气体的干燥是气体制取实验的重要操作之一,也是近年来中考、化学竞赛、甚至高考、会考的常考知识点之一。下面就该类问题的有关知识作了归纳。
一、抓住1个原则
进行干燥操作及实验设计时必须遵循“不减原则”,即通过干燥操作之后,目标气体的量不能减少。
二、领会2个选择
1.干燥剂的选择:酸性目标气体应选择酸性干燥剂; 碱性气体选择碱性干燥剂;中性气体可用任何干燥剂(但应注意常温常压下的还原性气体不能选择氧化性干燥剂;NH3不能选择CaCl2作为其干燥剂,因为CaCl2和NH3存在下列反应: CaCl2+8NH3=CaCl2·8NH3)。
2.干燥装置的选择:液体干燥剂选择洗气瓶这种干燥装置来盛装; 固体干燥剂可用干燥塔、干燥管(包括U型干燥管)来盛装,其中干燥塔应用于大量目标气体的干燥。中学化学实验中常用的干燥剂及所干燥的气体列表如下:
干燥剂 能够干燥的气体
浓H2SO4 H2、O2、N2、CO2、CO、Cl2、HCl、SO2、CH4、C2H4等
P2O5 H2、O2、N2、CO2、CO、Cl2、HCl、SO2、CH4、C2H4等
碱石灰 主要用于干燥NH3,但也可干燥H2、O2、N2、CO、CH4等
CaCl2 H2、O2、N2、CO2、Cl2、HCl、H2S等
三、弄清3种分类
气体干燥的三个“要素”是:目标气体、干燥剂和干燥装置。要想正确地进行气体的干燥操作,必须先弄清这三“要素”的分类。
1.目标气体的分类。
⑴根据气体水溶液的酸碱性分类:①酸性气体:CO2、SO2、H2S、NO2、Cl2、HCl、HBr、HI、Br2(g)等。②碱性气体:NH3。③中性气体:O2、H2、N2、CO、 甲烷、乙烯、乙炔等。
⑵根据气体的氧化还原性分类:①氧化性气体:NO2、Cl2、Br2(g)等。②还原性气体:H2S、HBr、HI等。③常温常压下比较稳定的气体:CO2、O2、H2、CO、 甲烷等。
2.干燥剂的分类。
⑴根据干燥剂的酸碱性分类:①酸性干燥剂:浓硫酸、P2O5等。②碱性干燥剂:碱石灰、CaO、NaOH等。③中性干燥剂:无水氯化钙。
⑵根据干燥剂的氧化还原性分类:①氧化性干燥剂:浓硫酸、P2O5等。②非氧化性干燥剂:碱石灰、CaO、NaOH和无水氯化钙等。
⑶根据干燥剂的状态分类:①液体干燥剂:浓硫酸。②固体干燥剂:P2O5、碱石灰、CaO、NaOH、无水氯化钙等。
3.干燥装置的分类。
干燥装置有干燥管、洗气瓶、U型干燥管和干燥塔。
四、明确8项注意
1.注意球形干燥管的“粗进细出”,即待干燥的气体从干燥管的粗端进, 细端出。
2.注意洗气瓶的“长进短出”,即待干燥的气体长管进,短管出。 长管必须插入干燥剂中,而短管则不能插入其中。
3.注意干燥塔的“下进上出”,即待干燥的气体下管进,上管出。
4.注意洗气瓶中干燥剂的量,以洗气瓶容积的1/3为宜,但不要超过其容积的1/2,否则气流太急时,易使干燥剂窜出洗气瓶。
5.注意固体干燥剂的用量。 干燥管和干燥塔内所填充的固体干燥剂要松紧适宜,既不要太紧,也不要太松,太紧则气体不畅通,太松则干燥效果不理想。
6.注意在使用U型干燥管时,两管不能用力挤压,防止断裂。
7.干燥管和干燥塔在盛装固体干燥剂后, 注意在干燥管的两端靠近干燥剂的地方塞垫棉花团或玻璃纤维,防止干燥剂颗粒冲出堵塞管口。
8.注意干燥装置在整个实验设计中的位置。 干燥装置应放在其它除杂装置后,气体性质实验装置前。
五、落实应用能力
题目(2004年全国初中学生化学素质和实验能力竞赛(第十四届天原杯)复赛23题)某纯碱样品中含有少量氯化钠,现欲测定其中碳酸钠的质量分数,进行如下实验:
[实验原理]
Na2CO3十H2SO4==Na2SO4 + H2O +CO2 ↑
通过实验测定反应产生的二氧化碳的质量,即可求得原样品中碳酸钠的质量,进而求得碳酸钠在样品中的质量分数。
[实验装置]
[实验步骤]
①如图连接装置(除B、C外)并加入所需药品。②称量并记录B的质量(m1)。 (称量时注意封闭B的两端。)⑧按动鼓气球,持续约1分钟。④连接上B、C。
⑤打开分液漏斗F的活塞,将稀硫酸快速加入D中后,关闭活塞。⑥按动鼓气球,持续约1分钟。⑦称量并记录B的质量(m2)。(称量时注意封闭B的两端及E右端的出口。)⑧计算。
请回答: (1)已知碱石灰的主要成分是氢氧化钙和氢氧化钠,则干燥管A的作用是 ,干燥管C的作用是 ,E装置的作用是 。步骤③中鼓气的目的是 ;步骤⑥中鼓气的目的是 ;本实验能否同时省略③、⑥两个步骤? ,原因是 。
(2)若所取样品的质量为5g,为确保实验顺利进行,分液漏斗F中至少要盛放10%的稀硫酸(密度为1.07g/mL) /mL,若m1为51.20 g ,m2为53.18g ,样品中碳酸钠的质量分数为 。
解析:这是一道定性与定量相结合的化学实验题,重在考查选手对实验原理的理解能力,对实际实验的操作能力,对实验药品量的选取和实验数据的处理能力,从装置图上可以看出有三处干燥管,并且这三个干燥管的作用并不完全相同。
该实验题设问(1)主要考查的是实验原理,也就是气体的除杂和干燥等实验问题。该问中只要保证进入干燥管B中的气体除样品产生的CO2外,其它气体(包括空气中的CO2)皆不与碱石灰反应即可,这是该实验成功与否的关键。第(2)问是数据的选择和数据的处理,通过数据处理可以得出实验结论,该问相当于一道计算题,对于选手来说,难度不大。
所以该题答案为:(1)“除去鼓入的空气中的CO2”、“防止空气中的CO2和水进入B中影响实验结果”、“防止D中的水蒸气进入B中” 、“用已除去CO2的空气赶走体系中的CO2”、“用已除去CO2的空气将反应产生的CO2全部赶入B中”、“不能”、“空气中的CO2含量与反应体系中的CO2含量不同”。(2)“43.2”、“95.4%”。