高中常见化学气体

ZN+H2SO4=ZNSO4+H2
MNO2+4HCL=MNCL2+CL2+2H2O
2KCLO3=2KCL+3O2
2NACL+H2SO4=2HCL+NA2SO4
C+O2=CO2
S+O2=SO2
NA2S+2HCL=H2S+2NACL
2NH4CL+CA(OH)2=CACL2+2H2O+2NH3气体的制备、收集、洗涤和干燥
1．常见气体的实验室制法
中学化学实验中，应该学会氯气、氯化氢、氧气、硫化氢、二氧化硫、氨气、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、氢气、甲烷、乙烯、乙炔等气体的实验室制法。应该掌握的具体内容主要有：会选择适宜的反应物，并能熟练地书写有关气体生成的化学方程式；根据反应物的状态和反应条件等因素，选择适宜的气体发生装置，能判断装置图的正误，会组装气体发生装置；根据气体的密度、在水中的溶解性等性质，选择适宜的集气方法与装置；根据所制气体的性质，会用简便的方法检验或验满。
(1)反应物和反应原理
①实验室制氢气
常用锌跟盐酸或稀硫酸反应制氢气。
Zn+H2SO4(稀)ZnSO4+H2↑
Zn+2HCl ZnCl2+H2↑
在制气装置的出口处点燃氢气，一定要事先检查纯度，以确保实验安全。
②实验室制氧气
常用氯酸钾(二氧化锰作催化剂)或高锰酸钾受热分解来制氧气。
2KClO3 2KCl+3O2↑
2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
此外，过氧化氢(H2O2)在二氧化锰催化下分解，也可作为实验室制氧气的一种简便方法。
2H2O22H2O+O2↑
KClO3和MnO2要纯净，加热时以不迸发火花为合格，以确保实验安全。
③实验室制氯气
常用氧化剂(二氧化锰或高锰酸钾)跟浓盐酸反应制氯气。
MnO2+4HClMnCl2+2H2O+Cl2↑
2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑
高锰酸钾和盐酸反应可在常温下顺利进行，不需加热。氯气有毒。多余的氯气必须用NaOH溶液吸收，以免污染空气和使人受到毒害。
④实验室制氯化氢
常用食盐和浓硫酸反应制氯化氢，间接加热温度较低，通常生成硫酸氢钠和氯化氢。
NaCl+H2SO4(浓)NaHSO4+HCl↑
氯化氢极易溶于水，为使反应顺利进行，应该使用固体氯化钠和浓硫酸。
⑤实验室制硫化氢
常用硫化亚铁和稀硫酸反应制硫化氢。
FeS+H2SO4(稀)FeSO4+H2S↑
制硫化氢不能用浓硫酸和硝酸等氧化性酸。硫化氢有毒，要注意通风或用NaOH溶液吸收多余的硫化氢。
⑥实验室制氨气
常用铵盐(氯化铵、硫酸铵)跟碱(氢氧化钙)反应制氨气。
2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑
氨极易溶于水，一般用加热上述的固体混合物来制氨气。
此外，也可直接加热浓氨水在实验室制得氨气。
⑦实验室制二氧化硫
常用亚硫酸钠跟浓硫酸反应制二氧化硫
Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+H2O+SO2↑
亚硫酸钠在空气中较易氧化变质，最好选用新开瓶的亚硫酸钠。
⑧实验室制二氧化碳
常用碳酸钙(石灰石美国英思科MX6、大理石)跟盐酸反应制二氧化碳。
CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
不能用硫酸与碳酸钙反应制二氧化碳，这是因为硫酸钙的溶解性小，附在碳酸钙表面，反应难以持续进行。
此外，小苏打受热分解也可在实验室获得二氧化碳。
2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
⑨实验室制甲烷
常用无水醋酸钠和碱石灰(NaOH和CaO的混合物)共热制甲烷。

上述反应中氧化钙是吸湿剂，可使反应在无水条件下顺利进行，还可减少热的氢氧化钠对玻璃的腐蚀。醋酸钠晶体中含结晶水，相比之下，还是用无水醋酸钠与碱石灰反应制甲烷更好。
⑩实验室制乙烯
常用无水乙醇和浓硫酸共热来制乙烯。

要控制好反应混合液的温度以减少副反应。要在烧瓶中加入少量碎瓷片，以防止爆沸。
(11)实验室制乙炔
常用电石跟水反应制乙炔
CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑
反应很激烈，要控制好水量，最好逐步加入水，使放出乙炔的速度相对较稳定。若用饱和食盐水代替纯水跟电石混合，可使放出乙炔的速度减缓。
(12)其他气体的生成方法
在实验室中，可用下列反应制得一氧化碳、一氧化氮和二氧化氮。

3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑
Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑
制取这些气体要注意通风，减少室内污染和对人的毒害。制一氧化碳的反应在加热的条件下较剧烈，应将甲酸逐滴加到热的浓硫酸中，以控制生成一氧化碳的速度。一氧化氮在空气中迅速氧化成二氧化氮，因此，必须用排水集气法收集一氧化氮。
(2)制气装置
选择制气装置，主要依据反应物的状态和反应条件。比较典型的有三套制气装置。

