常用的实验仪器:试管、烧杯、蒸发皿、坩埚、酒精灯、漏斗、洗气瓶、干燥管、
托盘天平、量筒、容量瓶、滴定管、玻璃棒、量气装置等。
常用仪器对比分析:
过滤定义:
利用介质滤除水中杂质的方法。
通过特殊装置将流体提纯净化的过程,过滤的方式很多,使用的物系也很广泛,固-液、固-气、大颗粒、小颗粒都很常见。
在推动力或者其他外力作用下悬浮液(或含固体颗粒发热气体)中的液体(或气体)透过介质,固体颗粒及其他物质被过滤介质截留,从而使固体及其他物质与液体(或气体)分离的操作。
过滤归纳:
过滤的原理 |
其中一种能溶于水,另一种不能溶于水,则可以先把它们充分溶于水中,再进行过滤分离 |
制作过滤器 |
把一张圆形滤纸连续对折两次,得到一个四层的扇形滤纸,然后再用手捏住最外面一层滤纸展开,便得到一个一边是一层,另一边是三层的滤纸,用少量水润湿一下,把它贴在漏斗内壁上即可。 |
用到的仪器 |
铁架台(带铁圈)、烧杯、漏斗、玻璃棒、滤纸等 |
过滤装置 |
|
注意事项 |
操作注意事项有:一贴、二低、三靠。 一贴:滤纸紧贴漏斗内壁,以没有气泡为准,可加快过滤的速度; 二低:滤纸边缘低于漏斗边缘;漏斗内液面低于滤纸边缘,防止液体从滤纸与漏斗之间的间隙流下,使过滤不充分; 三靠:盛待过滤液体的烧杯紧靠引流的玻璃棒,防止液体溅到漏斗外丽;玻璃棒的下端紧靠在三层滤纸上,防止戳破滤纸;漏斗下端长的那侧管口紧靠烧杯内壁,防止液体溅出 |
过滤失败的原因 |
①滤纸破损;②过滤时液面高于滤纸边缘; ③收集滤液的烧杯不洁净 |
过滤操作实验口诀 |
斗架烧杯玻璃棒,滤纸漏斗角一样。 过滤之前要静置,三靠两低不要忘。 |
定义:液体温度低于沸点时,发生在液体表面的汽化过程,在任何温度下都能发生。蒸发量通常用蒸发掉的水层厚度的毫米数表示。
影响蒸发快慢的因素:温度、湿度、液体的表面积、液体表面的空气流动等。
仪器:铁架台(带铁圈)、酒精灯、玻璃棒、蒸发皿。
装置: 原理:用加热的方法,使溶剂不断挥发而析出晶体,这是常用的一种结晶方法。
影响因素: 温度、湿度、液体的表面积、液体表面上方的空气流动的速度等。
主要因素:(1)温度。温度越高,蒸发越快。因为在任何温度下,分子都在不断地运动,液体中总有一些速度较大的分子能蒸发仪器蒸发皿蒸发仪器蒸发皿够飞出液面脱离束缚而成为汽分子,所以液体在任何温度下都能蒸发。液体的温度升高,分子的平均动能增大,速度增大,从液面飞出去的分子数量就会增多,所以液体的温度越高,蒸发得就越快。
(2)液面表面积大小。如果液体表面面积增大,处于液体表面附近的分子数目增加,因而在相同的时间里,从液面飞出的分子数量就增多,所以液面面积越大,蒸发速度越快。
(3)液体表面上方空气流动的速度。当飞入空气里的汽分子和空气分子或其他汽分子发生碰撞时,有可能被碰回到液体中来。如果液面上方空气流动速度快,通风好,分子重新返回液体的机会越小,蒸发就越快。
注意事项:
①加热时要用玻璃棒不断地搅拌.防止液体局部温度过高,而发生飞溅;
⑦当蒸发皿里出现较多量同体时,停止加热,利用余热将水分蒸干;
③刚加热完与匕的蒸发皿不能用手拿取,也不能用冷水冲洗;
④如果要用烧杯浓缩溶液,加热时要垫上石棉网,以防烧杯受热小均匀而破裂。
操作口诀: 皿中液体不宜多,防止飞溅要搅动。
较多固体析出时,移去酒灯自然蒸。
定义:指利用液体混合物中各组分挥发性的差异而将组分分离的传质过程。将液体沸腾产生的蒸气导入冷凝管,使之冷却凝结成液体的一种蒸发、冷凝的过程。
蒸馏是分离沸点相差较大的混合物的一种重要的操作技术,尤其是对于液体混合物的分离有重要的实用意义。
即,蒸馏条件:1.液体是混合物。2.各组分沸点不同。
实验室制蒸馏水:(1)
原理:蒸馏是利用互相溶解的液体混合物中各组分沸点小同进行分离提纯的操作。其过程是:加热样品使其中某组分汽化,然后使蒸气冷凝为液体加以收集。
