化学常识：实验室制取气体的思路

【来源：易教网 更新时间：2025-04-11】

在化学实验中，制取气体是常见且重要的操作之一。了解如何选择合适的发生装置和收集方法，不仅有助于我们高效地完成实验，还能确保实验的安全性和准确性。本文将详细探讨实验室制取气体的基本思路，并结合具体实例进行说明。

发生装置的选择

发生装置的选择主要取决于反应物的状态及反应条件。通常情况下，反应物可以分为固体、液体和气体三种状态。根据不同的反应条件，我们可以选择不同的发生装置来制取所需的气体。

1. 反应物为固体，需加热：

如果反应物是固体，并且需要通过加热来引发反应，那么我们一般会选择使用高锰酸钾制取氧气的发生装置。例如，在制备氧气时，常用的方法是加热高锰酸钾（KMnO），使其分解生成氧气。这一过程需要在高温条件下进行，因此必须使用带有加热功能的发生装置。

这类装置通常包括一个酒精灯或电热板作为热源，以及一个试管或烧瓶等容器来容纳反应物。为了防止反应物飞溅，还需配备适当的防护设备如石棉网。

2. 反应物为固体与液体，不需要加热：

当反应物为固体和液体混合物，并且反应不需要加热时，可以选择类似于制氢气的发生装置。以锌粒和稀硫酸反应制取氢气为例，该反应在常温下即可进行，无需额外加热。此时，常用的装置是一个锥形瓶或平底烧瓶，其中放置固体反应物（如锌粒），然后加入液体反应物（如稀硫酸）。

为了控制反应速率并方便气体的收集，通常会在锥形瓶口安装一个单孔橡皮塞，并连接一根导管，以便将生成的气体导入收集装置中。

收集方法的选择

气体的收集方法主要取决于其物理性质，特别是密度和溶解性。根据这些特性，我们可以选择排水法或排空气法来进行气体的收集。

1. 难溶于水的气体——排水法：

对于那些难溶于水的气体，如氧气和一氧化碳（CO），最常用的收集方法是排水法。排水法的基本原理是利用水的位移来收集气体。具体操作时，首先在一个较大的水槽中装满水，然后将收集气体的容器倒置在水中，使水进入容器底部。当气体从发生装置中产生并通过导管进入容器时，水被逐渐排出，从而实现气体的收集。

这种方法的优点在于能够得到较为纯净的气体，因为水可以有效地去除一些杂质气体。特别需要注意的是，对于像一氧化碳这样有毒且极易燃烧的气体，虽然只能用排水法收集，但在操作过程中必须格外小心，避免泄漏导致危险。

2. 密度比空气大的气体——向上排空气法：

如果待收集的气体密度大于空气，如二氧化碳（CO），则应采用向上排空气法。在这种方法中，气体收集装置通常是一个开口朝上的集气瓶。由于气体密度较大，它会自然下沉并充满整个集气瓶。为了确保气体的纯度，应在集气瓶口放置一个玻璃片或其他遮挡物，以防止外界空气混入。

此外，在实际操作中，还应注意气体的流速和时间，以避免过度充填造成安全隐患。

3. 密度比空气小的气体——向下排空气法：

相反，如果气体密度小于空气，如氢气（H），则应采用向下排空气法。此时，集气瓶的开口应朝下放置，以便较轻的气体能够顺利上升并充满容器。同样地，为了保证气体的纯净度，也需要在瓶口设置适当的遮挡物，并严格控制气体的流入速度和时间。

高考化学必备知识点：高中化学百科知识点总结

在高考化学考试中，实验室制取气体的知识点占据重要地位。掌握这部分内容不仅有助于应对考试中的相关题目，还能提升学生在实际实验操作中的能力。以下是关于实验室制取气体的全面总结：

发生装置的选择

1. 是否需要加热：

- 需要加热的情况：如前所述，当反应物为固体且需要加热时，必须选用具备加热功能的发生装置。例如，加热高锰酸钾制取氧气就是一个典型例子。在这种情况下，除了选择合适的加热设备外，还需注意安全事项，如使用隔热手套、护目镜等防护装备。

- 不需要加热的情况：如果反应物为固体和液体混合物，并且反应在常温下即可进行，则可以选择不带加热功能的发生装置。例如，锌粒与稀硫酸反应制取氢气的过程就属于此类。这类装置相对简单，但同样需要考虑如何控制反应速率和气体的流向。

2. 固体与液体反应：

固体与液体之间的反应通常较为温和，适合在常温常压下进行。为了更好地观察反应进程和控制气体生成速率，可以采取以下措施：

- 使用分液漏斗或滴液漏斗逐滴滴加液体反应物，以精确控制反应速率。

- 在反应容器中加入适量的催化剂，以加速反应进程。

- 通过调节导管的长度和直径，优化气体的传输路径，减少气体泄漏的风险。

收集装置的选择

1. 是否溶于水：

- 难溶于水的气体：如前所述，对于难溶于水的气体，排水法是最理想的选择。排水法不仅能有效去除杂质气体，还能获得较高纯度的目标气体。然而，对于某些特殊气体，如一氧化碳，虽然只能用排水法收集，但在操作过程中需格外谨慎，以防中毒或火灾事故的发生。

- 易溶于水的气体：对于那些易溶于水的气体，如氨气（NH），排水法显然不适合。此时，可考虑使用排空气法来收集气体。需要注意的是，氨气具有强烈的刺激性气味，因此在收集过程中应做好通风措施，避免对人体造成伤害。

2. 密度与空气密度比较：

- 密度大于空气的气体：对于密度大于空气的气体，如二氧化碳（CO），应采用向上排空气法进行收集。这种收集方式简单易行，但要确保集气瓶密封良好，防止外界空气混入影响气体纯度。

- 密度小于空气的气体：对于密度小于空气的气体，如氢气（H），则应采用向下排空气法。在操作时，应注意气体的流速和时间，以免过量填充导致气体溢出或压力过大引发危险。

实验操作注意事项

在进行实验室制取气体的操作时，还需要注意以下几点：

1. 安全第一：无论是加热还是常温反应，都必须严格遵守实验室安全规范，佩戴必要的防护装备，如护目镜、实验服等。特别是在处理有毒气体或易燃易爆气体时，更需加倍小心，确保实验环境通风良好。

2. 精确控制反应条件：为了获得理想的实验结果，必须精确控制反应条件，如温度、压力、反应物比例等。这不仅有助于提高气体产量和纯度，还能避免不必要的浪费和污染。

3. 合理选择仪器设备：根据具体的实验需求，选择合适规格和材质的仪器设备。例如，在制取大量气体时，可选用容量较大的反应容器；而在微量分析中，则应选用精密的小型仪器。

掌握实验室制取气体的基本思路和操作技巧，不仅有助于提高学生的实验能力和应试水平，还能培养他们严谨细致的科学态度和创新精神。通过不断实践和探索，相信每位同学都能在化学实验中取得优异的成绩，并为未来的学习和发展打下坚实的基础。