高中化学实验室制气体

常见气体的实验室制法

学习方法建议：

1. 此部分会考说明上要求为掌握水平，所以建议同学们在熟练记忆的基础上，一定要多进行习题训练

2. 此部分相关内容还可参见《大聚焦》P30～31、P91、P138

中学课本中要求掌握的常见气体制备的有关知识，如：反应原理、实验装置(包括：发生、净化、干燥装置)和药品、操作步骤(包括：仪器的组装顺序和操作顺序)、气体的收集和检验(或验满)等务必全面、熟练掌握，这也是准确、迅速解答有关实验设计题和综合实验题必不可少的基础知识。

一、气体的制备：

1、常见气体的制备原理：

气体发生装置的三种典型类型：中学化学中要求掌握约13种气体的制备，它们是：三种单质气体(O2，H2，Cl2)、三种氢化物(HCl，H2S，NH3)、三种有机气体(CH4，C2H4，C2H2)、四种氧化物(CO2，SO2，NO，NO2)。

写出下列制备反应的化学方程式：

1. 常见气体的制备原理：

固体-固体加热装置

制O2的反应原理2KClO3 2KCl+3O2↑

2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑

制NH3的反应原理2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O

制CH4的反应原理CH3COONa+NaOH Na2CO3+CH4↑

固体-液体(液体-液体)加热装置

制Cl2的反应原理MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O

制HCl的反应原理NaCl(固)+H2SO4(浓)==NaHSO4+HCl↑（不加热或微热均可）NaCl(固)+NaHSO4(浓) Na2SO4+HCl↑

制SO2的反应原理Na2SO3(固)+H2SO4(较浓) Na2SO4+H2O+SO2↑

制NO的反应3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O（不加热速率慢）

制C2H4的反应原理CH3CH2OH CH2==CH2↑+H2O

固体-液体不加热装置

制H2的反应原理Zn+H2SO4(稀)==ZnSO4+H2↑

制CO2的反应原理CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O

制H2S的反应原理FeS+H2SO4(稀)==FeSO4+H2S↑

制NO2的反应原理Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

制C2H2的反应原理CaC2+2H2O→Ca(OH)2+CH≡CH↑

* 实验室制取纯净的气体一般有以下环节：

（1）气体的发生；（2）气体的净化；

（3）气体的收集；（4）尾气的处理（对于有毒气体）。

2、气体发生装置：

（1）固、固加热：

即：固+固△气

如制取等。装置如右图：

（2）液固或液、液加热：

即：液+固△气

液+液△气

如制取等。装置如右图：

（3）液固不加热：

即：液+固气

如制取等。装置如右图：

启普发生器，它用于固—液常温下反应制取大量气体。其优点是可以随时反应，随时停止。使用时应注意装置是否漏气；液体不能添加太满；固体试剂应是块状。

３．气体的净化：

(１)净化

选择气体吸收剂应根据气体的性质和杂质的性质而确定，所选用的吸收剂只能吸收气体中的杂质，而不能与被提纯的气体反应。

一般情况下：①易溶于水的气体杂质可用水吸收；②酸性气体杂质可用碱性物质吸收；③碱性气体杂质可用酸性物质吸收；④水蒸气可用干燥剂来吸收；⑤能与杂质反应生成沉淀(或可溶物)的物质也可用作吸收剂。