(2)
仪器:铁架台、蒸馏烧瓶、冷凝管、尾接管、锥形瓶、温度计、酒精灯、石棉网等。
(3)
装置:
(4)
操作:
①用洒精灯外焰给受热仪器先预热后加热
②对蒸馏烧瓶(烧杯、烧瓶、锥形瓶等仪器)加热时,不能直接加热,一定要垫石棉网,蒸馏烧瓶中液体体积为容器容积的1/3—2/3
③温度计不能直接插人蒸馏烧瓶的液体之中,应使温度计水银球与蒸馏烧瓶支管口位于同一水平线上
④蒸馏烧瓶的支管必须露出橡皮塞以防蒸馏出来的液体接触橡皮塞而带入杂质
⑤冷凝管中冷水的走向应是下口进、上口出,以使蒸汽充分冷却。
(5)
关键:
①控制好加热温度。如果采用加热浴,加热浴的温度应当比蒸馏液体的沸点高出若干度,否则难以将被蒸馏物蒸馏出来。加热浴温度比蒸馏液体沸点高出的越多,蒸馏速度越快。但是,加热浴的温度也不能过高,否则会导致蒸馏瓶和冷凝器上部的蒸气压超过大气压,有可能产生事故,特别是在蒸馏低沸点物质时尤其需注意。一般地,加热浴的温度不能比蒸馏物质的沸点高出30℃。整个蒸馏过程要随时添加浴液,以保持浴液液面超过瓶中的液面至少一公分。
②蒸馏高沸点物质时,由于易被冷凝,往往蒸气未到达蒸馏烧瓶的侧管处即已经被冷凝而滴回蒸馏瓶中。因此,应选用短颈蒸馏瓶或者采取其它保温措施等,保证蒸馏顺利进行。
③蒸馏之前,必须了解被蒸馏的物质及其杂质的沸点和饱和蒸气压,以决定何时(即在什么温度时)收集馏分。
④蒸馏烧瓶应当采用圆底烧瓶。沸点在40-150℃的液体可采用150℃以上的液体,或沸点虽在150℃以下,对热不稳常压的简单蒸馏。对于沸点在定、易热分解的液体,可以采用减压蒸馏和水蒸汽蒸馏。
(6)
简易装置
(7)
应用
①水的净化
②石油的分馏
(8)
蒸馏化学口诀 隔网加热冷管倾,上缘下缘两相平。
需加碎瓷防暴沸,热气冷水逆向行。
瓶中液限掌握好,先撤酒灯水再停。
实验室制取气体的思路: 1.知识要点详解在初中化学中,主要应掌握O
2、H
2、CO
2的实验室制法。可以从制备所需仪器、药品、反应原理、收集方法、实验装置、验满、验纯及操作要点等方面进行比较。通过比较,能够总结和归纳实验室制取气体的思路。即:研究反应原理一根据所选药品的状态和反应条件,选择适当的仪器组成相应的实验装置一根据实验装置的特点,设计合理的实验操作步骤,预测可能的注意事项一根据所制取气体的性质,选择相应的收集、检验、验满及验纯的方法。
实验室制取气体及验证其性质的实验,属于基本操作的简单综合实验。通过对比发生装置和收集装置,总结气体的个性及几种气体的共性,提高记忆效果。
2.设计装置的依据制取气体的装置分两部分:气体发生装置和气体收集装置。
发生装置的选取根据反应条件和反应物的状态而设计,收集装置是根据气体的性质(主要是物理性质)而确定的。
确定收集装置的原则——气体的收集方法是由该气体的性质,如密度、在水中的溶解性、是否与空气或水反应、是否有毒等决定的。
气体发生装置:
①“固+固
”的反应,简称“固体加热型”,装置如图A所示,如用KMnO
4或KClO
3和MnO
2制O
2。
②“固+液
”的反应,简称“固液常温型”,装置如图B、C、D、E。如用H
2O
2和MnO
2制O
2、用锌粒与稀H
2SO
4制H
2或用CaCO
3与稀盐酸制CO
2。同B装置相比,D装置具有便于添加液体药品,制取的气体量较多的优点;C装置不仅添加液体药品方便,而且可通过导管上的开关控制反应的发生和停止;E装置可通过分液漏斗的活塞控制加入药品的量和速度。
③“固+液
”的反应的发生装置的其他改进:
为了节约药品,方便操作,可设计如下图所示装置,这些装置都可自动控制。
当打开弹簧夹时,溶液进入反应器内开始反应;当关闭弹簧夹时,气路不通,反应产生的气体将溶液压出反应器外,液体与同体分离,反应停止。
气体收集装置:
收集装置 |
