹簧夹夹紧，或关上活塞开关，使之能构成一个内部通畅的密闭体系。

三、仪器的组装和连接

连接原则：先总体后细节，自下后上，自左后右。

1、装置的排列顺序：按气流方向确定仪器的连接顺序。

一般遵循：气体发生→除杂干燥→主体实验→尾气处理

注意：（1）除杂和干燥的顺序

若采用溶液除杂，则干燥在后；

若采用加热除杂，则干燥在前（因气体中混有水蒸气，易引起燃烧管破裂，也易干扰反应）。（2）尾气处理

有毒气体常采用溶液吸收或将气体点燃

2、接口连接顺序：

按装置的排列顺序再进行接口连接设计，导管的伸向及长短是连接的关键。

吸收装置：长进短出

量气装置：短进长出

干燥装置：大进小出

多种除杂装置：逐一、有序、互不干扰

思考：

从下图中选择仪器，可以组装几种气体的发生装置？

三、常见气体的净化装置：

如图(1)、(2)、(3)用固体物质除去气体杂质（包括水蒸气）。 如图(4)用液体物质除去气体杂质（包括水蒸气）。 回忆并画出常见的防倒吸装置？

常见的尾气处理装置

固体和液体不需加热反应制备气体如（氢气、CO 2) 固体与固加热

固体与液体加热制备气体。

注意装置的灵活运用。

例如：讨论下图装置有哪些用途？并说出具体的操作。

1.收集气体

排空气法收集，气体由B进A出，可收集哪些气体?由A进B出，可收集哪些气体?

由B进A出收集密度小于空气的气体，如H2、NH3。由A进B出收集密度大于空气的气体，如：O2、CO2、NO2。

排水法收集气体时，气体流向如何?

气体由B进入，将水排出。

若将瓶内装满液体与量器配合作量气装置，气体流向如何?气体应具备什么性质？

2.洗气

用作洗气装置时气体流向如何?

气体由A进B出

3.盛吸收剂吸收产物测增重

若装置中导管A与B等长时，连接在气路中起什么作用?

可以防倒吸，起到安全瓶的作用。

尾气处理装置-安全装置

尾气的处理方法：直接排放、直接吸收、防倒吸吸收、燃烧处理 处理装置

（1）直接吸收

（2）防止倒吸装置的设计

在某些实验中，由于吸收液的倒吸，会对实验产生不良的影响，如玻璃仪器的炸裂，反应试剂的污染等，因此，在有关实验中必须采取一定的措施防止吸收液的倒吸。防止倒吸一般采用下列措施：

a 切断装置：将有可能产生液体倒吸的密闭装置系统切断，以防止液体倒吸，如实验室中制取氧气、甲烷时，通常用排水法收集气体，当实验结束时，必须先从水槽中将导管拿出来，然后熄灭酒精灯。

b 设置防护装置：①倒立漏斗式：这种装置可以增大气体与吸收液的接触面积，有利于吸收液对气体的吸收。当易溶性气体被吸收液吸收时，导管内压强减少，吸收液上升到漏斗中，由于漏斗容积较大，导致烧杯中液面下降，使漏斗口脱离液面，漏斗中的吸收液受自身重力的作用又流回烧瓶内，从而防止吸收液的倒吸。下一个装置所示，对于易溶于水难溶于有机溶剂的气体，气体在有机溶剂不会倒吸。②肚容式：当易溶于吸收液的气体由干燥管末端进入吸收液被吸收后，导气管内压强减少，使吸收液倒吸进入干燥管的吸收液本身质量大于干燥管内外压强差，吸收液受自身重量的作用又流回烧杯内，从而防止吸收液的倒吸。这种装置与倒置漏斗很类似。③蓄液式：当吸收液发生倒吸时，倒吸进来的吸收液被预先设置的蓄液装置贮存起来，以防止吸收液进入受热仪器或反应容器。这种装置又称安全瓶。④平衡压强式：为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置（见恒压式）；⑤防堵塞安全装置式：为防止反应体系中压强减少，引起吸收液的倒吸，可以在密闭装置系统中连接一个能与外界相通的装置，起着自动调节系统内外压强差的作用，防止溶液的倒吸。⑥为防止粉末或糊状物堵塞导气管，可将棉花团置于导管口处。⑦液封装置：为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套住一只小试管

悬空式肚容式平衡压强

式

（3）防污染安全装置：燃烧处理或袋装

判断原则

（1）有毒、污染环境的气体不能直接排放。

（2）尾气吸收要选择合适的吸收剂和吸收装置。

直接吸收：Cl2、H2S、NO2

防倒吸：HCl、NH3、SO2

常用吸收剂：水，NaOH溶液，硫酸铜溶液

（3）可燃性气体且难用吸收剂吸收：燃烧处理或袋装。如CO。