《常见气体的制备实验》知识速查 - 人教版高中化学公式定理 - 读趣百科

《常见气体的制备实验》知识速查

常见气体制备的反应原理

   气体
反应原理
O2
2KMnO4 $ \stackrel {\Delta} {=} $K2MnO4＋MnO2＋O2↑
H2
较活泼金属(如Zn、Fe)与稀强酸(如稀硫酸、盐酸，但勿用硝酸或浓硫酸)的置换反应
CO2
CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2O
Cl2
MnO2＋4HCl(浓) $ \stackrel {\Delta} {=} $MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
NH3
2NH4Cl＋Ca(OH)2$ \stackrel {\Delta} {=} $2NH3↑＋2H2O＋CaCl2(实验室亦常用浓氨水中加NaOH固体来制取少量NH3)
 SO2
无水Na2SO3粉末与中等浓度硫酸进行复分解反应：Na2SO3＋H2SO4=Na2SO4＋H2O＋SO2↑
NO2
Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
NO
3Cu＋8HNO3(稀) =3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
C2H4
CH3CH2OH$ \stackrel {浓硫酸} {=} $CH2=CH2↑＋H2O
C2H2
电石与饱和食盐水进行反应：
CaC2＋2H2O→Ca(OH)2＋C2H2↑
H2S
FeS+2HCl= H2S↑+FeCl2
CO

HCOOH $\underset {\Delta} {\stackrel {浓H_{2}SO_{4}} {→ }}$ H2O+CO↑
HCl 
 NaCl(固)+H2SO4(浓)$ \stackrel {\Delta} {=} $NaHSO4+HCl↑
N2
NaNO2+NH4Cl$ \stackrel {\Delta} {=} $NaCl+N2↑+2H2O

