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實驗室常用氣體的製備(bèi)與淨化方法介紹

(1)氫氣的製備與淨化
在實驗室裏製取少量(liàng)的氫(qīng)氣常用啟普發生(shēng)器。原料中的酸可以用硫酸、鹽酸等,金(jīn)屬可以用鋅、鐵、鎂等(děng)。工業上常用水、水煤氣(qì)、天然氣等來製備氫氣。供高純試(shì)劑或高純元(yuán)素生產所用的(de)氫,多以電解水或電解氯化鈉(食鹽)溶(róng)液(yè)來製取。
一般氫氣(qì)中(zhōng)的主要雜質有水蒸(zhēng)氣、氧、微量氮、氯、二氧(yǎng)化碳、磷的化台物以及電解液(yè)的(de)霧沫(mò),少量的油蒸氣等。
氫氣的(de)淨化通常是使氫通過一係列的淨(jìng)化裝(zhuāng)置,各種裝置具有除去一(yī)定雜質的能力,氫氣淨化的方(fāng)法和提純工藝(yì)流程較多,但(dàn)各種方法(fǎ)主要是以除去(qù)水和氧為基本(běn)出發點。
實驗室(shì)中,日(rì)常所用(yòng)的(de)氫氣鋼瓶中的(de)氫(qīng)氣的純度對大多數用途已經足(zú)夠了。當需要提純時,可用鈀催(cuī)化劑(jì)使微量(liàng)氧轉化為(wéi)水,然後用活性氧化鋁或濃硫酸等作幹燥劑充分脫水即可。如對(duì)氧要(yào)求不(bú)嚴格時,可(kě)讓氫氣先通(tōng)過堿性的高錳酸鉀溶液,再通過濃硫酸脫水即可。
必(bì)須注意的是氫氣(qì)和空氣混合物的爆炸極限為4%-75%(體積分數)。當(dāng)排(pái)除係(xì)統中的氫氣(qì)降低壓力時(shí),必須(xū)把氫氣放入空敞(chǎng)的大氣中。
(2)乙炔(quē)的製備與淨化
乙炔的沸點為-84℃(升華)。在15℃和0.3MPa壓力下,100g丙酮中約能溶解30L乙炔。因為乙(yǐ)炔在0.2MPa壓力下(xià)即能爆炸,所以將其溶於丙(bǐng)酮貯存在(zài)鋼(gāng)瓶中,溶有乙炔(quē)的(de)丙(bǐng)酮(tóng)溶液被吸附在多孔物質如矽藻土上,為了(le)防止丙酮被乙炔氣體帶出,乙炔鋼瓶必(bì)須直立著使用。
在實驗室裏少(shǎo)量乙炔使用碳化鈣製備,其反應方法各式如下:CaC2+2H2O→C2H2↑+Ca(OH)2
在(zài)裝有滴液漏(lòu)鬥和氣體導出管的lOOOml圓燒瓶中,放置lOOg碳化鈣,在水冷卻下從滴液(yè)漏鬥慢慢滴加水(shuǐ),生成的乙炔氣經過導(dǎo)管通(tōng)入洗氣瓶淨化。根(gēn)據不(bú)同的要求,可以(yǐ)選(xuǎn)擇適宜的淨化程序。在洗(xǐ)氣(qì)瓶中裝入氫氧化鉀溶液(yè)(500g/L)能除去CO₂等酸性雜質。裝入鉻酸溶液能除去硫化氫等還原性雜質,脫氧可用連苯三酚溶液。微量的丙銅用亞硫酸氫鈉濃溶液洗(xǐ)脫或通過活性(xìng)炭吸(xī)附除去。幹燥可用氯化鈣、硫酸或五氧化磷。
乙炔和空氣(qì)混合物的燃燒極限(xiàn)為(wéi)2.5%-81%(何種分數)。乙炔不能跟(gēn)銀和銅溶液(yè)接觸,因為它們能生成爆炸性的乙炔化合物。由於乙炔中常含有磷化氫(qīng),所(suǒ)以鋼瓶裝的乙炔是有毒的。
(3)氮氣的淨(jìng)化
為了除去鋼(gāng)瓶中所裝氮氣內含有(yǒu)少量氧,可將氮(dàn)氣通過裝有2g聯苯三酚和69氫氧化鉀的50ml水溶液的洗滌(dí)瓶,然(rán)後用堿石灰幹燥(zào)塔進行幹燥。
(4)氨氣的製備與淨化
氨氣(qì)是有特殊(shū)刺激臭味的無色氣體,熔點-77.7℃,沸點-33.35℃,非常容易溶於水中,燃點651℃,在空氣中的爆炸極限為(wéi)15.3%-25%(體積分數),有毒(dú)性及腐蝕性,在空氣中的允許濃度為100μg/g。
在實驗室製備少量按氣方法如下:在燒瓶在混合5份(質量)氯化銨粉末和7份(質量)新硝化的工業品熟石灰,向混合物中(zhōng)加入10份(fèn)質(zhì)量的水並充分攪拌,在砂浴上加熱燒瓶時即可得到勻調的(de)氣流,然後在洗氣瓶(píng)中用少量的水洗(xǐ)滌氣體,並用(yòng)固體(tǐ)氫氧化鉀幹燥。也可用硫酸(suān)銨代替氯化銨,用氫氧化鉀或氫氧化(huà)鈉代替氫氧化鈣。
