1. 高中化学常见气体制备的方法,方程式,及仪器
常见气体制备
1.实验室制取气体的一般原则
(1)安全:避免和防止爆炸、燃烧、有毒物质外泄。
(2)方便:应用常用试剂、装置简单、操作方便。
(3)快速:反应时间不宜过长,过于剧烈的反应不安全,以反应速率适中为宜。
(4)生成物纯净(或虽含杂质但较易提纯),减少分离操作。
2.实验室制取气体的反应
(1)制取单质:用氧化还原反应。
(2)制取化合物:通常用复分解反应,如HCl、SO2、CO2、NH3、HNO3等;有时也可用氧化还原反应,如制NO2、NO等。
3.实验装置的安装、选择及操作步骤
(1)实验装置的安装顺序可用如下图表示:
(2)制取气体时各部分装置的选择依据:
①发生装置:所用试剂的状态及反应条件;
②收集装置:气体的水溶性及相对空气的密度大小、是否与空气中成分反应;
③净化装置:依据气体与杂质的性质的不同,使杂质被吸收或转化成所需物质;
④尾气处理(吸收)装置:根据所制气体是否有毒或污染环境来确定是否要安装尾气处理装置。有毒物质可用溶液吸收或燃烧去除。
(3)“气密性检查”在整个实验中的位置一般放在第二位,一般在装置连接好后、但在反应开始前检验气密性,决不可在药品混合并开始反应后检查气密性。
4.实验室制取气体的典型装置
主要掌握实验室三种不同类型制备气体的装置,以及三种不同类型的气体收集方法。根据气体的性质选择合适的干燥、净化和吸收装置。
实验室常用的三种不同类型制备气体的装置:
(1)固体——固体加热装置(见图)
所需仪器:铁架台、铁夹、酒精灯、大试管、单孔橡胶塞、导气管等。常用于制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管口冷凝后倒流而引起试管破裂。
②铁夹应夹在距试管口1/3处。
③固体药品要在试管底部平铺开。加热时首先均匀预热(移动酒精灯),然后在试管的药品最后部位集中加热,并逐步前移。
④胶塞上的导管伸入试管里面不能过长,否则会妨碍气体的导出。
⑤如用排水集气法收集气体,当停止制取气体时,应先从水槽中把导管撤出,然后再撤走酒精灯,以防水倒流。
(2)固体——液体(液体——液体)加热装置(见图)
所需仪器:铁架台、铁夹、烧瓶、分液漏斗、双孔塞、导管等。常用于制H2、CO2、H2S、NO2、SO2、NO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,然后再慢慢加入液体。
③分液漏斗内为挥发性液体时要盖上盖,注意盖上的小槽要对准分液漏斗颈上的小孔。
④制H2、CO2、H2S时也可用下面的装置。
这类装置使用方便,可以随时使反应发生或停止。
说明:①在简易装置中长颈漏斗颈的下口应伸入液面以下,否则起不到液封作用而无法使用。②加入的固体药品块状大小要适宜,如果太碎会落入底部的酸中使反应无法终止。③加入酸的量要适当。④最初使用时应待容器内原有的空气排净后,再收集气体。⑤在导管口点燃氢气或其他可燃性气体时,必须先检验纯度。
5.气体发生装置气密性的检查
检验气密性时,可把导管一端浸入水里,用手掌紧贴烧瓶外壁,如果装置不漏气,烧瓶里的空气受热膨胀,导管口就会有气泡冒出。把手移开后,过一会儿烧瓶冷却,水就会上升到导管里,形成一段水柱(见下图I、Ⅱ)。如果发现漏气,必须找出原因,并进行调整、修理或更换零件.