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|
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选择条件 |
难溶或微溶于水,与水不发生化学反应的气体。如:H2、 O2、CH4等 |
不与空气发生反应,密度比空气密度大的气体。如:O2、 CO2等 |
不与空气发生反应,密度比空气密度小的气体。如:H2、CH4等 |
说明 |
①使用排水法收集的气体较纯净,但缺点是会使收集的气体中禽有水蒸气。当导管口有连续均匀的气泡冒出时才开始收集,当有大量气泡从集气瓶口冒出时,表明气体已收集满。 ②用向上排空气法收集气体,应注意将导管伸到接近集气瓶瓶底,同时应在瓶口盖上玻璃片,以便尽可能地排尽空气,提高所收集气体的纯度。使用排空气法收集的气体比较十燥,但纯度较低,需要验满(可燃性气体则要注意安全,点燃之前一定要验纯,否则有爆炸危险) |
药品的选取和实验方案的设计: (1)可行性:所选取的药品能制得要制取的气体;
(2)药品廉价易得;
(3)适宜的条件:要求反应条件易达到,便于控制;
(4)反应速率适中:反应速率不能太快或太慢,以便于收集或进行实验;
(5)气体尽量纯净;
(6)注意安全性:操作简便易行,注意防止污染。
例如:①实验室制取H
2时选用锌粒,而不用镁条、铁片,原因是镁价格贵且反应速率太快而铁反应速率又太慢;酸选用稀硫酸,而不宜用稀盐酸、浓硫酸,因为用稀盐酸制得的H
2,因混有HCl而不纯,而锌与浓硫酸反应不生成H
2.
②制CO
2时可选用用石灰石(或大理石)与稀盐酸,而不选用Na
2CO
3浓盐酸、稀硫酸,原因是Na
2CO
3,反应速率太快,浓盐酸易挥发出HCl气体,稀硫酸反应不能进行到底,也不能煅烧石灰石,因为条件不易达到,不呵操作;
④用KClO
3、过氧化氢制O
2时,要加少量的MnO
2,作催化剂,以加快反应的速率
实验室制取气体的实验操作程序:实验室制取气体存选择好药品、仪器后操作的一般程序:
(1)组装仪器:一般按从左到右,从下到上的顺序进行;
(2)检查装置气密;
(3)装药品:若是固体跟液体反应,一般是是先装入固体再加入液体;
(4)准备收集装置:若用排水法收集气体时,应在制取气体之前将集气瓶盛满水;
(5)制取气体;
(6)收集气体并验满;
(7)拆洗仪器。
注意:①给同体加热时.试管口要略向下倾斜;
②用加热KMnO
4或KClO
3(MnO
2作催化剂)的方法制取O
2,若用排水法收集,实验完毕时应先把导管移出水槽再移走酒精灯;
③固体跟液体反应制取气体时,要注意长颈漏斗末端要插入液面以下进行液封,以防漏气。
装置的选取与连接:实验室制取气体的实验往往与气体的净化、气体的干燥综合在一起。气体综合实验的装置选择及连接顺序为:
气体净化的几种方法: (1)吸收法:用吸收剂将杂质气体吸收除去。如除去CO中混有的少量CO
2,可先用浓NaOH溶液吸收CO
2,再用浓硫酸等干燥剂除去水蒸气。常用吸收剂如下表:
吸收剂 |
吸收的气体杂质 |
吸收剂 |
吸收的气体杂质 |
水 |
可溶性的气体:HCl,NH3 |
NaOH |
CO2,HCl,H2O |
无水CuSO4 |
H2O |
碱石灰 |
CO2,HCl ,H2O |
灼热的铜网 |
O2 |
NaOH |
CO2,HCl |
灼热的CuO |
H2,CO |
浓硫酸 |
H2O |
(2)转化法:通过化学反血,将杂质气体转化为所要得到的气体:如除去CO
2中的CO,可将混合气体通过足量的灼热CuO+CO
Cu+CO
2
气体的干燥:
气体的干燥是通过干燥剂来实现的,选择干燥剂要根据气体的性质。一般原则是:酸性干燥剂不能用来干燥碱性气体,碱性干燥剂不能用来干燥酸性气体,干燥装置由干燥剂的状念决定.
