常见气体的制备与收集
[基础知识]
按照考试大纲的要求，中学阶段同学们应掌握O2、H2、CO2、Cl2、HCl、SO2、NO、NO2、H2S、NH3、CH4、C2H4、C2H2等13种气体的实验室制法。其中包括药品选择、反应原理、仪器装置、操作要点、净化、干燥、收集、检验、尾气处理等一系列的基本知识和基本操作技能。
1．气体的发生装置
一般根据反应物状态和反应条件设计气体发生装置，通常气体的发生装置有如下几种（见下图）
例1、实验室利用下列装置和试剂制取少量氯化氢气体（见图7—5）试剂：①浓硫酸②浓盐酸③食盐固体④硫酸氢钠固体⑤二氧化锰固体
请用实验装置编号（A、B……）回答：
（1）若选用试剂①③，则应选择的装置是___________。
（2）若选用试剂③④，则应选择的装置是___________。
（3）若要快速制备氯化氢，应选择的装置是____________。
2．气体的收集方法
根据气体的密度、溶解性、稳定性可将气体的收集方法分为三种：
（1）排水集气法
适用于不溶于水或微溶于水且不与水发生反应的气体。优点是收集的气体纯度高，易判断是否收集满。若有些气体虽在水中有一定的溶解性或与水微弱反应，也可通过往水中加入电解质，抑制与水反应。如用排饱和食盐水的方法可收集浓度较高的Cl
。（装置见图7—6a）
2
（2）向上排空气收集法
适用于不跟空气发生反应且密度比空气大的气体。（装置见图7—6b）（3）向下排空气集气法
适用于不跟空气发生反应且密度比空气小的气体。（装置如图7—6c）
3．常见气体制备原理，装置选择
Cu和浓HNO3
4．尾气的处理装置
具有毒性或污染性的尾气必须进行处理，常用处理尾气装置，如图7—7。
一般常用吸收液吸收这些有害气体，a、b、c为溶解度不是很大的尾气处理装置，d为溶液度大且吸收速率很快的尾气处理装置，难以吸收的尾气如CO，应于末端燃烧除去，如e。此处还可以用塑料袋盛装尾气。
5．气体的净化和干燥
气体的净化、干燥装置一般常用的有洗气瓶、干燥管、U形管和双通加热管几种。
（1）洗气瓶（如图c）中一般装入液体除杂试剂。除杂试剂应通过化学反应将杂质吸收或将杂质气体转化为所制取的气体。常见除杂试剂有：
①强碱溶液：如NaOH溶液可吸收CO
2
、SO2、H2S、Cl2、NO2等呈酸性的气体。
②饱和的酸式盐溶液，可将杂质气体吸收转化，如：
饱和NaHCO
3溶液能除去CO
2
中混有的HCl、SO
2
等强酸性气体。
饱和NaHSO
3溶液能除去SO
2
中混有的HCl、SO
3
等气体。
饱和NaHS溶液能除去H
2
S中混有的HCl气体。
③浓H
2
SO4：利用它的吸水性，可除去H2、SO2、HCl、CO、NO2、CH4等气体中混
有的水蒸气。但由于浓H
2
SO4有强氧化性，不能用来干燥具有强还原性气体，如H2S、HBr、HI等。
④酸性KMnO4溶液：利用它的强氧化性，可以除去具有还原性的气体，如除去混在CO2气体中的SO2、H2S等。
（2）干燥管、U形管一般装入固体的干燥剂。常见的固体干燥剂有：
①酸性干燥剂，用来干燥酸性气体。如P
2
O5、硅胶、等。
②碱性干燥剂，用来干燥碱性气体。如CaO、碱石灰、固体NaOH等。
③中性干燥剂，既能干燥碱性气体又能干燥酸性气体。如CaCl
2
（但CaCl2不能干
燥NH
3
）。
（3）双通加热管一般装入固体除杂剂，除杂试剂和混合气体中的某一组分反应。
例如：Cu和混合气体中O
2反应而将O
2
除去。
另外还常用固体的无水CuSO
4
装入干燥管中，通过颜色变化检验水蒸气的存在
（但不能用CuSO
4作干燥剂，因CuSO
4
吸水率低）。用Na
2
O2固体也可将CO2、H2O
（气）转化为O
2
。
6．防堵塞安全装置（如图7—9）
7．防倒吸安全装置（见图7—10）
例2、用如图7—11所示装置可以收集以下气体：
H2、Cl2、CH4、HCl、NH3、NO、SO2
（1）若集气瓶是干燥的，气体从A进入，可收集的气体有______，气体从B进入，可收集气体_____。
（2）若将集气瓶盛满水，收集气体并测量气体的体积，可以收集并测量体积的气体有______；此时气体应由_____管进入，由_____管通向量筒。
例3、图7—12是一套实验室制气装置，用于发生、干燥和收集气体。下列各物质中能利用这套装置进行实验的是（）
A．铜屑和浓硝酸B．二氧化锰和浓HC l
C．电石和水D．碳酸钙和稀盐酸
例4、实验室可用如图7—13所示装置将CO和CO2混合气体进行分离和干燥，已知a、b均为活塞，试回答：
（1）甲瓶内盛______溶液，乙瓶内盛______溶液，分液漏斗内盛______溶液。
的混合通过该装置时，先分离得到的是_______气体，活塞操（2）当CO和CO
2
作是：关闭______打开______，然后得到_____气体，活塞操作是：关闭______打开______。
例5、在烧瓶A中放入一些新制的白色无水硫酸铜粉末和约10mL酒精，锥形瓶B 中盛放浓盐酸，分液漏斗C和广口瓶D分别盛浓硫酸，干燥管F中填满新制的碱石灰，用烧杯H作水浴器（如图7—14）。
打开分液漏斗C，将浓硫酸缓缓加进B，则D瓶的出气管口不断产生气体，几分钟后烧瓶A中的硫酸铜变蓝色，若此时用水浴加热，F端排出的气体待纯净后还能点燃，产生特殊颜色的火焰，请回答：