2. 2020高考化学实验特殊装置的分析
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一:特殊装置
1.三颈烧瓶
三颈烧瓶又称三口烧瓶,具有圆肚细颈的外观,有三个口,可以同时加入多种反应物,或是安装冷凝管、温度计、搅拌器等。一般情况下中口安装搅拌棒,一个边口安装分液漏斗,一个边口安装分馏管或冷凝管或温度计。在目前高考中,三颈烧瓶经常作为反应容器出现。
2.布氏漏斗与减压过滤装置
(1)使用方法
①布氏漏斗是实验室中使用的一种陶瓷仪器,用来以负压力抽吸进行过滤,称为减压过滤(又称抽滤或吸滤),装置如图。
②使用的时候,一般先在圆筒底面垫上滤纸(多层),将漏斗插进布氏烧瓶上方开口并将接口密封(例如用橡胶环)。布氏烧瓶的侧口连抽气系统。然后将欲分离的固体、液体混合物倒进上方布氏漏斗,液体成分在负压力作用下被抽进烧瓶,固体留在上方。
(2)注意事项
当要求保留溶液时,需在布氏烧瓶和抽气泵之间增加一安全瓶,以防止当关闭抽气泵或水的流量突然变小时发生倒吸,使自来水回流,进入布氏烧瓶内污染溶液。安全瓶长管和短管的连接顺序不要弄错。
3.恒压漏斗
(1)仪器特点
恒压漏斗是分液漏斗的一种。它和其他分液漏斗一样,都可以进行分液、萃取等操作,(如图)。与其他分液漏斗不同的是,恒压漏斗可以保证内部压强不变,一是可以防止倒吸,二是可以使漏斗内液体顺利流下,三是减小增加的液体对气体压强的影响,从而在测量气体体积时更加准确。
(2)使用方法
①一般在封闭体系中用恒压漏斗,如绝大部分的有机合成实验,因有机物容易挥发、需要隔绝空气(氧气)等。恒压漏斗在上述实验中与烧瓶(或其他反应容器)紧密连接,漏斗也要用塞子密封。但是要注意,一些不需要封闭或条件宽松的滴加过程(比如滴加水),也常用恒压漏斗。
②有时测量气体体积时,由于要消除液体所带来的气压影响,往往也会使用恒压漏斗,这样可以减小误差。另外,使用恒压漏斗可以使其中的液体更好地流出,也能够加快实验进程。
4.冷凝管
(1)使用方法
冷凝管是一种用作促进冷凝作用的实验室设备,通常由一里一外两条玻璃管组成,其中较小的玻璃管贯穿较大的玻璃管。它是利用热交换原理使气体冷却凝结为液体的一种玻璃仪器。
(2)注意事项
有易挥发的液体反应物时,为了避免反应物损耗和充分利用原料,要在发生装置上设计冷凝回流装置,使该物质通过冷凝后由气态恢复为液态,从而回流并收集,实验室可通过在发生装置上安装长玻璃管或冷凝回流管等实现。
(3)分类
①直形冷凝管(如图)
多用于蒸馏操作,蒸气温度低于140℃,不可用于回流。在其外管的上下两侧分别有连接管接头,用作出水口和进水口,使用时,将靠下端的连接口以塑胶管接上水龙头,当作进水口。因为进水口处的水温较低而被蒸气加热过后的水温度较高;较热的水因密度降低会自动往上流,有助于冷却水的循环。一般倾斜放置。
②球形冷凝管(如图)
球形冷凝管内管为若干个玻璃球连接起来,用于有机制备的回流,由于接触面积比直形冷凝管的大,冷凝效果好,适用于各种沸点的液体。一般直立放置。
③蛇形冷凝管(如图)
内芯管长度大,冷却面枳大,冷却的效果更好,主要用于冷凝收集沸点偏低的蒸馏产物。
④空气冷凝管(如图)
常用于沸点大于140°C的有机化合物的蒸馏(以免直形冷凝管通水冷却导致玻璃温差大而炸裂)
⑤刺形分馏柱
如果分离沸点差别不太大的液体混合物的分离操作中,可用刺形分馏柱,此处不进行扩展。
5.启普发生器
(1)应用与结构
启普发生器常用于固体颗粒和液体反应的实验中以制取气体,它由球形漏斗、容器和导气管三部分组成。(如图)
(2)注意事项
①如果生成的气体难溶于反应液,可以使用。如CO2可溶于水,但难溶于盐酸,当用石灰石与盐酸反应制CO2时可用启普发生器。
②块状固体在反应中很快溶解或变成粉末时,不能使用启普发生器。
③启普发生器不能加热。
(3)气密性检查方法
开启活塞,向球形漏斗中加水。当水充满容器下部的半球体时,关闭活塞,继续加水,使水上升到长颈漏斗中,静置片刻,若水面不下降,则说明装置气密性良好,反之则说明装置漏气。漏气处可能是容器上气体出口处的橡胶塞、导气管上的旋塞或球形漏斗与容器接触的磨口处。
(4)使用操作
①固体试剂由容器上的气体出口加入。
②使用时,打开导气管上的活塞,球形漏斗中的液体进入容器与固体反应,气体的流速可用活塞调节。停止使用时,关闭活塞,容器中的气体压力增大,将液体压回球形漏斗,使液体和固体脱离,反应停止。
③特点:符合“随开随用、随关随停”的原则。能节约试剂,控制反应的发生和停止,可随时向装置中添加液体试剂。
6.索氏提取器。
19年全国II新出现的装置。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发,蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管,冷凝后滴入滤纸套筒1中,与茶叶末接触,进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时,经虹吸管3返回烧瓶,从而实现对茶叶末的连续萃取。
二:创新使用
1.气体体积的测量
(1)使用方法:
①所收集的气体既不溶于所装液体,也不与所装液体反应。
②A装置测定前通过调整左右两管的高度使两管液面相平。
③应恢复到室温后再读数,A、D装置读数时要使左右两容器中的液面相平。
2.恒压装置
(1)装置构成:左右两侧的玻璃管为气体流通,中间的中空玻璃管为恒压作用。
⑵装置作用:安全瓶,防止瓶内压强过大。当瓶内压强过大时,中间的玻璃管会出现一段水柱。
3.多功能瓶
(1)装置作用:①均匀混合气体;②干燥气体;③通过观察气泡速率控制气体流速