化學實驗氣體的收集裝置

E. 化學中三個收集氣體裝置的區分

①「固+固」的反應，簡稱「固體加熱型」，，如用KMnO4或KClO3和MnO2制O2。
②「固+液」的反應，簡稱「固液常溫型」，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裝置具有便於添加液體葯品，製取的氣體量較多的優點；C裝置不僅添加液體葯品方便，而且可通過導管上的開關控制反應的發生和停止；E裝置可通過分液漏斗的活塞控制加入葯品的量和速度。

③「固+液」的反應的發生裝置的其他改進：
為了節約葯品，方便操作，可設計如下圖所示裝置，這些裝置都可自動控制。

當打開彈簧夾時，溶液進入反應器內開始反應；當關閉彈簧夾時，氣路不通，反應產生的氣體將溶液壓出反應器外，液體與同體分離，反應停止。

氣體收集裝置：

收集裝置
選擇條件 難溶或微溶於水，與水不發生化學反應的氣體。如：H2、 O2、CH4等 不與空氣發生反應，密度比空氣密度大的氣體。如：O2、 CO2等 不與空氣發生反應，密度比空氣密度小的氣體。如：H2、CH4等
說明 ①使用排水法收集的氣體較純凈，但缺點是會使收集的氣體中禽有水蒸氣。當導管口有連續均勻的氣泡冒出時才開始收集，當有大量氣泡從集氣瓶口冒出時，表明氣體已收集滿。
②用向上排空氣法收集氣體，應注意將導管伸到接近集氣瓶瓶底，同時應在瓶口蓋上玻璃片，以便盡可能地排盡空氣，提高所收集氣體的純度。使用排空氣法收集的氣體比較十燥，但純度較低，需要驗滿(可燃性氣體則要注意安全，點燃之前一定要驗純，否則有爆炸危險)

葯品的選取和實驗方案的設計：

(1)可行性：所選取的葯品能製得要製取的氣體；
(2)葯品廉價易得；
(3)適宜的條件：要求反應條件易達到，便於控制；
(4)反應速率適中：反應速率不能太快或太慢，以便於收集或進行實驗；
(5)氣體盡量純凈；
(6)注意安全性：操作簡便易行，注意防止污染。
例如：①實驗室製取H2時選用鋅粒，而不用鎂條、鐵片，原因是鎂價格貴且反應速率太快而鐵反應速率又太慢；酸選用稀硫酸，而不宜用稀鹽酸、濃硫酸，因為用稀鹽酸製得的H2，因混有HCl而不純，而鋅與濃硫酸反應不生成H2.
②制CO2時可選用用石灰石(或大理石)與稀鹽酸，而不選用Na2CO3濃鹽酸、稀硫酸，原因是Na2CO3，反應速率太快，濃鹽酸易揮發出HCl氣體，稀硫酸反應不能進行到底，也不能煅燒石灰石，因為條件不易達到，不呵操作；
④用KClO3、過氧化氫制O2時，要加少量的MnO2，作催化劑，以加快反應的速率

實驗室製取氣體的實驗操作程序：

實驗室製取氣體存選擇好葯品、儀器後操作的一般程序：
(1)組裝儀器：一般按從左到右，從下到上的順序進行；
(2)檢查裝置氣密；
(3)裝葯品：若是固體跟液體反應，一般是是先裝入固體再加入液體；
(4)准備收集裝置：若用排水法收集氣體時，應在製取氣體之前將集氣瓶盛滿水；
(5)製取氣體；
(6)收集氣體並驗滿；
(7)拆洗儀器。
注意：①給同體加熱時．試管口要略向下傾斜；
②用加熱KMnO4或KClO3(MnO2作催化劑)的方法製取O2，若用排水法收集，實驗完畢時應先把導管移出水槽再移走酒精燈；
③固體跟液體反應製取氣體時，要注意長頸漏斗末端要插入液面以下進行液封，以防漏氣。

裝置的選取與連接：

實驗室製取氣體的實驗往往與氣體的凈化、氣體的乾燥綜合在一起。氣體綜合實驗的裝置選擇及連接順序為：

氣體凈化的幾種方法：

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

吸收劑 吸收的氣體雜質 吸收劑 吸收的氣體雜質
水 可溶性的氣體：HCl，NH3 NaOH CO2，HCl，H2O
無水CuSO4 H2O 鹼石灰 CO2,HCl ,H2O
灼熱的銅網 O2 NaOH CO2,HCl
灼熱的CuO H2，CO 濃硫酸 H2O
(2)轉化法：通過化學反血，將雜質氣體轉化為所要得到的氣體：如除去CO2中的CO，可將混合氣體通過足量的灼熱CuO+COCu+CO2

