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:
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 |
|
|
|
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:
化学方程式的书写原则遵循两个原则:一是必须以客观事实为基础,绝不能凭空设想、主观臆造事实上不存在的物质和化学反应;
二是遵循质量守恒定律,即方程式两边各种原子的种类和数目必须相等。
书写化学方程式的具体步骤:(1)写:根据实验事实写出反应物和生成物的化学式。反应物在左,生成物在右,中间用横线连接,如: H
2+O
2——H
2O,H
2O——H
2+O
2。
(2)配:根据反应前后原子的种类和数目不变的原则,在反应物和生成物的化学式前配上适当的化学计量数,使各种元素的原子个数在反应前后相等,然后将横线变成等号。配平后,化学式前的化学计量数之比应是最简整数比,如:2H
2+O
2=2H
2O,2H
2O= 2H
2+O
2。
(3)注:注明反应条件【如点燃、加热(常用“△”表示)、光照、通电等〕和生成物的状态(气体用“↑”。沉淀用“↓”。)。如:2H
2+O
22H
2O,2H
2O
2H
2↑+O
2↑。
化学计量数:化学计量数指配平化学方程式后,化学式前面的数字。在化学方程式中,各化学式前的化学计量数之比应是最简整数比,计数量为1时,一般不写出。
书学化学方程式的常见错误:
常见错误 |
违背规律 |
写错物质的化学式 |
客观事实 |
臆造生成物或事实上不存在的化学反应 |
写错或漏泄反应条件 |
化学方程式没有配平 |
质量守恒 |
漏标多标“↑”、“↓”符号 |
—— |
书写化学方程式时条件和气体、沉淀符号的使用:(1).“△”的使用
①“△”是表示加热的符号,它所表示的温度一般泛指用酒精灯加热的温度。
②如果一个反应在酒精灯加热的条件下能发生,书写化学方程式时就用“△”,如:2KMnO
4 K
2MnO
4+MnO
2+O
2↑。
③如果一个反应需要的温度高于用酒精灯加热的温度,一般用“高温”表示;如:CaCO
3CaO+ CO
2↑
(2)“↑”的使用
①“↑”表示生成物是气态,只能出现在等号的右边。
②当反应物为固体、液体,且生成的气体能从反应体系中逸出来,气体化学式后应该加“↑”。如Fe+ 2HCl==FeCl
2+H
2↑。
③当反应物是溶液时,生成的气体容易溶于水而不能从反应体系中逸出来,则不用“↑”,如:H
2SO
4+ BaCl
2==FeCl
2+2HCl
④只有生成物在该反应的温度下为气态,才能使用“↑”。
⑤若反应物中有气态物质,则生成的气体不用标 “↑”。如:C+O
2CO
2 (3)“↓”使用
①“↓”表示难溶性固体生成物,只能出现在等号的右边
②当反应在溶液中进行,有沉淀生成时,用 “↓”,如:AgNO
3+HCl==AgCl↓+HNO
3③当反应不在溶液中进行,尽管生成物有不溶性固体,也不用标“↓”,如:2Cu+O
22CuO
④反应在溶液中进行,若反应物中有难溶性物质,生成物中的难溶性物质后面也不用标“↓”。如:Fe +CuSO
4==FeSO
4+Cu.
化学方程式中“↑”和“↓”的应用:①“↑”或“↓”是生成物状态符号,无论反应物是气体还是固体,都不能标“↑”或“↓”;
②若反应在溶液中进行且生成物中有沉淀,则使用“↓”;若不在溶液中进行,无论生成物中是否有固体或难溶物,都不使用“↓”;
③常温下,若反应物中无气体,生成物中有气体.
