初中化学 14 气体的制取与净化

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气体制取的一般思路

反应原理：根据所需制取气体的性质，选择合适的化学反应。例如，制取氧气可选用加热高锰酸钾、分解过氧化氢溶液或加热氯酸钾等方法；制取二氧化碳则常用大理石或石灰石与稀盐酸反应。

发生装置：根据反应物的状态和反应条件来选择。如果反应物是固体，且需要加热，一般选择固体加热型发生装置，如用高锰酸钾制取氧气的装置；如果反应物是固体和液体，且不需要加热，通常选择固液常温型发生装置，如用过氧化氢溶液制取氧气或用大理石与稀盐酸制取二氧化碳的装置。

收集装置：根据气体的密度和溶解性来确定。密度比空气大且不与空气中成分反应的气体，可用向上排空气法收集，如氧气、二氧化碳等；密度比空气小且不与空气中成分反应的气体，可用向下排空气法收集，如氢气；难溶于水且不与水反应的气体，可用排水法收集，如氧气、氢气等。

氧气的制取

反应原理：

\(2KMnO_{4}\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}K_{2}MnO_{4}+ MnO_{2}+ O_{2}\uparrow\)

\(2H_{2}O_{2}\stackrel{MnO_{2}}{=\!=\!=}2H_{2}O + O_{2}\uparrow\)

\(2KClO_{3}\stackrel{MnO_{2}}{\underset{\Delta}{=\!=\!=}}2KCl + 3O_{2}\uparrow\)

发生装置：加热高锰酸钾或氯酸钾制取氧气选用固体加热型发生装置；用过氧化氢溶液制取氧气选用固液常温型发生装置。

收集装置：由于氧气不易溶于水且密度比空气略大，所以可用排水法或向上排空气法收集。

二氧化碳的制取

反应原理：\(CaCO_{3}+ 2HCl =\!=\!= CaCl_{2}+ H_{2}O + CO_{2}\uparrow\)

发生装置：固液常温型发生装置。

收集装置：二氧化碳能溶于水且密度比空气大，所以只能用向上排空气法收集。

氢气的制取

反应原理：\(Zn + H_{2}SO_{4}=\!=\!= ZnSO_{4}+ H_{2}\uparrow\)

发生装置：固液常温型发生装置。

收集装置：氢气难溶于水且密度比空气小，所以可用排水法或向下排空气法收集。

气体的净化

净化原则：所选的净化剂只能吸收气体中的杂质，而不能与被提纯的气体发生反应，且不能引入新的杂质。

常见杂质及净化方法

除水蒸气：常用的干燥剂有浓硫酸、氢氧化钠固体、生石灰等。浓硫酸具有吸水性，可用于干燥酸性和中性气体，如氧气、二氧化碳等，但不能干燥氨气等碱性气体；氢氧化钠固体和生石灰都具有吸水性，且能与二氧化碳等酸性气体反应，所以可用于干燥碱性和中性气体，如氢气、氧气等，但不能干燥二氧化碳、二氧化硫等酸性气体。

除二氧化碳：可将气体通过氢氧化钠溶液，二氧化碳能与氢氧化钠反应而被吸收，从而达到除杂的目的。

除氯化氢气体：氯化氢气体易溶于水且能与碱溶液反应，可将气体通过饱和碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液等进行除杂。如制取二氧化碳时，若用稀盐酸与大理石反应，生成的二氧化碳中可能混有氯化氢气体，可将气体通过饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢。

气体的干燥与检验

气体的干燥：根据气体的性质选择合适的干燥剂进行干燥。干燥装置一般为洗气瓶或干燥管。洗气瓶应长进短出，即气体从长导管进入，从短导管排出；干燥管应大口进气，小口出气。

气体的检验

氧气：将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，则证明是氧气。

二氧化碳：将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则证明是二氧化碳。

氢气：点燃气体，在火焰上方罩一个干冷的烧杯，若烧杯内壁有水雾出现，且将烧杯迅速倒转过来，向其中倒入澄清石灰水，石灰水不变浑浊，则证明是氢气。

实验操作中的注意事项

检查装置气密性：在制取气体前，必须检查装置的气密性，以确保实验的成功。检查方法一般有加热法、注水法等。如用加热法检查固体加热型装置的气密性时，可将导管一端放入水中，用手紧握试管，若导管口有气泡冒出，松开手后，导管内形成一段水柱，则说明装置气密性良好。

药品的取用：固体药品一般用药匙或镊子取用，块状固体药品应先将试管横放，用镊子将药品放在试管口，然后将试管慢慢竖起，使药品缓缓滑入试管底部；液体药品一般用倾倒法或胶头滴管取用，取用液体时，试剂瓶的标签应向着手心，瓶塞应倒放在桌面上，防止药品腐蚀标签和污染试剂。

反应条件的控制：对于需要加热的反应，要注意使用酒精灯的正确方法，用外焰加热，先预热后集中加热等；对于需要控制反应速率的反应，如用过氧化氢溶液制取氧气时，可通过控制过氧化氢溶液的浓度或滴加速度来控制反应速率。

气体的收集和验满：用排水法收集气体时，应等到气泡连续均匀冒出时再收集，防止收集到的气体不纯；用排空气法收集气体时，要注意导气管应伸入集气瓶底部，以利于排尽空气。验满时，氧气可用带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则说明氧气已收集满；二氧化碳可用燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则说明二氧化碳已收集满。

气体的制取与净化是初中化学实验中的重要内容，通过对常见气体制取和净化方法的学习和实践，不仅可以加深对化学知识的理解和掌握，还可以培养学生的实验操作能力和科学探究精神。

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