①加热固体制气体的装置(图5-17A)
常用大试管和单孔橡皮塞组成的反应容器。此装置可用于制氧气、氨气和甲烷等。此装置的试管口应略向下倾斜，以防止产生的水流到受热部位引起试管炸裂。
②加热固体和液体或液体和液体混合物制气体的装置(图5-17B)
它所用的是分液漏斗和圆底烧瓶组成的反应容器。此装置可用于制氯气、氯化氢、一氧化氮、一氧化碳和乙烯等。容器内产生气体较快、压强较大，有时通过分液漏斗不易滴入液体，可在分液漏斗下端套一小试管形成液封，即可顺利加入液体。制乙烯为控制温度，应装有温度计(去掉分液漏斗)。
③常温下固体和液体反应制气体的装置(图5-17C)
此装置可用于制氢气、二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮和乙炔等。该装置的烧瓶有时可用广口瓶代替。
为了多次间断地制取氢气、硫化氢和二氧化碳等气体，还可以使用启普发生器(图5-18)或类似的简易装置。启普发生器由球形漏斗、容器(球形和半球形)两部分构成。制气体时，打开旋塞，气体从旋塞处导出，容器内压强减小，液体进入盛固体的部位发生反应产生气体。关闭旋塞，容器内压强增大，一些液体压到球形漏斗中，液体与固体脱离接触，可以终止反应。
(3)气体的收集
实验室收集气体有三种方法。选用何种方法收集，主要取决于气体在水中的溶解性和气体对空气的相对密度。
①排水集气法(图5-19A)
一般说来，不易溶于水、不跟水发生化学反应的气体可用排水集气法收集。排水集气法可用来收集氧气、氢气、一氧化氮、一氧化碳、甲烷、乙烯和乙炔等气体。为操作方便，气体的导管不宜伸入集气瓶里过长。由于氯气在饱和食盐水中溶解度较小，可用排饱和食盐水法收集到纯度较高的氯气。

②向下排空气集气法(图5-19B)
比空气轻、相同状况下对空气的相对密度小于1的气体，可用瓶口向下排空气集气法收集。此法可用于收集氢气、氨气、甲烷等气体。为保证气体的纯度，气体的导管口应接近集气瓶底，尽量把瓶中的空气排尽。一些气体相对分子质量接近29，与相同状况下空气的密度相近(例如乙烯)，不易用排空气集气法收集到纯度较高的气体，可考虑用排水法收集。
③向上排空气集气法(图5-19C)
比空气重，相同状况下对空气的相对密度大于1的气体，可用瓶口向上排空气法收集。此法可用于收集氧气、氯气、氯化氢、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和硫化氢等气体。为保证气体的纯度，气体的导管口应接近集气瓶底，尽量把瓶中的空气排尽。
2．气体的洗涤、干燥、溶解和验满
(1)洗涤气体
洗涤气体可用洗气瓶或简易的洗气装置(图5-20、21)，被洗涤的气体应从插在液面下的导管一端进入，洗涤后的气体从短导管一端导出。
要根据需洗涤的气体中杂质气体的性质，选用适当的洗涤剂。实验室制取气体时，常因原料不纯、反应物挥发和发生副反应等原因，使得到的气体中混有杂质气体，欲得到纯度更高的气体，就需要洗涤除去杂质气体(表5-1)。

在选用洗涤剂(某种溶液)时，应该确保做到以下两点：
①洗涤剂中的溶质能跟杂质气体发生化学反应，使杂质转变为沉淀或成为可溶性物质而溶解气体。或者，洗涤剂中的溶剂能够充分溶解杂质气体，从而达到去除杂质气体的目的。
②主要气体在洗涤剂中溶解度小，不被洗涤剂大量吸收。例如，用饱和食盐水洗涤含氯化氢的氯气时，氯化氢大量溶于盐水中，氯气不易溶于饱和食盐水，从而达到去除杂质气体的目的。又如，用浓碳酸氢钠洗涤含氯化氢的二氧化碳时，氯化氢跟碳酸氢钠反应而被充分吸收，二氧化碳与碳酸氢钠不反应，且在该溶液中溶解度小，从而达到去除杂质气体的目的。若改用碳酸钠溶液，因二氧化碳与碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠，二氧化碳也被该溶液充分吸收，此法不可取。
(2)干燥气体
干燥气体使用液体和固体作干燥剂时，装置不相同(图5-22)。
除去不同气体中的水蒸气，应选用不跟被干燥气体反应的干燥剂。即：碱性气体不能用酸性干燥剂；酸性气体不能用碱性干燥剂；还原性气体不能用常温下能氧化它的氧化剂作干燥剂。(见表5-2)

选用干燥剂时，还应注意：
①一些气体可选用多种干燥剂进行干燥。例如，氧气跟上述各种干燥剂均无反应，使用上述各种干燥剂均可。
②某些气体跟某种干燥剂发生特殊的作用。例如，氨气跟氯化钙可发生络合反应，氨气可被氯化钙大量吸收，因此，不宜用无水氯化钙干燥氨气。
某些还原性气体(如一氧化碳等)，常温下不易被浓硫酸氧化，因此，仍可用浓硫酸干燥它们。
(3)溶解气体
用液体或溶液溶解气体，常用于制备气态物质的水溶液和吸收制取气体或气体性质实验的尾气。常用的吸收气体的装置有两种(图5-23)。

若气体在液体或溶液中不易溶解，可使用装置B。若气体极易溶解，则应选用A，可防止液体发生倒吸至前面的装置中，避免造成实验失败或引起实验事故。装置A的漏斗上沿不宜进入液面过深，以确保能发挥防上液体倒吸的作用。
(4)气体的验满
收集气体时，常需确切地了解集气瓶中某气体是否已充满。用排水法收集气体时，这一情况很易观察，判断。用排空气集气法收集有色气体(Cl2、NO2等)，也可直接观察到。无色气体是否充满集气瓶，通常要利用气体的某种性质，使用某种物质(试剂、试纸等)在瓶口处进行检验。例如，可用带火星的木条放在收集氧气的集气瓶口处，如果木条剧烈燃烧，表明氧气已集满。又如，可用燃着的木条放在收集二氧化碳的集气瓶口处，如果燃着的木条熄灭，表明二氧化碳已集满。一些气体的验满，可使用检验该气体的试剂或试纸。