提取信息书写化学方程式的方法: 书写信息型化学方程式是中考热点,题目涉及社会、生产、生活、科技等各个领域,充分体现了化学学科的重要性,并考查了同学们接受信息、分析问题和解决问题的能力。解答这类题日的关键是掌握好化学方程式的书写步骤,可按两步进行:首先正确书写反应物和生成物的化学式,并注明反应条件及生成物状态;第二步就是化学方程式的配平。
概念:用文字表示化学反应的式子
文字表达式的书写步骤:
(1)写:根据反应事实写出反应物和生成物
(2)注:注明反应条件:[点燃,加热,光照,通电等]
碱的定义:碱是指在溶液中电离成的阴离子全部是OH
-的化合物。碱由金属离子(或铵根离子)和氢氧根离子构成,可用通式R(OH)n表示。从元素组成来看,碱一定含有氢元素和氧元素。
常见的碱:(1)氢氧化钠、氢氧化钙都属于碱。除这两种碱外,常见的碱还有氢氧化钾(KOH)、氨水(NH
3·H
2O)、治疗胃酸过多的药物中的氢氧化铝[Al(OH)
3)。
(2)晶体(固体)吸收空气里的水分.表而潮湿而逐步溶解的现象叫做潮解。氢氧化钠、粗盐、氯化镁等物质都易潮解,应保存在密闭干燥的地方。同时称量 NaOH固体时要放在玻璃器皿中,不能放在纸上,防止 NaOH固体潮解后腐蚀天平的托盘。
(3)熟石灰可由生石灰(CaO)与水反应制得,反应的化学方程式为:CaO+H
2O==Ca(OH)
2,反应时放出大量的热。
碱的通性
碱的通性 |
反应规律 |
化学方程式 |
反应类型 |
碱溶液与指示剂的反应 |
碱溶液能使紫色石蕊试液变蓝,无色酚酞试液变红 |
—— |
—— |
碱与非金属氧化物反应 |
碱+非金属氧化物→盐+水 |
2NaOH+CO2==Na2CO3+H2O Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2O |
—— |
碱与酸反应 |
碱+酸→盐+水 |
NaOH+HCl==NaCl+H2O 2NaOH+H2SO4==Na2SO4+2H2O |
复分解反应 |
碱与某些盐反应 |
碱1+盐1→碱2+盐2 |
2NaOH+CuSO4==Cu(OH)2↓+Na2SO4 Ca(OH)2+Na2CO3==CaCO3↓+2NaOH |
复分解反应 |
碱+铵盐→氨气+水+盐 |
NH4Cl+NaOHNaCl+NH3↑+H2O |
复分解反应 |
常见的碱有NaOH、KOH、Ca(OH)2、氨水的特性:①
氢氧化钠(NaOH)俗名苛性钠、火碱、烧碱,这是因为它有强腐蚀性。NaOH是一种可溶性强碱。白色固体,极易溶于水,暴露在空气中易潮解,可用作碱性气体(如NH3)或中性气体(如H2、O2、CO等)的干燥剂。NaOH易与空气中的CO2反应生成Na2CO3固体。NaOH溶液可以腐蚀玻璃,盛NaOH溶液的试剂瓶不能用磨口的玻璃塞,只能用橡胶塞。
②
氢氧化钙[Ca(OH)2]是白色粉末,微溶于水,俗称熟石灰或消石灰,其水溶液称为石灰水。Ca(OH)2也有腐蚀作用。Ca(OH)2与CO2反应生成白色沉淀CaCO3,常用于检验CO2。 Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O Ca(OH)2能跟Na2CO3反应生成NaOH,用于制取NaOH。反应方程式为: Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH
③
氨水(NH3·H2O)是一种可溶性弱碱,NH3溶于水可得氨水。有刺激性气味,有挥发性。将氨气通过盛放氧化铜的玻璃管,生成氮气、水和铜,其反应方程式为: 2NH3+3CuO=(加热)=3Cu+N2↑+3H2O,说明氨气具有还原性。
此外,KOH、Ba(OH)2也是常见的可溶性强碱。不溶的碱大多是弱碱,如:Fe(OH)3、Cu(OH)2等。他们的共同性质是热稳定性差,受热易分解生成对应的金属氧化物和水。
氢氧化钠、氢氧化钙的物理性质和用途比较
|
|
|
俗名 |
苛性钠,火碱,烧碱 |
熟石灰,消石灰 |
颜色、状态 |
白色,片状固体 |
白色,粉末状固体 |
腐蚀性 |
强烈腐蚀性 |
较强腐蚀性 |
溶解性 |
易溶于水,易潮解,溶解时放热 |
微溶于水,其水溶液俗称石灰水 |
用途 |
化工原料,用于肥皂、石油、纺织、印染工业等;生活中用于除油污 |
用于建筑工业,制漂自粉,改良土壤,配制农药等 |
氢氧化钠、氢氧化钙化学性质的比较
氢氧化钠 |
氢氧化钙 |
跟指示剂作用.使紫色石蕊试液变成蓝色,使无色酚酞试液变成红色 |
跟指示剂作用,使紫色石蕊试液变成蓝色,使无色酚酞试液变成红色 |
跟某些非金属氧化物反应 2NaOH+CO2==Na2CO3+H2O 2NaOH+SO2==Na2SO3+H2O 2NaOH+SO3==Na2SO4+H2O |