⑴净化

1、含有HCl杂质气体

⑴CO2（HCl）––––-饱和NaHCO3溶液；SO2（HCl）––––饱和NaHSO3溶液

H2S（HCl）––––--饱和NaHS溶液；

⑵Cl2（HCl）––––––水或饱和食盐水；H2（HCl）––––-水；

2、中性气体中含有酸性杂质气体：用NaOH溶液吸收

3、酸性气体中含有其它酸性杂质气体

①CO2（SO2）––––-饱和NaHCO3溶液；②CO2（H2S）–––––-CuSO4溶液；

4、含有O2杂质气体

①CO2（O2）––––––灼热Cu；②N2（O2）––––-灼热Cu

5、HCl（Cl2）–––––-CCl4溶液

(2)常见气体的干燥：

固体干燥剂通常放在（球形干燥管内），液体干燥剂通常放在（洗气瓶）内。

在选择干燥剂时，一般应注意以下几点。

①被干燥的气体一定不能与干燥剂发生化学反应。

②酸性干燥剂一般用来干燥酸性或中性气体，而不能用来干燥碱性气体。如浓H2SO4能干燥H2，O2，Cl2，CO2等，而不能干燥NH3；反之，碱性干燥剂也不能干燥酸性气体，如碱石灰不能干燥Cl2，CO2，HCl等。

③具有强氧化性的浓H2SO4不能用来干燥还原性气体，如H2S，HBr， HI；对于H2，CO等虽具有较强的还原性，但反应条件是加热或高温，故常温下仍可使用浓H2SO4干燥。

④无水CaCl2呈中性，对各类气体一般均可干燥，但NH3能与其发生络合作

用而不能使用。反应式为：CaCl2+8NH3CaCl2·8NH3

(2)常见气体的干燥：

下列气体干燥选用什么干燥剂？请根据以上原则填写下表：

(3)关于气体的净化与干燥的先后顺序：

①若采用溶液除杂，一般是除杂在先，干燥在后。其原因是：气体通过溶液将带出水蒸气，干燥剂可除去这些水蒸气。例如实验室中利用大理石与稀盐酸反应制备CO2，欲制得干燥、纯净的CO2，可先将产生的气体通过饱和的NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl气体，再通过浓H2SO4除去水蒸气。

②若采用加热除杂，则一般是干燥在先。例如N2中混有O2，CO2，H2O(气)，可先将混气通过碱石灰，除去CO2和H2O(气)，再将从干燥管导出的气体通过装有灼热Cu网的硬质玻璃管，除去O2，即可得到干燥、纯净的N2。若将混气先通

过灼热的Cu网，因气体中混有水蒸气，易引起试管破裂。

４．气体的收集：

（1）排水集气法：难溶或微溶于水，且与水不发生反应的气体，均可用排水集气法收集。用排水集气法收集气体时，导管只能伸入集气瓶内少许。

此法可收集气体有等

不与空气发生反应，且其密度与空气的密度相差较大的气体，均可用排空气集气法收集。气

（2）向上排空气法：

此法可收集气体有等

（3）向下排空气法：

此法可收集气体有等

气注意：

所制气体如难溶于水又不要求干燥时，应该用排水集气法；如气体溶于水则只能用排空气法收集。

排气集气时，应使气体导管伸到瓶底。

空气的平均式量约为29，则式量大于29的气体如Cl2等用可瓶口向上排空气法收集；式量小于29的气体如H2等可用瓶口向下排空气法收集；而与空气密度相近的气体如NO、CO等不能用排空气法收集。

用排空气法收集气体时，导管一定要接近集气瓶底部，把空气尽量排出；为减少空气向瓶内扩散，集气瓶口应盖上毛玻璃片；如用试管收集时，可在管口轻轻塞入一小团疏松的棉花。

５．尾气的处理

操作中应掌握的几个问题：

①液收法：对有毒、有害的气体必须用适当的溶液予以吸收。如Cl2、SO2、Br2(蒸气)、NO2等，可用NaOH溶液吸收；H2S可用CuSO4或NaOH溶液吸收； NH3可用浓H2SO4吸收。

②燃烧法：点燃变为无毒、无害的气体，再排放到空气中。如CO尾气，则可在导管口处点燃，将其转化为CO2。

③直排法：针对无毒、无害气体的排出。如：N2，O2，H2，CO2等(可在塞子上安装一个放空管或多打一个孔)。

④转化法：若需检验某混气中含有大量H2和CO，先将混气通过灼热的CuO，使其分别转化为H2O(气)和CO2，然后通过装有无水CuSO4的U形管(或干燥管)，再通过澄清石灰水进行验证(该顺序不能颠倒)。

气体的净化与干燥装置如图。