气体的实验室制备净化和收集.docx

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气体的实验室制备净化和收集

专题讲座三　气体的实验室制备、净化和收集

1．气体制备实验的基本过程

（1）气体制备实验装置一般包含以下几部分

（2）气体制备的一般实验操作步骤

①组装（从下到上，从左到右）；②检验装置的气密性；③加入药品；④排尽装置内的空气；⑤验纯；⑥反应；⑦拆除装置。

2．气体发生装置

依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将制备气体的发生装置分为三类：

（1）固体＋固体

气体

发生装置：

制备气体：

O2、NH3、CH4等

注意事项：

①试管口应稍向下倾斜，以防止产生的水蒸气在试管口冷凝后倒流，而使试管破裂。

②铁夹应夹在距试管口1/3处。

③固体药品应平铺在试管底部。

④胶塞上的导管伸入试管内不能过长，否则会影响气体导出。

⑤如用排水集气法收集气体，当停止制气时，应先从水槽中把导管撤出，然后再撤走酒精灯，防止水倒吸。

（2）固体＋液体或液体＋液体

气体

发生装置：

制备气体：

Cl2、C2H4等

注意事项：

①烧瓶应固定在铁架台上。

②先把固体药品放入烧瓶中，再缓缓加入液体。

③分液漏斗应盖上盖，注意盖上的凹槽对准分液漏斗颈部的小孔。

④对烧瓶加热时要垫上石棉网。

（3）固体＋液体（不加热）―→气体

发生装置：

制备气体：

H2、CO2、NO2、SO2、NO等

注意事项：

①块状固体与液体的混合物在常温下反应制备气体，可用启普发生器制备，当制取气体的量不多时，也可采用简易装置。

②简易装置中长颈漏斗的下口应伸入液面以下，否则起不到液封作用而无法使用。

③加入块状固体药品的大小要适宜。

④加入液体的量要适当。

⑤最初使用时应待容器内原有的空气排净后，再收集气体。

⑥在导管口点燃氢气或其他可燃性气体时，必须先检验纯度。

3．气体的除杂方法

除杂试剂选择的依据：

主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性、可燃性。

除杂原则：

（1）不损失主体气体，

（2）不引入新的杂质气体，（3）在密闭装置内进行，（4）先除易除的气体。

一般可从以下几个方面考虑：

①易溶于水的杂质可用水吸收；②酸性杂质可用碱性物质吸收；③碱性杂质可用酸性物质吸收；④水分可用干燥剂吸收；⑤能与杂质反应生成沉淀或可溶性的物质，也可用作吸收剂。

【例1】　为下列各组气体选择合适的除杂试剂（括号内为杂质气体）

（1）含有HCl杂质的气体

①CO2（HCl）：

_____________________________________________________；

②SO2（HCl）：

_____________________________________________________；

③Cl2（HCl）：

______________________________________________________。

（2）中性气体中含有酸性杂质气体

①O2（Cl2）：

_______________________________________________________；

②CO（CO2）：

_____________________________________________________；

③NO（NO2）：

____________________________________________________。

（3）酸性气体中含有其他酸性杂质气体

CO2（SO2）：

______________________________________________________。

（4）含有O2杂质的气体

①CO2（O2）：

______________________________________________________；

②N2（O2）：

_______________________________________________________。

（5）HCl（Cl2）：

______________________________________________________。

答案　

（1）①饱和NaHCO3溶液　②饱和NaHSO3溶液

③饱和食盐水

（2）①NaOH溶液　②NaOH溶液　③H2O

（3）饱和NaHCO3溶液或酸性高锰酸钾溶液

（4）①灼热Cu　②灼热Cu

（5）CCl4

4．气体净化与干燥的先后顺序

（1）若采用溶液除杂，应该是除杂在前，干燥在后。

其原因是：

气体除杂过程中会从溶液中带入水蒸气，干燥剂可除去水蒸气。

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NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl气体，再通过浓硫酸除去水蒸气。

（2）若采用加热除杂，则一般是干燥在前。

如N2中混有O2、CO2、H2O（g），可先将混合气体通过碱石灰，除去CO2和H2O（g），再将从干燥管中导出的气体通过装有灼热铜网的硬质玻璃管，除去O2，即可得到干燥、纯净的N2。