跟某些非金属氧化物反应 Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2O Ca(OH)2+SO2==CaSO3↓+H2O Ca(OH)2+SO3==CaSO4+H2O |
跟酸发生中和反应 2NaOH+H2SO4==Na2SO4+2H2O |
跟酸发生中和反应 Ca(OH)2+H2SO4==CaSO4+2H2O |
跟某些盐反应 2NaOH+CuSO4==Cu(OH)2↓+Na2SO4 |
跟某些盐反应 Ca(OH)2+Na2CO3==CaCO3↓+2NaOH |
几种碱的颜色和溶解度
碱 |
颜色 |
溶解性 |
NaOH、KOH、Ba(OH)2 |
白色 |
易溶 |
Ca(OH)2 |
白色 |
微溶 |
Mg(OH)2、Al(OH )3、Fe(OH )2 |
白色 |
难溶 |
Fe(OH )3 |
红褐色 |
难溶 |
Cu(OH)2 |
蓝色 |
难溶 |
概念性质的理解
①氢氧化钠有强烈的腐蚀性,使用时必须十分小心,要防止沽到皮肤.上或洒在衣服上。如果不慎将碱液沽到皮肤上,应立即用较多的水冲洗,再涂上硼酸溶液。
②浓硫酸、氢氧化钠固体溶于水放热,属于物理变化;而氧化钙溶于水放热是氧化钙与水反应放出大量的热,属于化学变化;生石灰具有强烈的吸水性,可以作某些气体的干燥剂。
③由于NaOH易潮解,同时吸收空气中的CO
2发生变质,所以NaOH必须密封保存。
④保存碱溶液的试剂瓶应用橡胶塞、不能用玻璃塞,以防止长期不用碱溶液,碱溶液腐蚀玻璃造成打不开的情况。
⑤只有可溶性碱溶液才能使指示剂变色,如NaOH溶液能使无色酚酞变红;但不溶性碱不能使指示剂变色,如Mg(OH)
2中滴加无色酚酞,酚酞不变色。
⑥盐和碱的反应,反应物中的盐和碱必须溶于水,生成物中至少有一种难溶物、气体或H
2O。铵盐与碱反应生成的碱不稳定,分解为NH
3和H
2O。
⑦碱与酸的反应中碱可以是不溶性碱,如 Cu(OH)
2+H
2SO
4==CuSO
4+2H
2O。
氢氧化钠和氢氧化钙的鉴别:NaOH与Ca(OH)
2的水溶液都能使酚酞变红,故鉴别NaOH和Ca(OH)
2不能用指示剂,通常情况下,可采用以下两种方法来鉴别NaOH和Ca(OH)
2 方法一:通入CO
2气体,NaOH溶液与CO
2气体反应后无明显现象,但Ca(OH)
2溶液即澄清石灰水与 CO
2反应生成白色沉淀。
方法二:滴加Na
2CO
3溶液或K
2CO
3溶液,NaOH溶液与K
2CO
3,Na
2CO
3溶液不反应,但Ca(OH)
2溶液与 Na
2CO
3、K
2CO
3溶液反应均生成白色沉淀。Ca(OH)
2+ Na
2CO
3==CaCO
3↓+2NaOH,Ca(OH)
2+K
2CO
3 ==Na
2CO
3+2KOH。
检验二氧化碳气体是否与氢氧化钠溶液反应的方法通常情况下,将二氧化碳气体直接通人装有氢氧化钠溶液的试管中,很难直接判断二氧化碳气体是否与氢氧化钠溶液反应。因此,要判断二氧化碳气体确实能与氢氧化钠反应,可以采取如下两种方法:
(1)检验产物的方法:验证通入二氧化碳气体后的溶液中是否含有碳酸钠,检验碳酸根离子是否存在。通常检验碳酸根离子的方法是:
方法1:取样,加入稀盐酸,并将产生的气体通入澄清石灰水中,若澄清石灰水变浑浊,则证明溶液中存在碳酸根离子。
方法2:取样,加入氢氧化钙溶液,若产生白色沉淀,则证明溶液中存在碳酸根离子。上述两种方法其实也可以检验氢氧化钠溶液是否变质.而且方法I还可以用于除去变质后的氢氧化钠溶液中的碳酸钠。
(2)改进实验装置,通过一些明显的实验现象间接证明二氧化碳气体能与氢氧化钠反应。如:
所选装置 |
操作方法 |
实验现象 |
A |
将充满二氧化碳的试管倒扣在水中 |
试管内的液面略有上升 |
B |
将充满二氧化碳的试管倒扣在氢氧化钠溶液中 |
试管内的液面明显上升 |
C |
将氢氧化钠溶液滴入烧瓶 |
水槽中的水倒吸入烧瓶内 |
D |
将氢氧化钠溶液滴入锥形瓶 |
集气瓶中,NaOH溶液中的长导管下端产生气泡 |
E |
将胶头滴管中氢氧化钠溶液挤入烧瓶 |
烧瓶内产生“喷泉” 现象 |
F |
将胶头滴管中的氢氧化钠溶液挤入软塑料瓶 |
塑料瓶变瘪 |
G |
将胶头滴管中的氢氧化钠溶液挤入锥形瓶中 |
小气球胀大 |
碱的命名:一般读作氢氧化某,如:NaOH读作氢氧化钠。变价金属元素形成的碱,高价金属碱读作氢氧化某,如Fe(OH)
3读作氢氧化铁,低价金属碱读作氢氧化亚某,如Fe(OH)
2读作氢氧化亚铁。
氨水:氨气的水溶液俗称氨水,主要成分是NH3·H2O,通常状况下是无色液体,具有挥发性。浓氨水能挥发出具有刺激性气味的氨气NH3。
氨水显碱性,能使指示剂变色。
氨水的组成中含有N元素,因此可通过与酸反应生成铵盐来制氮肥,其本身也是一种氮肥。在化学实验中一般可用浓氨水做分子运动的探究实验。