高中化学实验专题-制取气体

中学化学气体制取原理及其装置图选取

1、常见气体的制取步骤

（1）气体制取装置：气体发生装置-净化装置-干燥装置-或收集装置-吸收装置

（2）气体性质验证装置：气体发生装置-净化装置-（干燥装置）-性质验证装置-吸收装置

2、气体发生装置

（1）化学实验中需用少量气体时，可以根据原料和反应条件在实验室中进行制备，常用的制备方法。

制备方

法

装置图适用气体注意事项

固体+固体，加热氧气，氮

气，氨等

1. 试管口略向下倾

斜，以免管口冷凝水

倒流到灼烧处而使试

管炸裂。

2. 检查装置的气密

性。

固体+液体，不加热块状

不溶

于水

的固

体

氢气，二

氧化碳，

硫化氢等

1.在用简易装置时，

如用长颈漏斗，漏斗

颈的下端应伸入液面

以下，否则起不到液

封的作用；

2. 溶于水的固体或

液体与液体的混合物

反应制备气体不能用

启普发生器。

溶于

水的

固体

或液

体

固体(液体)+液体，加热

一氧化碳，二氧化硫，氯气，氯化

氢等

1. 只有液体时用沸

石。

2. 必要时可用三通玻璃管将蒸馏烧瓶支管与分液漏斗上口相

通，以防止蒸馏烧瓶

内气体压力太大。

（2）常见气体的制备、性质、用途： 气体 制备反应原理 溶解性 特性 H 2 Zn+H 2SO 4==ZnSO 4+H 2

难溶 可燃性、还原性 O 2

2KMnO 4(s)K 2MnO 4+MnO 2+O 2

2H 2O 2

2H 2O+O 2

难溶

氧化性、供呼吸

N 2 NH 4Cl(s)+NaNO 2(s)NaCl+N 2+2H 2O 难溶 稳定、不活泼

Cl 2

MnO 2(s)+4HCl(浓)==MnCl 2+Cl 2+2H 2O

2KMnO 4+16HCl(浓)==2KCl+2MnCl 2+5Cl 2+8H 2O

可溶

黄绿色、氧化性、有毒

HCl 2NaCl+H 2SO 4(浓)Na 2SO 4+2HCl

或在浓盐酸中滴入浓硫酸

极易溶 酸性、刺激性

H 2S

FeS(s)+2HCl==H 2S +FeCl 2

可溶

臭鸡蛋味、还原性、剧毒

NH 3 2NH 4Cl(s)+Ca(OH)2(s)CaCl 2+2NH 3+2H 2O

极易溶 易液化、弱碱性、刺激

性

气体

制备反应原理溶解性特性或在碱石灰中滴入浓氨水

CH4CH

3COONa(s)+NaOH(s)

Na2CO3+CH4难溶可燃

C2H4CH

3CH2

OH C2H4+H2O难溶略有甜香气味

C2H2CaC2(s)+2H2O C2H2+Ca(OH2)微溶可燃、加成

CO HCOOH H

2O+CO

难溶剧毒、可燃、还原

CO2CaCO3(s)+2HCl==CaCl2+CO2+H2O可溶弱酸性、不支持燃烧SO2Na2SO3+H2SO4(浓)==Na2SO4+SO2+H2O

Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2+2H2O

易溶漂白性、有毒、刺激性NO3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2O难溶剧毒、易被氧化

NO2Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2+2H2O易溶有毒、氧化性、红棕色、

刺激性

3、冷凝回流装置、冷却装置

用于气体发生装置上部，冷凝回流易挥发的反应物用于流程中间，冷凝分离易液化的气体

4、净化装置与干燥装置（1）装置基本类型：

洗气瓶

液体除杂剂（不加热）U形管干燥管

固体除杂剂（不加热）

固体除杂剂（加热）

实验室制备的气体常常带有酸雾和水汽，有时需要净化和干燥。酸雾可用水或物质的水溶液除去，然后根据气体性质选用浓硫酸、无水氯化钙、碱石灰等吸收水汽。通常可使用洗气瓶、U形管或干燥管等仪器进行净化或干燥。液体(如水、浓硫酸等)一般装在洗气瓶内，无水氯化钙和碱石灰等固体装在U形管或干燥管内。气体中如还有其他杂质，则应根据具体情况分别用不同的洗涤液或干燥剂进行处理。

（2）净化剂的选择

选择气体吸收剂应根据气体的性质和杂质的性质而确定，所选用的吸收剂只能吸收气体中的杂质，而不能与被提纯的气体反应。一般情况下：①易溶于水的气体杂质可用水来吸收；②酸性杂质可用碱性物质吸收；③碱性杂质可用酸性物质吸收；④水分可用干燥剂来吸收；⑤能与杂质反应生成沉淀（或可溶物）的物质也可作为吸收剂。