(1)常见的干燥剂
干燥剂 |
可干燥的气体 |
不可干燥的气体 |
名称或化学式 |
酸碱性 |
状态 |
浓H2SO4 |
酸性 |
液体 |
H2、N2、O2、CO2、HCl、CH4、CO |
NH3 |
固体NaOH、生石灰,碱石灰(氢氧化钠和生石灰的混合物) |
碱性 |
固态 |
H2、O2、N2、CH4、CO、NH3等 |
CO2、SO2、HCl |
无水CaCl2 |
中性 |
固态 |
除NH3外的所有气体 |
NH3 |
(2)干燥装置的选择
①除杂试剂为液体时,常选用洗气瓶,气体一般是 “长进短出”,如下图A。
②除杂试剂为同体时,常选用干燥管(球形或u 形),气体一般是“大进小出”,如下图B、C。
③需要通过加热与固体试剂发生化学反应除去的气体,常采用硬质玻璃管和酒精灯,如下图D。
装置连接顺序的确定规律: (1)除杂和干燥的先后顺序
①若用洗气装置除杂,一般除杂在前,干燥在后。原因:从溶液中出来的气体通常混有水蒸气,干燥在后可将水蒸气完全除去。如除去CO中混有的CO
2和水蒸气,应将气体先通过。NaOH溶液,再通过浓H
2SO
4。
②若用加热装置除杂,一般是干燥在前,除杂在后。如除去CO
2中混有的CO和水蒸气,应将气体先通过浓H
2SO
4,再通过灼热的CuO。
(2)除去多种杂质气体的顺序一般是先除去酸性较强的气体。如N2中混有 HCl、H
2O(气)、O
2时,应先除去HCl,再除去水,最后除去O
2(用灼热的铜网)。
(3)检验多种气体的先后顺序(一般先验水蒸气):有多种气体需要检验时,应尽量避免前步检验对后步检验的干扰。如被检验的气体中含有CO
2和水蒸气时,应先通过无水CuSO
4。检验水蒸气,再通过澄清的石灰水检验CO
2.
确定气体收集方法的技巧: (1)排水集气法适用于“不溶于水且小与水反应的气体”,如下图A。
(2)向上排空气法适用于“密度比空气大且小与空气成分反应的气体”(相对分子质量大于29的气体),如下图B。
(3)向下排空气法适用于“密度比空气小且小与空气成分反应的气体”(相对分子质量小于29的气体),如下图C。
(4)不能用排空气法收集的气体
①气体的密度与空气的密度相近时不能用排空气法收集
②当气体与空气中某一成分反应时不能用排空气法收集
(5)有毒气体收集方法的确定
①有毒,但气体难溶于水时,一般采用排水法收集。如下图D
②有毒,但气体叉易溶于水时,则采用带双孔胶塞(一长一短的导气管)的集气瓶利用排空气法收集该气体,但必须接尾气处理装置,以免多余的有毒气体逸散到空气中污染空气,如收集氨气可用图E。
气体制取实验中关于仪器或装置选择题目的解题技巧: (1)需要研究气体实验室制法的化学反应原理;
(2)需要研究制取这种气体所应采用的实验装置;
(3)需要研究如何证明制得的气体就是要制取的气体。
根据给出的仪器或装置进行选取时,应明确制取气体的发生装置主要是两套(同体加热型和固液常温型),依据反应物的状态和反应条件来确定选用哪套发生装置;气体的收集装置主要就是三套(向上排空气法、向下排空气法和排水法),依据气体的性质来确定选用什么样的收集装置。选择仪器时要注意先对实验原理进行判断,然后再根据原理确定装置所需要的仪器。
实验室制取气体的思路图: