實(shí)驗(yàn)室制取和收集氣體的思路

　　實(shí)驗(yàn)室制取氣體的思路：

　　1．知識(shí)要點(diǎn)詳解在初中化學(xué)中，主要應(yīng)掌握O₂、H₂、CO₂的實(shí)驗(yàn)室制法�？梢詮闹苽渌�需儀器、藥品、反應(yīng)原理、收集方法、實(shí)驗(yàn)裝置、驗(yàn)滿、驗(yàn)純及操作要點(diǎn)等方面進(jìn)行比較。通過(guò)比較，能夠總結(jié)和歸納實(shí)驗(yàn)室制取氣體的思路。即：研究反應(yīng)原理一根據(jù)所選藥品的狀態(tài)和反應(yīng)條件，選擇適當(dāng)?shù)膬x器組成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置一根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)操作步驟，預(yù)測(cè)可能的注意事項(xiàng)一根據(jù)所制取氣體的性質(zhì)，選擇相應(yīng)的收集、檢驗(yàn)、驗(yàn)滿及驗(yàn)純的方法。

　　實(shí)驗(yàn)室制取氣體及驗(yàn)證其性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，屬于基本操作的簡(jiǎn)單綜合實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比發(fā)生裝置和收集裝置，總結(jié)氣體的個(gè)性及幾種氣體的共性，提高記憶效果。

　　2．設(shè)計(jì)裝置的依據(jù)制取氣體的裝置分兩部分：氣體發(fā)生裝置和氣體收集裝置。

　　發(fā)生裝置的選取根據(jù)反應(yīng)條件和反應(yīng)物的狀態(tài)而設(shè)計(jì)，收集裝置是根據(jù)氣體的性質(zhì)(主要是物理性質(zhì))而確定的。

　　確定收集裝置的原則——?dú)怏w的收集方法是由該氣體的性質(zhì)，如密度、在水中的溶解性、是否與空氣或水反應(yīng)、是否有毒等決定的。

　　氣體發(fā)生裝置：

　　①“固+固”的反應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)“固體加熱型”，裝置如圖A所示，如用KMnO₄或KClO₃和MnO₂制O₂。

　�、凇肮�+液”的反應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)“固液常溫型”，裝置如圖B、C、D、E。如用H₂O₂和MnO₂制O₂、用鋅粒與稀H₂SO₄制H₂或用CaCO₃與稀鹽酸制CO₂。同B裝置相比，D裝置具有便于添加液體藥品，制取的氣體量較多的優(yōu)點(diǎn)；C裝置不僅添加液體藥品方便，而且可通過(guò)導(dǎo)管上的開(kāi)關(guān)控制反應(yīng)的發(fā)生和停止；E裝置可通過(guò)分液漏斗的活塞控制加入藥品的量和速度。

　�、邸肮�+液”的反應(yīng)的發(fā)生裝置的其他改進(jìn)：

　　為了節(jié)約藥品，方便操作，可設(shè)計(jì)如下圖所示裝置，這些裝置都可自動(dòng)控制。

　　當(dāng)打開(kāi)彈簧夾時(shí)，溶液進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)開(kāi)始反應(yīng)；當(dāng)關(guān)閉彈簧夾時(shí)，氣路不通，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體將溶液壓出反應(yīng)器外，液體與同體分離，反應(yīng)停止。

　　氣體收集裝置：

　　藥品的選取和實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)：

　　(1)可行性：所選取的藥品能制得要制取的氣體；

　　(2)藥品廉價(jià)易得；

　　(3)適宜的條件：要求反應(yīng)條件易達(dá)到，便于控制；

　　(4)反應(yīng)速率適中：反應(yīng)速率不能太快或太慢，以便于收集或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

　　(5)氣體盡量純凈；

　　(6)注意安全性：操作簡(jiǎn)便易行，注意防止污染。

　　例如：①實(shí)驗(yàn)室制取H₂時(shí)選用鋅粒，而不用鎂條、鐵片，原因是鎂價(jià)格貴且反應(yīng)速率太快而鐵反應(yīng)速率又太慢；酸選用稀硫酸，而不宜用稀鹽酸、濃硫酸，因?yàn)橛孟←}酸制得的H₂，因混有HCl而不純，而鋅與濃硫酸反應(yīng)不生成H₂.

