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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|
|
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:
工业制氧:
实验室中常用过氧化氢或高锰酸钾分解制取氧气的方法,具有反应快、操作简便、便于收集等特点,但成本高,无法大量生产,只能用于实验室中。工业生产则需考虑原料是否易得、价格是否便宜、成本是否低廉、能否大量生产以及对环境的影响等。 空气中约含21%的氧气,这是制取氧气的廉价、易得的原料。工业制氧
工业制氧的方法:
1、空气冷冻分离法
空气中的主要成分是氧气和氮气。利用氧气和氮气的沸点不同,从空气中制备氧气称空气分离法。首先把空气预冷、净化(去除空气中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物等气体和灰尘等杂质)、然后进行压缩、冷却,使之成为液态空气。然后,利用氧和氮的沸点的不同,在精馏塔中把液态空气多次蒸发和冷凝,将氧气和氮气分离开来,得到纯氧(可以达到99.6%的纯度)和纯氮(可以达到99.9%的纯度)。如果增加一些附加装置,还可以提取出氩、氖、氦、氪、氙等在空气中含量极少的稀有惰性气体。由空气分离装置产出的氧气,经过压缩机的压缩,最后将压缩氧气装入高压钢瓶贮存,或通过管道直接输送到工厂、车间使用。使用这种方法生产氧气,虽然需要大型的成套设备和严格的安全操作技术,但是产量高,每小时可以产出数干、万立方米的氧气,而且所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库储存的空气,所以从1903年研制出第一台深冷空分制氧机以来,这种制氧方法一直得到最广泛的应用。
2、分子筛制氧法(吸附法)
利用氮分子大于氧分子的特性,使用特制的分子筛把空气中的氧离分出来。首先,用压缩机迫使干燥的空气通过分子筛进入抽成真空的吸附器中,空气中的氮分子即被分子筛所吸附,氧气进入吸附器内,当吸附器内氧气达到一定量(压力达到一定程度)时,即可打开出氧阀门放出氧气。经过一段时间,分子筛吸附的氮逐渐增多,吸附能力减弱,产出的氧气纯度下降,需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮,然后重复上述过程。这种制取氧的方法亦称吸附法.利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来,便于家庭使用。
催化剂及催化作用的概念:
|
概念 |
催化剂 |
在化学反应中能改变其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有改变的物质。 |
催化作用 |
催化剂在化学反应中所起的作用 |
催化剂的特点:
催化剂概念的要点可概括为“一变”“二不变”。
(1)“一变”是指催化剂能改变其他物质的化学反应速率,这里“改变”包括加快和减慢,也就是说催化剂可以加快反应速率,也可以减慢反应速率。
(2)“二不变”指催化剂本身的化学性质不变。
易错点:①催化剂一般有选择性,即仅能对某一反应或某一类型的反应起催化作用。如二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂,但对其他的反应不一定是。
②对某些反应来说,催化剂也可能不止一种,如能催化过氧化氢分解的催化剂除二氧化锰外,还有硫酸铜溶液、红砖粉(主要成分为氧化铁)等。
③催化剂可以重复使用。
催化剂在化工生产中的作用: 催化剂在化工生产中有重要作用,人多数化工生产都有催化剂参与。例如,在石油炼制过程中,用高效催化剂生产汽油、煤油等;在汽车尾气处理,归用催化剂促进有害气体的转化;酿造工业和制药工业都要用酶作催化剂,某些酶制剂还是宝贵的药物。
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]
物理变化: 1.
定义:没有生成其他物质的变化
2.
实例:灯泡发光,冰融化成水;水蒸发变成水蒸气;碘,干冰的升华,汽油挥发,蜡烛熔化等都是物理变化。
化学变化:1.
定义:物质发生变化时生成其他物质的变化。
2.
实例:木条燃烧,铁生锈,食物腐烂
3.
现象:化学变化在生成新物质的同时,时常伴随着一些反应现象,表现为颜色改变,放出气体,生成沉淀等,化学变化不但生成其他物质,而且哈伴随着能量的变化,这种能量变化常表现为吸热,放热,发光等。
物理变化:
1. 特征:没有新物质生成。
2. 微观实质:分子本身没有变(对于由分子构成的物质),主要指形状改变或三态变化。
化学变化:
1. 特征:有新物质生成
2. 微观实质:物质发生化学变化时,反应物的分子在化学反应中分成了原子,原子重新组成构成新分子。
物理变化概念的理解:(1)扩散,聚集,膨胀,压缩,挥发,摩擦生热,升温,活性炭吸附氯气等都是物理变化
(2)石墨在一定条件下变成金刚石不是物理变化而是化学变化,因为变成了另一种物质
(3)物理变化前后,物质的种类不变,组成不变,化学性质不变
(4)物理变化的实质是分子的聚集状态发生了改变,导致物质的外形或状态随之改变。
成语、俗语、古诗词蕴含的化学知识(1)成语、俗语中的变化
①物理变化:只要功夫深,铁柞磨成针;
冰冻三尺非一日之寒;
木已成舟;滴水成冰;花香四溢等。
②化学变化:百炼成钢、点石成金、蜡炬成灰等。
(2)古诗词中的变化于谦的《石灰吟》:
千锤万凿出深山—物理变化
烈火焚烧若等闲—化学变化
粉身碎骨浑不怕—化学变化
要留清白在人间—化学变化
物质的三态变化
(1)物态变化是指同一种物质可在固态,气态,液态三种状态发生转化的过程,如下图,物态变化过程没有新物质生成,属于物理变化。
(2)物态变化过程中的名称和热量变化
变化过程 |
名称 |
热量变化 |
固态→气态 |
升华 |
吸热 |
气态→固态 |
凝华 |
放热 |
固态→液态 |
熔化 |
吸热 |
液态→固态 |
凝固 |
放热 |
液态→气态 |
汽化 |
吸热 |
气态→液态 |
液化 |
放热 |
氧气检验和验满方法:
1.检验:用带火星的木条,如果带火星的木条复燃,则证明有氧气存在
2.验满:氧气验满仍是用带火星的木条,但不同的是,此时气体已经确认是氧气,
且带火星部分只能放在瓶口处(这样才能保证氧气已满),若木条立即复燃且燃烧旺盛,
则氧气已满。(因为若氧气未满,也可使木条复燃,只是不会“立即”和“旺盛”)