氣體的乾燥：

氣體的乾燥是通過乾燥劑來實現的，選擇乾燥劑要根據氣體的性質。一般原則是：酸性乾燥劑不能用來乾燥鹼性氣體，鹼性乾燥劑不能用來乾燥酸性氣體，乾燥裝置由乾燥劑的狀念決定．
(1)常見的乾燥劑

乾燥劑 可乾燥的氣體 不可乾燥的氣體
名稱或化學式 酸鹼性 狀態
濃H2SO4 酸性 液體 H2、N2、O2、CO2、HCl、CH4、CO NH3
固體NaOH、生石灰，鹼石灰（氫氧化鈉和生石灰的混合物） 鹼性 固態 H2、O2、N2、CH4、CO、NH3等 CO2、SO2、HCl
無水CaCl2 中性 固態 除NH3外的所有氣體 NH3

(2)乾燥裝置的選擇
①除雜試劑為液體時，常選用洗氣瓶，氣體一般是 「長進短出」，如下圖A。
②除雜試劑為同體時，常選用乾燥管(球形或u 形)，氣體一般是「大進小出」，如下圖B、C。
③需要通過加熱與固體試劑發生化學反應除去的氣體，常採用硬質玻璃管和酒精燈，如下圖D。

裝置連接順序的確定規律：

(1)除雜和乾燥的先後順序
①若用洗氣裝置除雜，一般除雜在前，乾燥在後。原因：從溶液中出來的氣體通常混有水蒸氣，乾燥在後可將水蒸氣完全除去。如除去CO中混有的CO2和水蒸氣，應將氣體先通過。NaOH溶液，再通過濃H2SO4。
②若用加熱裝置除雜，一般是乾燥在前，除雜在後。如除去CO2中混有的CO和水蒸氣，應將氣體先通過濃H2SO4，再通過灼熱的CuO。
(2)除去多種雜質氣體的順序一般是先除去酸性較強的氣體。如N2中混有 HCl、H2O(氣)、O2時，應先除去HCl，再除去水，最後除去O2(用灼熱的銅網)。
(3)檢驗多種氣體的先後順序(一般先驗水蒸氣)：有多種氣體需要檢驗時，應盡量避免前步檢驗對後步檢驗的干擾。如被檢驗的氣體中含有CO2和水蒸氣時，應先通過無水CuSO4。檢驗水蒸氣，再通過澄清的石灰水檢驗CO2.

確定氣體收集方法的技巧：

（1）排水集氣法適用於「不溶於水且小與水反應的氣體」，如下圖A。
（2）向上排空氣法適用於「密度比空氣大且小與空氣成分反應的氣體」(相對分子質量大於29的氣體)，如下圖B。
（3）向下排空氣法適用於「密度比空氣小且小與空氣成分反應的氣體」(相對分子質量小於29的氣體)，如下圖C。

（4）不能用排空氣法收集的氣體
①氣體的密度與空氣的密度相近時不能用排空氣法收集
②當氣體與空氣中某一成分反應時不能用排空氣法收集
（5）有毒氣體收集方法的確定
①有毒，但氣體難溶於水時，一般採用排水法收集。如下圖D
②有毒，但氣體叉易溶於水時，則採用帶雙孔膠塞(一長一短的導氣管)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，以免多餘的有毒氣體逸散到空氣中污染空氣，如收集氨氣可用圖E。

氣體製取實驗中關於儀器或裝置選擇題目的解題技巧：

(1)需要研究氣體實驗室製法的化學反應原理；
(2)需要研究製取這種氣體所應採用的實驗裝置；
(3)需要研究如何證明製得的氣體就是要製取的氣體。
根據給出的儀器或裝置進行選取時，應明確製取氣體的發生裝置主要是兩套(同體加熱型和固液常溫型)，依據反應物的狀態和反應條件來確定選用哪套發生裝置；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)，依據氣體的性質來確定選用什麼樣的收集裝置。選擇儀器時要注意先對實驗原理進行判斷，然後再根據原理確定裝置所需要的儀器。
實驗室製取氣體的思路圖:

F. 如圖是化學實驗室中常用氣體制備、收集、檢驗的裝置示意圖，請按要求回答有關問題：（1）實驗室製取二氧

（1）實驗室製取二氧化碳使用的是石灰石和稀鹽酸；反應物是固體和液體且反應在常溫下進行，則發生裝置是B；二氧化碳的密度比空氣大且能溶於水，使用向上排空氣法收集；故填：石灰石和稀鹽酸，BD；
（2）碳酸氫鈉能與鹽酸反應生成氯化鈉、水和二氧化碳；濃硫酸具有吸水性，用此裝置乾燥CO₂，則裝置內所加試劑是濃硫酸；故填：NaHCO₃+HCl═NaCl+H₂O+CO₂↑；濃硫酸；
（3）氯酸鉀在二氧化錳的催化作用下加熱能生成氯化鉀和氧氣，故填：2KClO₃