高中化学实验必备：气体收集、净化与干燥全攻略

高中化学实验必备：气体收集、净化与干燥全攻略

在高中化学实验中，气体的收集、净化和干燥是基础且重要的实验技能。本文将详细介绍这些方法，并通过具体实验案例帮助读者掌握相关知识。

气体收集方法

1. 排水集气法

适用于收集不溶于水，不与水反应的气体。装置如下：如采用第二个装置，气体应短进长出。

2. 向上排空气法

适用于收集密度比空气大不与空气反应的气体，装置如下：如采用第二个装置，气体应长进短出。

3. 向下排空气法

适用于收集密度比空气小不与空气反应的气体。装置如下：如采用第二个装置，气体应短进长出。

气体净化

装置：

气体干燥

干燥原则

干燥剂只能吸收气体中含有的水分而不能与气体发生反应。

1. 酸性干燥剂不能干燥碱性气体。
2. 碱性干燥剂不能干燥酸性气体。
3. 具有强氧化性的干燥剂不能干燥具有强还原性的气体。注意H2、CO、SO2虽具有还原性，但可用浓H2SO4干燥。

常见物质干燥

相关高中化学知识点：氯气的制取

氯气的实验室制法

1. 实验室用浓盐酸和二氧化锰反应制取氯气。
2. 装置图：
3. 步骤：

氯气的工业制法

1. 电解饱和食盐水(氯碱工业)，化学方程式为：
2. 电解熔融的氯化钠(可制得金属蚋)，化学方程式为：
3. 电解熔融的氯化镁(可制得金属镁)，化学方程式为：

其他物质的制备（硫酸铜晶体、铁红等）

实验室制取甲烷（CH4）

1. 反应原理：CH3COONa＋NaOH CH4＋Na2CO3
2. 发生装置：固+固 气
3. 净化方法：浓硫酸（除水蒸气）
4. 收集方法：排水集气法/向下排空气法
5. 尾气处理：无
6. 检验方法：①点燃，淡蓝色火焰，燃烧产物是H2O和CO2

实验室制取一氧化氮（NO）

1. 反应原理：3Cu＋8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
2. 发生装置：固+液→气
3. 净化方法：浓硫酸（除水蒸气）
4. 收集方法：排水集气法
5. 尾气处理：收集法（塑料袋）
6. 检验方法：无色气体，暴露于空气中立即变为红棕色

实验室制取二氧化氮（NO2）

1. 反应原理：Cu＋4HNO3(浓)==Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
2. 发生装置：固+液→气
3. 净化方法：浓硫酸（除水蒸气）
4. 收集方法：向上排空气法
5. 尾气处理：碱液吸收 (3NO2+H2O==2HNO3+NO;NO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O)

实验室制取氯化氢（HCl）

1. 反应原理：2NaCl＋H2SO4 Na2SO4＋2HCl?
2. 发生装置：固＋液→气
3. 净化方法：浓硫酸（除水蒸气）
4. 收集方法：向上排空气法
5. 尾气处理：水（防倒吸装置）
6. 检验方法：①能使湿润的蓝色石蕊试纸变红 ②靠近浓氨水冒白烟

五水硫酸铜的制备

1. 实验原理：铜是不活泼金属，不能直接和稀硫酸发生反应制备硫酸铜，必须加入氧化剂。在浓硝酸和稀硫酸的混合液中，浓硝酸将铜氧化成Cu2+，Cu2+与SO42-结合得到硫酸铜： Cu+2HNO3+H2SO4====CuSO4+2NO2+2H2O 未反应的铜屑（不溶性杂质）用倾滗法除去。利用硝酸铜的溶解度在0～100℃范围内均大于硫酸铜溶解度的性质，溶液经蒸发浓缩析出硫酸铜，经过滤与可溶性杂质硝酸铜分离，得到粗产品。硫酸铜的溶解度随温度升高而增大，可用重结晶法提纯。在粗产品硫酸铜中，加适量水，加热成饱和溶液，趁热过滤除去不溶性杂质。滤液冷却，析出硫酸铜，过滤，与可溶性杂质分离，得到纯的硫酸铜。
   
2. 实验步骤
   ①称量1.5g铜屑，灼烧至表面呈现黑色，冷却；
   ②加5.5mL3mol/L硫酸，2.5mL浓硝酸，反应平稳后水浴加热，补加2.5mL3mol/L硫酸，0.5mL浓硝酸；
   ③铜近于完全溶解后，趁热倾滗法分离；
   ④水浴加热，蒸发浓缩至结晶膜出现；
   ⑤冷却、过滤；
   ⑥粗产品以1.2mL水/g的比例，加热溶于水，趁热过滤；
   ⑦滤液冷却、过滤、晾干，得到纯净的硫酸铜晶体。
   ⑧称重，计算产率。

实验室制取硫化氢（H2S）

1. 反应原理：FeS＋2HCl→H2S↑＋FeCl2
2. 发生装置：固+液→气（启普发生器）
3. 净化方法：饱和NaHS（除HCl），固体CaCl2（除水蒸气）
4. 收集方法：向上排空气法
5. 尾气处理：CuSO4溶液或碱液吸收（H2S+2NaOH==Na2S+H2O或H2S+NaOH==NaHS+H2O）
6. 检验方法：①湿润的蓝色石蕊试纸变红 ②湿润的醋酸试纸黑

乙烯的制取

1. 实验室里是把酒精和浓硫酸按1：3混合迅速加热到170℃，使酒精分解制得。浓硫酸在反应过程里起催化剂和脱水剂的作用。 　　
   制取乙烯的反应属于液--液加热型
   C2H6O CH2=CH2↑+H2O
2. 装置图：
3. 注意事项：
   ①酒精和浓硫酸按体积1比3混和，使乙醇利用率提高，必须使用无水酒精，而且必须控制170摄氏度才能制得乙烯。装置连接时由下至上，由左至右。温度计插入液面下。
   ②烧瓶内加沸石以避免暴沸。
   ③温度计水银头插入液面下，但不要接触烧瓶底部，以测定液体温度。
   ④要使液面温度迅速升到170℃，以避免副反应发生。
   (4)收集方法：乙烯的密度与空气相当，所以不能用排空气取气法，只能用排水法收集。
   检验：点燃时火焰明亮，冒黑烟，产物为水和CO2；通入酸性高锰酸钾溶液中，紫色高锰酸钾褪色。
   (5)实验现象：生成无色气体，烧瓶内液体颜色逐渐加深。
   (6)两点说明
   ①实验室中用无水乙醇和浓硫酸制取乙烯气体，加热不久圆底烧瓶内的液体容易变黑，原因是：浓硫酸将无水乙醇氧化生成碳单质等多种物质，碳单质使烧瓶内的液体带上了黑色。制得的C2H4中往往混有
   等气体。
   ②实验时要求使反应温度迅速卜升到170℃并稳定在170℃左右，因该温度下主要产物是乙烯和水，而在140℃时主要产物是乙醚和水，当温度高于170℃ 时，乙醇和浓硫酸发生的氧化反应更加突出，反应产物有
   等多种物质。相关反应方程式为：