實驗室里制取的氣體常常帶有酸霧、水蒸氣或其它雜質氣體,要得到純凈的氣體就必須進行氣體的干燥和凈化。
一、氣體的干燥 在中學實驗室制備的氣體,根據它們水溶液的酸堿性,可以分為三種類型: 酸性氣體:SO2、CO2、Cl2、HCl、H2S、NO2; 堿性氣體:NH3; 中性氣體:H2、O2、CH4、C2H2(乙炔)、CO、NO、C2H4(乙烯)。 根據干燥劑的酸堿性,也可以分為三種類型: 酸性干燥劑 如濃H2SO4、P2O5等 堿性干燥劑 如堿石灰、CaO 中性干燥劑 如無水CuSO4、無水CaCl2 選擇干燥劑的一般方法: 選擇的干燥劑和凈化劑一定要與被凈化、被干燥的氣體本身不反應,而只能與水蒸汽或雜質氣體反應。因此,根據上面所列的干燥劑和常見的氣體,在選擇時,最重要的規(guī)律是: ⒈ 酸性干燥劑(如濃H2SO4、P2O5等)一般只能用于干燥酸性或中性的氣體,因為酸性的干燥劑易和堿性氣體發(fā)生反應。例如: 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4。 同理,堿性干燥劑也不能干燥酸性氣體。 ⒉ 中性干燥劑(如無水CuSO4、無水CaCl2)一般對酸性、堿性、中性氣體都能適用,但氯化鈣不能用來干燥氨氣。因為無水氯化鈣能與氨氣反應: CaCl2+8NH3=CaCl2·8NH3。 ⒊ 具有較強氧化性的濃硫酸,不能干燥具有強還原性的氣體。如濃H2SO4不能干燥H2S氣體。但濃H2SO4能干燥H2、CO這類還原性氣體,因H2、CO的還原性在高溫下才表現得更強。 二、氣體的凈化 氣體凈化的一般原理 由于各種氣體具有不同的性質,因此,選擇的凈化劑也就有所不同,必須根據氣體的性質和凈化劑的性質來確定。一般應把握住凈化劑能有效地與雜質氣體反應,且反應易于進行,反應后又不會產生新的雜質氣體;如果反應去掉雜質后還生成了我們所需要的氣體,那就更好。例如: 欲除去CO2中混有的HCl氣體,常用NaHCO3溶液作凈化劑,因為 HCl+NaHCO3=NaCl+H2O+CO2↑, 反應后即除去了HCl,還生成了CO2,這是兩全齊美的好事,當然是很好的方法了。 選擇凈化劑的一般方法 (1)易溶于水的雜質可用水吸收; (2)酸性雜質可用堿性物質吸收; (3)堿性雜質可用酸性物質吸收; (4)水分可用干燥劑吸收; (5)具氧化性或還原性的雜質可用還原劑或氧化劑除去; (6)能與雜質反應生成沉淀或可溶性的物質,也可用作凈化劑。 例如: H2(HCl)(括號內為雜質氣體),用水或NaOH吸收; CO2(SO2)用飽和NaHCO3 溶液吸收; CO(CO2)用澄清石灰水吸收; Cl2(HCl)用飽和食鹽水吸收; CO2(O2)用加熱的銅粉(或銅網)除去; CO2(CO或H2)用加熱的CuO或Fe2O3 粉末除去,等等。 氣體干燥、凈化的裝置 氣體的干燥常用干燥塔(圖1)或干燥管(圖3),氣體的 凈化裝置常用洗氣瓶(圖2)或用廣口瓶(也可用錐形瓶、大 試管、平底燒瓶等)組裝的洗氣瓶(見圖4)。 氣體干燥、凈化的順序 一般采用先凈化后干燥的順序,且將干燥操作盡量放在最 后一步,或者放在某一特定裝置前(如實驗裝置或收集裝置), 這樣可以收到比較好的效果。 例:要除掉二氧化碳氣中混有的水蒸氣和氯化氫氣體,應使該氣體依次通過下圖中的哪些裝置?請將導管口的標號填入下面的括號內,(下列裝置不要求全部使用)混有H2O(氣)和HCl的CO2→(),由()→(),由()→得純凈的二氧化碳。 (答:8,7,4,3)