常见各类非金属单质的制备方法及其规律

非金属单质的制备方法及其规律

朱敏（2007210374）

(华中师范大学化学学院，武汉，430079)

摘要：一些非金属单质对科学研究、生产、生活、实验都具有重大作用，了解它们的制备方法具有重要意义。在这里主要总结了一些非金属单质的实验室制备方法，同时略微提及了一些非金属单质的工业制备方法。

关键词：非金属 制备方法 单质

学习了元素化学的非金属部分之后，我对非金属单质的制备方法进行了一次总结。一些非金属单质对科学研究、生产、生活、实验都具有重大作用。了解它们的制备方法具有重要意义。在这里主要说明了一些非金属单质的实验室制备方法。同时略微提及了一些非金属单质的工业制备方法。 1 氢气的制备方法

实验室制备氢气常使用锌和稀硫酸（或稀盐酸）进行反应。在一洁净的试管中加入一颗锌粒，再加入适量稀盐酸。此时，试管中物质开始反应，有大量的气体产生。用带有一根玻璃导管的橡皮塞塞住试管口，将其固定在铁架台上，将另一端通入水槽中，待气泡产生稳定后，将导管通入另一装满水的倒立于水槽的试管中，用排水法收集产生的气体。由于氢气密度远小于空气的密度，故也可以用向下排空气法收集。

这个实验所遵循的理论依据是锌的电极电势比氢小，可与非氧化性酸反应释放氢气：

Zn+H 2SO 4=ZnSO 4+H 2↑

锌也可以用其他金属，如铝，铁等代替。

工业上有的用电解水法制备氢气，但考虑经济、能量利用率等因素，用电解水法制备的氢气数量有限，不是为人类提供氢能源的有效方法。

2卤素的制备方法[1]

2.1氟的制备方法

制备单质氟，只能采用电解氧化法，因为氟的还原电位较高。所以工业上和实验室中，都是电解熔融的氟氢化钾和氟化氢的混合物，以钢制容器做电解槽，槽身做阴极，以压实的石墨做阳极，在373K 左右进行电解，总反应为：

2↑+F 2↑

随着电解的进行，HF 不断被消耗，电解质的熔点会不断升高，因此要不断补充HF 。

根据路易斯酸能将另一个较弱的路易斯酸从稳定配离子的盐中置换出来的原理，也可以制得F 2。

423K

△ △

4KMnO 4+4KF+20HF ＝2K 2MnF 6+10H 2O+3O 2

SbCl 5+5HF ＝SbF 5+5HCl

2K 2MnF 6+4SbF 5＝＝＝ 4KSbF 6+2MnF 3+F 2↑

气体氟经净化后将它以17.7～17.8Mpa 的压力压入特种钢瓶中储存。

2.2氯的制备方法

实验室制备氯气常用:

MnO 2+4HCl(2+2H 2O+Cl 2↑

2KMnO 4+16HCl ＝＝＝ 2KCl+2MnCl 2+8H 2O+5Cl 2↑

将Cl 2通过水、硫酸、氯化钙和五氧化二磷纯化。

工业上常用电解氯化钠饱和溶液来制备氯气，电解槽以石墨或金属钛做阳极，铁网做阴极，并用石棉隔膜把阳极区和阴极区隔开。

电解总反应为:

2Cl -+2H -+H 2↑+Cl 2↑

现代氯碱池中阳极、阴极室之间的隔离材料使用高分子离子交换膜，这种阳离子交换膜只允许Na +由阳极室进入阴极室。

工业上制氯的方法还有电解熔融的NaCl 法：

2↑ 常用排饱和食盐水法收集氯气。

还有汞阴极法，不过此法由于环境等原因正逐步被淘汰。

2.3溴的制备

实验室中通常用氯气氧化Br -来制备Br 2：

Cl 2+2Br -＝＝＝ 2Cl -+Br 2

此外，实验室中也有用类似制备氯的方法制备溴，但是用溴化物与浓硫酸的混合物代替HBr: 2NaBr+3H 2SO 4+MnO 4＝＝＝ 2NaHSO 4+MnSO 4+2H 2O+Br 2

工业上从海水中制溴。把盐卤加热到363K 后控制pH 为3.5，通入氯把溴置换出来，再用空气把溴吹出用碳酸钠吸收，再用硫酸酸化即可析出单质溴。

2.4碘的制备

实验室中制备碘的方法和制备氯和溴的方法类似：

Cl 2+2I -＝＝＝ 2Cl -+I 2

2NaI+3H 2SO 4+MnO 2＝2NaHSO 4+MnSO+2H 2O+I 2

经常用自然界的碘酸钠为原料，与还原剂亚硫酸氢钠反应制备大量的碘：

2IO 3-+5HSO 3-＝5SO 42-+H 2O+3H ++I 2

△

△

△ 3氧气的制备

2↑ 4+MnO 2+O 2

↑

可以用排水法收集氧气，并用带火星的木条伸入装氧气的试管中，木条复燃验证所制得的气体为氧气。

工业上利用氧气、氮气等气体的沸点不同，将液态空气分馏得到液态氧。因为空气中氧气含量较大，故用此方法可制备较多的氧气。 4臭氧的制备

臭氧是氧气的同素异形体。实验室中利用对氧气的无声放电来获得臭氧。简单的臭氧发生器主要由两个玻璃管组成，其中的一个玻璃管套在另一个中间。干燥的氧气在两管之间慢慢通过。导线的两端和高压感应圈的两极相连接。无声放电发生在两管壁之间，从臭氧发生器中出来的气体约含有3%～10%的臭氧。可以进一步利用氧和臭氧沸点相差较大的特点，通过分级分化的方法制取更加纯净、浓度较高的臭氧。[1]

5氮气的制备[1]

实验室制备少量氮气的常用方法是加热饱和的亚硝酸钠和氯化铵的混合溶液：

NH 4Cl+NaNO 2＝＝＝ NH 4NO 2+NaCl

NH 4NO 2＝＝＝ N 2↑+H 2O

该反应的实质是NH 4NO 2分子中发生了分子内的氧化还原反应，若直接加热NH 4NO 2，。则反应过于剧烈，不容易控制，故用间接方法制备。氮气难溶于水，故可以用排水法收集

由重铬酸铵热分解，氨气通过红热的氧化铜，或是将氨气通入溴水中，均可得到少量氮气。

(NH 4)2Cr 2O 2O 3+H 2O

2NH 3+3CuO====3Cu+N 2+3H 2O

8NH 3+3Br 2=== N 2↑+6NH 4Br

极纯的N 2可由NaN 3加热分解得到：

2NaN 3(s)＝＝＝ 2Na(l)+3N 2(g)

工业上生产大量的氮是用分馏液态空气得到，空气中含有大量的氮，所以这种方法比较常用。 6磷的制备方法