若将混合气体先通过灼热的铜网，因气体中混有水蒸气，易使硬质玻璃管破裂。

【例2】　为制备干燥、纯净的CO2，将大理石和盐酸反应生成的气体先后通过装有下列物质的两个吸收装置，两个装置中应依次装入（　　）

①饱和NaHCO3溶液；无水CaCl2固体

②饱和NaHCO3溶液；浓硫酸

③浓硫酸；饱和NaHCO3溶液

④饱和Na2CO3溶液；稀硫酸

A．①②B．③④C．①③D．②④

解析　用大理石和盐酸反应制得的CO2中，含有少量HCl，可用饱和NaHCO3溶液除去；干燥CO2可用浓硫酸或无水CaCl2固体作干燥剂。

注意：

应先净化，后干燥。

答案　A

5．气体的干燥

（1）选用干燥剂应根据气体的性质和干燥剂的性质而定，其原则是干燥剂只能吸收气体中的水分，而不能与气体发生反应。

①酸性干燥剂，如浓H2SO4、P2O5、硅胶等。

一般用来干燥酸性或中性气体，而不能用来干燥碱性气体。

思考：

下列气体中不能被浓H2SO4干燥的是哪些？

为什么？

NH3、H2、CO、H2S、SO2、Cl2、CO2

答案　NH3因为显碱性而不能被浓H2SO4干燥，H2S因为有强还原性而不能被浓H2SO4干燥。

②碱性干燥剂，如生石灰、固体NaOH、碱石灰等。

碱性干燥剂不能干燥酸性气体，如碱石灰不能干燥Cl2、CO2、HCl等。

③中性干燥剂，如无水CaCl2。

无水CaCl2呈中性，对各类气体一般均可干燥，但NH3能与其发生络合反应而不能使用，其反应方程式为CaCl2＋8NH3

===CaCl2·8NH3。

（2）气体干燥净化装置

类型

液态干燥剂

固态干燥剂

固体，加热

装置

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

常见干燥剂

浓H2SO4（酸性、强氧化性）

无水氯化钙（中性）

碱石灰（碱性）

除杂试剂Cu、CuO、Mg

当CO2中混有O2杂质时，应选用上述Ⅰ～Ⅳ中的Ⅳ装置除O2，除杂试剂是Cu粉或Mg粉。

6．气体的收集

收集方法

收集气体的类型

收集装置

可收集的气体（举例）

排水法

难溶于水或微溶于水，又不与水反应的气体

O2、H2、Cl2（饱和NaCl溶液）、NO、CO2（饱和NaHCO3溶液）、CO

排空气法

向上排空气法

密度大于空气

Cl2、SO2、NO2、CO2

向下排空气法

密度小于空气

H2、NH3

7．尾气的吸收

（1）用水吸收的是HCl、NH3（注意防倒吸）。

（2）用烧碱溶液吸收的是Cl2、SO2、NO2、H2S等。

（3）用燃烧的酒精灯点燃可除去的是CO。

1．下列制备和收集气体的实验装置合理的是（　　）

答案　D

2．如图装置，将溶液A逐滴加入固体B中，下列叙述正确的是（　　）

A．若A为浓盐酸，B为MnO2，C中盛品红溶液，则C中溶液褪色

B．若A为醋酸，B为贝壳，C中盛过量澄清石灰水，则C中溶液变浑浊

C．若A为浓氨水，B为生石灰，C中盛AlCl3溶液，则C中先产生白色沉淀后沉淀又溶解

D．若A为浓硫酸，B为Na2SO3固体，C中盛石蕊试液，则C中溶液先变红后褪色

答案　B

解析　浓盐酸和MnO2在加热时才能反应，A错；Al（OH）3不能溶于弱碱（氨水），C错；SO2只能使紫色石蕊试液变红，D错。

3．有关图示装置的叙述不正确的是（　　）

A．装置①可用于吸收实验中多余的SO2

B．装置②可用于收集H2、NH3、Cl2、NO2等

C．装置③中X为苯，可用于吸收氨气或氯化氢

D．装置④可用于收集NH3，并吸收多余的NH3

答案　C

解析　SO2和NaOH溶液会发生反应，故用NaOH溶液吸收SO2可以防止污染，A选项正确；装置②中如果气体从长导管通入，只能收集密度比空气大且不能与空气中的成分发生反应的气体，此时可以收集Cl2、NO2等；如果从短导管通入，只能收集密度比空气小且不能与空气中的成分发生反应的气体，此时可以收集H2、NH3等，B选项正确；装置③中如果X为苯，因为苯的密度比水的小，故苯应该在上层，C选项错误；装置④中先用盛有碱石灰的干燥管除去氨气中的水蒸气，然后用排空气法收集NH3，最后用防倒吸的装置吸收多余的NH3，故D选项正确。

4．表中a、b、c表示相应仪器中加入的试剂，可用如图所示装置制取、净化、收集的气体是（　　）

编号

气体

NH3

浓氨水

生石灰

碱石灰

SO2

70%浓H2SO4

Na2SO3固体

98%浓H2SO4

稀HNO3

铜屑

H2O

NO2

浓HNO3

铜屑

NaOH溶液

答案　B

解析　选项A，因NH3的密度比空气的小，不能用图示装置收集；选项B，Na2SO3与浓硫酸反应生成SO2，SO2中所含的H2O杂质用98%浓H2SO4除去，收集装置合理；选项C，不能用图示装置收集NO；选项D，NO2被NaOH溶液吸收，收集不到NO2。

5．某课外活动小组用图中的仪器和药品组装一套实验装置制取干燥的CO，用CO还原Fe2O3粉末制取还原铁粉。

（制取CO的原理为H2C2O4

CO2↑＋CO↑＋H2O）

序号

仪器及药品

序号

仪器及药品

（1）如果所制气体流向为从左向右时，上述组装的实验装置从左向右的连接顺序（填仪器序号）是______→______→______→______→______。

（2）正确的操作第一步应是__________；最后一步应是熄灭________处的酒精灯。

（3）装置B的作用是________________________；装置E的作用是________________。

答案　

（1）A　E　C　D　B

（2）连接好装置并检查装置的气密性　A

（3）检验D中生成的CO2　除去CO中的CO2

解析　

（1）先通过装置A制备CO，但其中含有CO2杂质，可用装置E中的NaOH溶液除去，然后用浓硫酸除去CO中的水蒸气，干燥纯净的CO在装置D中还原氧化铁，最后用装置B中的澄清石灰水检验D中生成的CO2。

（2）气体制备和性质实验中必须检查装置的气密性。

对于A、D两处的酒精灯，应最后撤掉A处的酒精灯，防止还原出的Fe再被氧化，并防止出现倒吸现象。

（3）装置B中盛装澄清石灰水，检验D中生成的二氧化碳气体；装置E中盛装的NaOH溶液用来除去CO中的二氧化碳。

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