由於純度為99.8%以上的液氨可(kě)以裝入鋼瓶出售,所以通常可直接使用,在室溫下有0.8MPa左右的壓力,如果使用氨用減壓閥降至常壓放(fàng)出(chū)後,就(jiù)可得到純度很高的氨氣(qì)。如為了除去微量油蒸氣、二氧化(huà)碳(tàn)等需要特別提純幹燥,可使氨氣通過活性炭後再通過裝有堿石灰或固體氫氧(yǎng)化鈉、金屬鈉絲等一係列的幹燥管,最後通過五氧(yǎng)化二磷完全幹燥。
(5)硫化氫的製備(bèi)和淨化
硫化氫為無色氣體,具有腐敗(bài)蛋臭味(wèi)。在常溫能被水吸收,1體積的水約可(kě)吸收2-3何種的氣體,溶解度隨溫度升高(gāo)而減小,在室溫時的(de)飽和溶液約(yuē)為0.1mol/L。硫化氫的水溶液叫做硫氫酸,它是一種弱酸。硫化氫(qīng)為劇毒品(pǐn)。
硫化氫可裝入鋼瓶在市場出售,一般純度在99.9%以(yǐ)上。市售的(de)所(suǒ)謂“固態硫化氫”是一(yī)種有機硫化(huà)物,將(jiāng)其(qí)加熱很容易製取出硫化氫。
實驗室製備硫化氫可由硫(liú)化鐵和鹽酸、硫(liú)化鈣和鹽酸、硫化鈣(gài)和氯化鎂、硫氫化鈉和氯化鎂以及硫化鈉和磷酸等相互作用的方法。現以用硫化鈣與氯化鎂相互作用製備硫化氫的方法為例。
(6)一氧化碳的製備和淨化
一氧化碳毒性極強,無色、無臭,熔點-205.0℃,沸點-191.5℃,臨(lín)界溫度-140.2℃,臨界壓力3.49MPa,密度為期不遠1.250g/L(0),燃點609℃,在空(kōng)氣中爆炸範圍,下限為12.5%(體積分數)。
(7)二氧化碳的(de)淨化
二氧化碳是一種無色無臭(chòu)的氣體。升華點為-78.48℃,熔點為-55.7℃,在lOOml水中的溶解度:0℃時為171ml;20℃時為88ml;60℃時為36ml二(èr)氧化碳。0℃時氣態密度為1.977g/L。液態密度0℃時為0.914g/cm3。
鋼瓶裝的二氧化碳可能含(hán)有的雜質是:水蒸氣、一氧(yǎng)化碳(tàn)、氧、氮,在少數情況下(xià)含(hán)有痕量的硫化(huà)氫、二氧化硫等。
瓶裝二氧化磷的(de)提純方法如下:使二氧化碳氣體(tǐ)依(yī)次通過兩個裝有乙酸鉻(II)的溶液的洗(xǐ)滌瓶,用以除去大部分氧。再通過裝著小塊的(de)碳酸氫鉀的U形管,用以陰德去酸蒸氣。通過裝著高錳(měng)酸鉀溶液的洗滌瓶用以除去硫化氫(qīng)。再通過盛有濃硫酸的洗滌瓶進行(háng)幹燥。最後再(zài)通過裝有(yǒu)活性(xìng)銅和氧化銅並加(jiā)熱至200℃的管,借(jiè)以除去最近(jìn)殘餘的氧和一氧化碳。倘若二氧化碳中不(bú)含這些雜質的某一種,則可免(miǎn)去相應(yīng)的那個容(róng)器。
(8)一氧化(huà)二氮的製備和淨化
一氧化二氮為無色氣體,熔點-90.6℃,沸點-88.5℃。常(cháng)溫時在水中的溶解度(dù)和二氧化碳(tàn)相同,1個何種的水可溶解1個何種的氣體。
純度(dù)相當高的一氧化二氮在原子吸收光譜分析(xī)中用作助燃劑,在醫(yī)學上用作麻醉劑。已有鋼瓶(píng)市售。若再行提純時,可將這種一氧化二氮在五氧化磷上通過之後,用(yòng)掩體空(kōng)氣冷凝,用減壓分餾(liú)蒸餾(liú)即(jí)可。
一氧化二氮的製備(bèi)是用硝酸銨分解法。將純硝(xiāo)酸銨放在電烘箱中,在(zài)160-170℃加熱使其完全脫(tuō)水,將其熔(róng)融物(wù)放在玻璃幹燥器中使用其(qí)凝固(gù)。將它(tā)研成粉末裝到帶有支管的圓(yuán)底燒瓶裏,燒瓶上部繞上加熱線(xiàn)圈,以防止反應中生成的水冷凝回流到硝酸銨熔融物裏(lǐ)。在支管上接上一氧化二氮冷凝捕(bǔ)集器,用冷水冷卻,使生成(chéng)的(de)水(shuǐ)大部分冷凝下來,燒瓶在金屬網上加熱要非常注意,在170℃開始反應,為了防止產生(shēng)氮氣(qì)及氧化氮,溫(wēn)度不得(dé)超過(guò)250℃。因為(wéi)是放熱反應,加(jiā)熱過急或燒瓶中硝酸銨過多都有引起爆炸性反應的危險,所以避免這種情況(kuàng)。產生的一氧化二氮在KOH水溶液和硫酸溶液(yè)中通過得以洗滌。微量氧用堿性連二(èr)硫酸鹽水溶液(yè)洗(xǐ)滌除(chú)去。因為一氧化二氮在水中的溶解度相當(dāng)大,故應將氣體收集在先充滿食鹽飽和溶液或熱水的貯氣器中。

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