　　②制CO₂時(shí)可選用用石灰石(或大理石)與稀鹽酸，而不選用Na₂CO₃濃鹽酸、稀硫酸，原因是Na₂CO₃，反應(yīng)速率太快，濃鹽酸易揮發(fā)出HCl氣體，稀硫酸反應(yīng)不能進(jìn)行到底，也不能煅燒石灰石，因?yàn)闂l件不易達(dá)到，不呵操作；

　　④用KClO₃、過(guò)氧化氫制O₂時(shí)，要加少量的MnO₂，作催化劑，以加快反應(yīng)的速率

　　實(shí)驗(yàn)室制取氣體的實(shí)驗(yàn)操作程序：

　　實(shí)驗(yàn)室制取氣體存選擇好藥品、儀器后操作的一般程序：

　　(1)組裝儀器：一般按從左到右，從下到上的順序進(jìn)行；

　　(2)檢查裝置氣密；

　　(3)裝藥品：若是固體跟液體反應(yīng)，一般是是先裝入固體再加入液體；

　　(4)準(zhǔn)備收集裝置：若用排水法收集氣體時(shí)，應(yīng)在制取氣體之前將集氣瓶盛滿水；

　　(5)制取氣體；

　　(6)收集氣體并驗(yàn)滿；

　　(7)拆洗儀器。

　　注意：①給同體加熱時(shí)．試管口要略向下傾斜；

　�、谟眉訜酜MnO₄或KClO₃(MnO₂作催化劑)的方法制取O₂，若用排水法收集，實(shí)驗(yàn)完畢時(shí)應(yīng)先把導(dǎo)管移出水槽再移走酒精燈；

　�、酃腆w跟液體反應(yīng)制取氣體時(shí)，要注意長(zhǎng)頸漏斗末端要插入液面以下進(jìn)行液封，以防漏氣。

　　裝置的選取與連接：

　　實(shí)驗(yàn)室制取氣體的實(shí)驗(yàn)往往與氣體的凈化、氣體的干燥綜合在一起。氣體綜合實(shí)驗(yàn)的裝置選擇及連接順序?yàn)椋?/p>

　　氣體凈化的幾種方法：

　　(1)吸收法：用吸收劑將雜質(zhì)氣體吸收除去。如除去CO中混有的少量CO₂，可先用濃NaOH溶液吸收CO₂，再用濃硫酸等干燥劑除去水蒸氣。常用吸收劑如下表：

　　(2)轉(zhuǎn)化法：通過(guò)化學(xué)反血，將雜質(zhì)氣體轉(zhuǎn)化為所要得到的氣體：如除去CO₂中的CO，可將混合氣體通過(guò)足量的灼熱CuO+COCu+CO₂

　　氣體的干燥：

　　氣體的干燥是通過(guò)干燥劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，選擇干燥劑要根據(jù)氣體的性質(zhì)。一般原則是：酸性干燥劑不能用來(lái)干燥堿性氣體，堿性干燥劑不能用來(lái)干燥酸性氣體，干燥裝置由干燥劑的狀念決定．

　　(1)常見(jiàn)的干燥劑

　　(2)干燥裝置的選擇

　�、俪�雜試劑為液體時(shí)，常選用洗氣瓶，氣體一般是 “長(zhǎng)進(jìn)短出”，如下圖A。

　�、诔�雜試劑為同體時(shí)，常選用干燥管(球形或u 形)，氣體一般是“大進(jìn)小出”，如下圖B、C。

　�、坌枰�通過(guò)加熱與固體試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)除去的氣體，常采用硬質(zhì)玻璃管和酒精燈，如下圖D。