（3）常用的气体干燥剂按酸碱性可分为三类：

①酸性干燥剂，如浓硫酸、五氧化二磷、硅酸胶体。酸性干燥剂能够干燥显酸性或

中性的气体，如CO2、SO2、NO2、HCl、H2、Cl2、O2、CH4等气体。

②碱性干燥剂，如生石灰、碱石灰、固体NaOH。碱性干燥剂可以用来干燥显碱性

或中性的气体，如NH3、H2、O2、CH4等气体。

③中性干燥剂，如无水氯化钙等，可以干燥中性、酸性、碱性气体，如O2、H2、CH4等。

（4）净化与干燥注意事项

一般情况下，若采用溶液作除杂试剂，则是先除杂后干燥；若采用加热除去杂质，则是先干燥后加热。

在选用干燥剂时，显碱性的气体不能选用酸性干燥剂，显酸性的气体不能选用碱性干燥剂。

有还原性的气体不能选用有氧化性的干燥剂，不能用浓 H2SO4干燥 NH3、H2S、HBr、HI、SO3、C2H4等。

能与气体反应的物质不能选作干燥剂，如不能用CaCl2来干燥NH3（因生成CaCl2·8NH3）。

5、收集装置

根据气体的性质不同（即在水中的溶解度大小，相对于空气的密度大小），可有三种收集方法。

收集方法实验装置典型气体适用气

体

注意事项

排水集气法H2、O2、NO、

CO、CH4、CH2

＝CH2、

CH≡CH

难溶于

水的气

体

1.集气瓶应先装满水，

不能有气泡。

2. 停止收集时，应先拔

出导管或者移走水槽，

才能移开灯具。

向下排气法H2、NH3、CH4

CH≡CH

比空气

轻的气

体

1. 集气导管应尽量接

近集气瓶底。

2. 在空气中易氧化的

或密度与空气接近的气

体不宜用排气法，如一

氧化氮等。

向上排气法Cl2、HCl、

CO2、SO2、

O2、H2S

比空气

重的气

体

注意：（1）排气法集气时，应使气体导管伸到瓶底。

（2）能溶于水且溶解度不大的气体，可以用排某些饱和溶液的方法收集。如：CO2可用排饱和碳酸氢钠溶液法收集；Cl2可用排饱和食盐水法收集。（H2S呢）

（3）Cl2、HCl、H2S、NO2、SO2均有毒，最好用下图装置用排气法收集：

a口进气，b口出气，b口应连接尾气处理装置，防止有毒气体排入空气。

（4）用排水法收集满气体后，怎样从水槽中取出集气瓶

用玻璃片在水面下盖住集气瓶口，将玻璃片与集气瓶一起移出水面，将盖有玻

璃片的集气瓶放在桌上（考虑气体密度确定瓶口在上在下）。

6、防倒吸装置

（1）将装置切断：

将有可能产生液体倒吸的系统切断，以防止液体倒吸，如用排水法收集气体，当实验结束时，必须先从水槽中将导管拿出来，然后熄灭酒精灯。

（2）设置防护装置

①倒立漏斗式：如图甲所示，这种装置可以增大气体与吸收液的接触面积，有利于吸

收液对气体的吸收。当易溶性气体被吸收液吸收时，导管内压强减少，吸收液上升到漏斗中，由于漏斗容积较大，导致烧杯中液面下降，使漏斗口脱离液面，漏斗中的吸收液受自身重力的作用又流回烧瓶内，从而防止吸收液的倒吸。

②肚容式：如图乙所示，当易溶于吸收液的气体由干燥管末端进入吸收液被吸收后，

导气管内压强减少，使吸收液倒吸进入干燥管，吸收液本身质量大于干燥管内外压强差，吸收液受自身重量的作用又流回烧杯内，从而防止吸收液的倒吸。这种装置与倒立漏斗很类似。

③蓄液式：如图丙所示，当吸收液发生倒吸时，倒吸进来的吸收液被预先设置的蓄液

装置贮存起来，以防止吸收液进入受热仪器或反应容器。这种装置又称安全瓶（两管都要高）。

④平衡压强式：如图丁所示，为防止反应体系中压强减少，引起吸收液的倒吸，可以

在密闭装置系统中连接一个能与外界相通的装置，起着自动调节系统内外压强差的

作用，防止溶液的倒吸。

7、尾气吸收装置

（1）基本原则

对于有毒、有害的气体尾气必须点燃或用适当的溶液加以吸收，使它们变为无毒、无害、无污染的物质。如尾气Cl2、SO2、Br2（蒸气）等可用NaOH溶液吸收；尾气H2S 可用CuSO4或NaOH溶液吸收；尾气CO可用点燃法，将它转化为CO2气体。