常见气体的实验室制备的多种方法归纳

（1）制备氢气

① 一般用活泼金属与非氧化性酸反应制备

如用锌、铁、镁、铝等与稀硫酸或盐酸反应制取。反应通式为：M+nH+=Mn++ $\frac{n}{2}$H2↑。

②直流电电解稀硫酸或氢氧化钠溶液（即电解水）。反应式为：$2H_ {2}O \stackrel {通电} {=} 2H_ {2} $↑$+ O_ {2} $↑

③碱金属等极活泼金属与水反应。如2Na+2H2O=2NaOH+H2↑。

④铝等两性金属与碱反应2Al+2NaOH+2H2O =2NaAlO2+3H2↑。

⑤硅与强碱反应Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2↑。

（2）制备氧气

①加热高锰酸钾法：2KMnO4 $ \stackrel {\Delta} {=} $ K2MnO4+MnO2+O2↑。

②氯酸钾催化加热法：2KClO3$ \underset {\Delta} {\stackrel {MnO _ {2}} {=}} $2KCl＋3O2↑。

③过氧化氢催化分解法： 2H2O2$ \stackrel {MnO_{2 }}{=} $2H2O＋O2↑。

④直流电电解稀硫酸或氢氧化钠溶液（即电解水）。反应式为：$2H_ {2}O \stackrel {通电} {=} 2H_ {2} $↑$+ O_ {2} $↑

⑤过氧化钠与水或二氧化碳反应：

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2。

（3）制备氯气

①浓盐酸与二氧化锰加热反应：MnO2+4HCl（浓）$ \stackrel {\Delta} {=} $MnCl2+Cl2↑+2H2O。

②上述方法中的浓盐酸用氯化钠和浓硫酸替代。反应式可以分步写，也可以写总反应式。

NaCl+H2SO4=NaHSO4+2HCl,MnO2+4HCl（浓）$ \stackrel {\Delta} {=} $MnCl2+Cl2↑+2H2O

2NaCl+2H2SO4+ MnO2= Na2SO4+MnSO4++Cl2↑+2H2O

③方法1中的氧化剂用高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾、次氯酸钙等氧化剂代替制备。

2KMnO4+16HCl=2KCl+2 MnCl2+5Cl2↑+8H2O

K2Cr2O7+14HCl= 2KCl+2CrCl3+ 3Cl2↑+7 H2O

KClO3+6 HCl= KCl+ Cl2↑+3 H2O

Ca（ClO）2+2HCl（浓）=CaCl2+ Cl2↑+ H2O

（4）制备氨气

①氯化铵固体与氢氧化钙固体加热制取：2NH4Cl+Ca（OH）2 $ \stackrel {\Delta} {=} $CaCl2+2NH3↑+2H2O

②浓氨水加热法：NH3·H2O$ \stackrel {\Delta} {=} $NH3↑+H2O

③浓氨水与固体烧碱、碱石灰或生石灰混合制取，固体烧碱或生石灰能吸水同时放热，促使氨水的分解和氨的挥发，且氢氧根离子浓度增大，有利于平衡向生成氨的方向移动。

（5）制备氯化氢气体

①金属氯化物与浓硫酸加热反应：如2NaCl+H2SO4（浓）$ \stackrel {\Delta} {=} $Na2SO4+2HCl↑。

②浓盐酸加热法：氯化氢沸点比水低，易挥发。

③浓盐酸滴入浓硫酸中制备。浓硫酸有强吸水性，并在吸水时放大量的热，使浓盐酸中的氯化氢挥发出来

常见气体制备的发生装置

常见气体制备的发生装置

制备的气体
所含杂质 
除杂方法
CO2
HCl、H2O
分别通过盛饱和NaHCO3和浓硫酸的洗气瓶
Cl2
HCl、H2O
分别通过盛饱和NaCl和浓硫酸的洗气瓶
H2 
H2O
通过盛浓硫酸的洗气瓶
NH3  
H2O
通过盛碱石灰的干燥管
N2 
O2
通过灼热的铜网
SO2 
HCl、H2O
分别通过盛饱和NaHSO3和浓硫酸的洗气瓶
SO2 
 SO3
通过盛浓硫酸或BaCl2溶液的洗气瓶
O2 
Cl2、H2O
通过盛碱石灰的干燥管
C2H4
 CO2、SO2、H2O
分别通过NaOH溶液和浓硫酸的洗气瓶
C2H2 
H2S、PH3
通过盛硫酸铜溶液的洗气瓶

常见干燥装置与干燥剂的选择


液态干燥剂
固态干燥剂
固体，加热
装置
常见
干燥剂
浓硫酸(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)
可干燥
的气体
H2、O2、Cl2、
SO2、CO2、
CO、CH4、N2
H2、O2、Cl2、
SO2、CO、
CO2、CH4、N2、HCl
H2、O2、N2、
CH4、NH3
可除去O2、
H2、CO、N2
不可干
燥的
气体
NH3、HBr、
HI、H2S等
NH3
Cl2、SO2、
CO2、NO2、
H2S、HCl等

常见气体的收集方法

收集方法
排水法
向上排空气法
向下排空气法
收集原理
收集的气体不与水反应且不溶于水
收集的气体密度比空气大，且与空气密度相差较大，不与空气中成分发生反应
收集的气体密度比空气小，且与空气密度相差较大，不与空气中成分反应
收集装置
a
b
c
适用
气体
O2、H2、NO、CH4、C2H2、C2H4
O2、CO2、Cl2、
 SO2、NO2、HCl
H2、CH4、NH3

【注意】

(1)NO不能用排空气法收集(2NO＋O2=2NO2)。

(2)气体密度与空气相近的不用排空气法，例如CO。

(3)有毒气体(Cl2、SO2、H2S等)用排空气法收集时，要在密闭装置内进行。

尾气的处理

（1）转化处理

对有毒、有害的气体必须用适当的方法予以吸收或点燃变为无毒、无害的气体，再排放到空气中。实验室中常见有毒气体的处理方法如下表：

 Cl2
SO2
NO2
H2S
HCl
NH3
CO
NO
NaOH溶液
CuSO4溶
液或NaOH溶液
水
水或
浓硫酸
点燃
与O2混合后通
入NaOH溶液

（2）直接排空处理：主要是针对无毒、无害气体的处理。如N2、O2、CO2等。

（3）尾气处理装置

a．在水中溶解度较小的有毒气体，多数可通入烧杯中的溶液中，用某些试剂吸收除去(如图甲)。如Cl2、NO2均可通入NaOH溶液中除去。

b．某些可燃性气体可用点燃或转化的方法(如图丙)。如CO、H2可点燃或通过灼热的CuO除去。

c．收集法，如图丁，尾气也可以采用收集的方法，如CH4、C2H4、H2、CO等。

d．对于溶解度很大吸收速率很快的气体，吸收时应防止倒吸，典型装置如图乙。常见的防倒吸装置还有如下改进图(以NH3的吸收为例，未注明的液体为水)。

常见几种非气态物质的制备

(1)选择最佳反应途径

①用铜制取硫酸铜

2Cu＋O2$ \stackrel {\Delta} {=} $2CuO、CuO＋H2SO4=CuSO4＋H2O。

②用铜制取硝酸铜

2Cu＋O2$ \stackrel {\Delta} {=} $2CuO、CuO＋2HNO3=Cu(NO3)2＋H2O。

③用铝制取氢氧化铝

2Al＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2↑

2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑

Al2(SO4)3＋6NaAlO2＋12H2O=8Al(OH)3↓＋3Na2SO4

当n(Al3＋)∶n(AlO2－)＝1∶3时，Al(OH)3产率最高。

(2)选择最佳原料

如用氯化铝溶液制氢氧化铝

①原理

离子方程式：Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NH4＋。

②注意事项：氢氧化铝是两性氢氧化物，能溶于氢氧化钠溶液，但不溶于氨水，制备时一般用可溶性铝盐与氨水反应。

(3)选择适宜操作方法

如实验室制备氢氧化亚铁

①原理

离子方程式：Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓。

②注意事项

a．Fe(OH)2有强还原性，易被氧化而迅速变色，因此用于配制硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液的蒸馏水要煮沸，以便除去水中溶解的氧气。

b．将吸有氢氧化钠溶液的胶头滴管伸入硫酸亚铁溶液液面下，再将氢氧化钠溶液挤出。

c．还可再在硫酸亚铁溶液上加一层植物油，尽量减少与空气的接触。

(4)氢氧化铁胶体的制备

①原理

化学方程式：FeCl3＋3H2O$ \stackrel {\Delta} {=} $Fe(OH)3(胶体)＋3HCl。

②操作步骤：加热蒸馏水至沸腾，逐滴滴加饱和氯化铁溶液，加热至液体呈红褐色停止加热，不可搅拌。

  制备氢氧化铁胶体时，加入氯化铁溶液不能过快和过多，煮沸至液体变成红褐色透明状时即停止加热，否则易生成沉淀。