　　裝置連接順序的確定規(guī)律：

　　(1)除雜和干燥的先后順序

　　①若用洗氣裝置除雜，一般除雜在前，干燥在后。原因：從溶液中出來(lái)的氣體通常混有水蒸氣，干燥在后可將水蒸氣完全除去。如除去CO中混有的CO₂和水蒸氣，應(yīng)將氣體先通過(guò)。NaOH溶液，再通過(guò)濃H₂SO₄。

　�、谌粲眉訜嵫b置除雜，一般是干燥在前，除雜在后。如除去CO₂中混有的CO和水蒸氣，應(yīng)將氣體先通過(guò)濃H₂SO₄，再通過(guò)灼熱的CuO。

　　(2)除去多種雜質(zhì)氣體的順序一般是先除去酸性較強(qiáng)的氣體。如N₂中混有 HCl、H₂O(氣)、O₂時(shí)，應(yīng)先除去HCl，再除去水，最后除去O₂(用灼熱的銅網(wǎng))。

　　(3)檢驗(yàn)多種氣體的先后順序(一般先驗(yàn)水蒸氣)：有多種氣體需要檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡量避免前步檢驗(yàn)對(duì)后步檢驗(yàn)的干擾。如被檢驗(yàn)的氣體中含有CO₂和水蒸氣時(shí)，應(yīng)先通過(guò)無(wú)水CuSO₄。檢驗(yàn)水蒸氣，再通過(guò)澄清的石灰水檢驗(yàn)CO₂.

　　確定氣體收集方法的技巧：

　�。�1）排水集氣法適用于“不溶于水且小與水反應(yīng)的氣體”，如下圖A。

　�。�2）向上排空氣法適用于“密度比空氣大且小與空氣成分反應(yīng)的氣體”(相對(duì)分子質(zhì)量大于29的氣體)，如下圖B。

　　（3）向下排空氣法適用于“密度比空氣小且小與空氣成分反應(yīng)的氣體”(相對(duì)分子質(zhì)量小于29的氣體)，如下圖C。

　�。�4）不能用排空氣法收集的氣體

　�、贇怏w的密度與空氣的密度相近時(shí)不能用排空氣法收集

　�、诋�(dāng)氣體與空氣中某一成分反應(yīng)時(shí)不能用排空氣法收集

　　（5）有毒氣體收集方法的確定

　�、儆卸�，但氣體難溶于水時(shí)，一般采用排水法收集。如下圖D

　�、谟卸�，但氣體叉易溶于水時(shí)，則采用帶雙孔膠塞(一長(zhǎng)一短的導(dǎo)氣管)的集氣瓶利用排空氣法收集該氣體，但必須接尾氣處理裝置，以免多余的有毒氣體逸散到空氣中污染空氣，如收集氨氣可用圖E。

　　氣體制取實(shí)驗(yàn)中關(guān)于儀器或裝置選擇題目的解題技巧：

　　(1)需要研究氣體實(shí)驗(yàn)室制法的化學(xué)反應(yīng)原理；

　　(2)需要研究制取這種氣體所應(yīng)采用的實(shí)驗(yàn)裝置；

　　(3)需要研究如何證明制得的氣體就是要制取的氣體。

　　根據(jù)給出的儀器或裝置進(jìn)行選取時(shí)，應(yīng)明確制取氣體的發(fā)生裝置主要是兩套(同體加熱型和固液常溫型)，依據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件來(lái)確定選用哪套發(fā)生裝置；氣體的收集裝置主要就是三套(向上排空氣法、向下排空氣法和排水法)，依據(jù)氣體的性質(zhì)來(lái)確定選用什么樣的收集裝置。選擇儀器時(shí)要注意先對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行判斷，然后再根據(jù)原理確定裝置所需要的儀器。

　　實(shí)驗(yàn)室制取氣體的思路圖: