气体制备

气体的制备是实验化学中基本与重要的一项技能。在部分化学反应中有气体参与，但是气体试剂不便于储存，所以在进行实验前要通过反应来生成这种气体，随制随用，这就是气体制备。

气体制备装置

气体制备过程中用到的实验装置主要有反应装置、纯化装置、收集装置以及后续处理装置。

一、气体反应装置

对于反应装置，主要考虑：

反应条件：是否需要加热。

反应物的物态：是否全是固体、是否有液体。 

通常有：固体液体常温装置，固体加热装置，固体液体加热装置。

二、气体纯化装置

反应时通常可能伴有副反应或者杂质。为了防止这些杂质导致产品不纯，因此要将气体通过一些装置（洗气瓶等），去除这些杂质。通常有如下几类：

生成物中有水或者加热的药品有结晶水，导致生成气体中混有水蒸气。检验：无水硫酸铜，遇水变蓝。用H2SO4、P2O5、无水CaCl2、碱石灰等除去。部分气体可能与浓硫酸或碱石灰反应，要注意。

浓盐酸挥发，导致气体中混有氯化氢。用水（溶解）或者饱和食盐水（如果目标产物是Cl2会与水反应，因此使用饱和食盐水）除去。

装置中残余的空气。一般检查气密性后要反应一会儿在开始收集。

三、气体收集装置

考虑气体的密度、在某些液体的溶解度：确定收集方式。例如二氧化碳易溶于水所以不适用排水法，但可以排空气或者排油；SO3易溶于水但不易溶于煤油，因此可以排油等。

如果气体不与空气反应，用向上排空气法或者向下排空气法收集（取决于密度）。

如果气体不与水反应，用排水法反应。

如果气体不满足上述两项，用特殊方法收集，视情况而定。比如多功能瓶（wan能瓶）等。

四、尾气处理

一些气体若进入大气会造成污染、引发人畜中毒，因此在实验时要把混有这种气体的尾气处理掉。

常见方法：

点燃。（如一氧化碳）

通过与该气体反应且无后患的试剂。（如如SO3通入氢氧化钠溶液）

气囊收集。

常见气体的制备

一、氢气制备

1、实验室氢气制备

反应原理：利用金属活动性比氢强的金属单质与酸反应，置换出氢元素。

用锌与稀硫酸反应：

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

注意：

1、选取的金属应与酸反应速率适中，产生气泡均匀

2、这里Z好不用盐酸，是因为该反应放热，盐酸会挥发出氯化氢气体，使制得的气体含有氯化氢杂质。Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑

3、钾、钙、钠等金属与稀酸反应时，会优先置换出水中的氢并生成相应的碱，且反应过于剧烈

4、不能使用硝酸或浓硫酸，因为这两种酸具有强氧化性，反应将会生成NO2或SO2

2、工业氢气制备

①水煤气法(主要成分CO和H2，C+H2O==高温==CO+H2）

②电解水的方法制氢气(2H2O==通电==O2↑+2H2↑)

③电解饱和食盐水（2NaCl+2H2O==通电==2NaOH+H2↑+Cl2↑）

二、氧气制备

1、氧气的实验室制备

制取原理：H2O2分解、KMnO4分解、KClO3在MnO2催化与加热下分解

检验：能使带火星的木条复燃；

收集：排水法，向上排空气法；

此实验的一些注意事项：

如果使用过氧化氢分解法制取，要注意H2O2加入MnO2中；

如果使用长颈漏斗，要注意液封；

使用加热高锰酸钾制取氧气，要注意试管略向下倾斜，同时注意预热，Z好在试管口垫棉花以免高锰酸钾进入导管。

使用加热氯酸钾与二氧化锰制取氧气时注意：

1)、不能像加热高锰酸钾一样在试管口垫棉花！高锰酸钾是强氧化剂，会与棉花反应；

2)、副反应有Cl2等气体生成。

3)、检查氯酸钾的纯度。

排水法收集时注意：

1)、刚开始有气泡冒出是有可能是原装置中的空气，不要收集。

2)、导管口稍稍伸入集气瓶即可；

3)、水槽中的水不要加太满。

2、工业制氧气

工业制氧是利用空气分离或水分解的方法大量制取氧气，原料来源广泛，是利用了物质的物理性质和化学性质，可以降低成本。工业生产还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。

因为任何液态物质都有一定的沸点，人们正是利用了物质的这一性质，在低温条件下加压，使空气转变为液态，然后蒸发。由于氮的沸点是-196℃，比液态氧（-183℃）低，因此氮气首先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要就是液态氧了。为了便于贮存、运输和使用，通常把氧气加压到15000kPa，并贮存在漆成蓝色的钢瓶中。

近年来，膜分离技术得到迅速发展。利用这种技术，在一定压力下，让空气通过具有富集氧气功能的薄膜，可得到含氧量较高的富氧空气。利用这种膜进行多级分离，可以得到含90%以上氧气的富氧空气。

富氧膜的研究在YL、发酵工业、化学工业、富氧燃烧等方面得到重要应用。

三、氯气制备

1、氯气的实验室制备

制取原理：强氧化剂氧化含氧化合物

制取方程式：MnO2+4HCl(浓) =加热= MnCl2+Cl2↑+2H2O 

检验：能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色;

除杂质：先通入饱和食盐水（除HCl）,再通入浓H2SO4（除水蒸气）

收集：排饱和食盐水法或向上排气法

尾气回收：Cl2+2NaOH = NaCl+NaClO+H2O

此实验的一些注意事项：

1)、盐酸一定是浓盐酸，稀盐酸在此条件下不与二氧化锰反应；而实验时浓盐酸浓度逐渐降低，到达一定限度后不再反应。因此实际实验中所添加的的浓盐酸实际的量要比理论值多一些。

2)、要使用NaCl的饱和溶液出去HCl气体。HCl可在NaCl的饱和溶液中溶解，但是Cl2基本不溶于NaCl的饱和溶液。

3)、烧瓶加热要垫石棉网。

2、氯气工业制法

1)、工业生产中用直流电电解饱和食盐水法来制取氯气：

2NaCl+2H₂O=通电= H₂↑+Cl₂↑+2NaOH

氯碱工业始于 20世纪 20年代，氯气的生产主要是采用电解卤水（饱和食盐水）。

精制的饱和食盐水注入电解槽后，在直流电的作用下进行电解 ，其电极反应如下：

阳极反应：2Cl-- 2e → Cl2↑

阴极反应：2H2O+ 2e → H2↑+ 2OH-

总反应： 2NaCl+ 2H2O → 2NaOH+ Cl2↑+ H2↑

通过电解槽出来的氯气中含有许多杂质，如氢气、水蒸气、三氯化氮等 ，必须进行消除杂质或进行干燥处理。

2)、其它冶金工业的副产品，如冶镁：MgCl2（熔融）=电解= Mg + Cl2 ↑

炼钠：2NaCl（熔融）=电解= 2Na + Cl2 ↑