（2）常用装置

①对于极易溶于水的气体可用水吸收，用装置（2）、（3），防止倒吸〖其中装置（3）用于吸收少量气体，效果不如（2）好〗，例如HCl、HBr、NH3。

②对于溶解速率不快的气体可用装置（1），一般使气体与吸收剂发生化学反应而被吸收，例如：Cl2、H2S、SO2等可用NaOH溶液吸收。

③对于可燃性有毒气体，可用装置（4），经点燃除掉，例如：CO。也可以用气囊加以收集。

8、气体体积的测量

对于难溶于水且不与水反应的气体，可借助排出水的体积，用量筒或滴定管测定，从而确定气体的体积。要求量器中的液面与瓶内的液面相平。

常用的测量装置如下：

9、气密性的检验

（1）、基本方法：

①受热法：将装置只留下1个出口，并先将该出口的导管插入水中，后采用微热（手

捂、热毛巾捂、酒精灯微热等），使装置内的气体膨胀。观察插入水中的导管是否有气泡。停止微热后，导管是否出现水柱。

②压水法：如启普发生器气密性检查

③吹气法（不常用，略）

（2）、基本步骤：

①观察气体出口数目，若有多个出口，则通过关闭止水夹.分液漏斗活塞或用水封等方法，只装置只剩一个气体出口。

②采用加热法、水压法、吹气法等进行检查

③观察气泡、水柱等现象得出结论。

注：若连接的仪器很多，应分段检查。

（3）、实例

【例1】如何检查图A装置的气密性

图A 图B

方法：如图B将导管出口埋入水中，用手掌或热毛巾焐容积大的部位，看水中的管口是否有气泡逸出，过一会儿移开焐的手掌或毛巾，观察浸入水中的导管末端有无水上升形成水柱。若焐时有气泡溢出，移开焐的手掌或毛巾，有水柱形成，说明装置不漏气。

【例2】请检查下面装置的气密性

方法：关闭分液漏斗活塞，将将导气管插入烧杯中水中，用酒精灯微热园底烧瓶，若导管末端产生气泡，停止微热，有水柱形成，说明装置不漏气。

【例3】启普发生器气密性检查的方法，

图A 图B 图C

方法：如图所示。关闭导气管活塞，从球形漏斗上口注入水，待球形漏斗下口完全浸没于水中后，继续加入适量水到球形漏斗球体高度约1/2处，做好水位记号静置几分钟，水位下降的说明漏气，不下降的说明不漏气。

【例4】检查下面有长颈漏斗的气体发生装置的气密性。

方法1：同启普发生器。…若颈中形成水柱，静置数分钟颈中液柱不下降，说明气密性良好，否则说明有漏气现象。

方法2：向导管口吹气，漏斗颈端是否有水柱上升用橡皮管夹夹紧橡皮管，静置片刻，观察长颈漏斗颈端的水柱是否下落若吹气时有水柱上升，夹紧橡皮管后水柱不下落，说明气密性良好。

【例5】检查图A所示简易气体发生器的气密性。

图A 图B

方法：关闭K，把干燥管下端深度

．．浸入水中（图B所示），使干燥管内液体面低于烧杯中水的液面，静置一段时间，若液面差不变小，表明气密性良好。

【例6】

图A 图B

方法：如图所示。关闭导气管活塞，从U型管的一侧注入水，待U型管两侧出现较大的高度差为止，静置几分钟，两侧高度差缩小的说明漏气，不缩小的说明不漏气。

10、装置改进

（1）在固（液）液加热制气时，如果气体产生较快，或所连装置较多，

烧瓶内气压较高，分液漏斗中的液体可能不易滴下。

为使分液漏斗中的液体顺利滴下，可设计如下装置：

（2）在某些制备气体和反应的装置中，右装置可防止因后续装置堵塞而造成的压强增大。

（3）制乙炔的装置，可在气体发生装置内部导气管口，放一团棉花，以免反应产生的石灰乳堵塞导管产生危险。

11、拆卸时的安全性和科学性。

（1）对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；

（2）用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后才能停止通氢气，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜再被氧化；

（3）拆卸用排水法收集需加热制取气体的装置时，需先把导气管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸；

（4）拆卸后的仪器要清洗、干燥、归位。

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