實驗室裡製取的氣體常常帶有酸霧、水蒸氣或其它雜質氣體,要得到純淨的氣體就必須進行氣體的乾燥和淨化。
一、氣體的乾燥
在中學實驗室製備的氣體,根據它們水溶液的酸鹼性,可以分為三種類型:
酸性氣體:SO2、CO2、Cl2、HCl、H2S、NO2;
鹼性氣體:NH3;
中性氣體:H2、O2、CH4、C2H2(乙炔)、CO、NO、C2H4(乙烯)。
根據乾燥劑的酸鹼性,也可以分為三種類型:
酸性乾燥劑 如濃H2SO4、P2O5等
鹼性乾燥劑 如鹼石灰、CaO
中性乾燥劑 如無水CuSO4、無水CaCl2
選擇乾燥劑的一般方法:
選擇的乾燥劑和淨化劑一定要與被淨化、被幹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,根據上面所列的乾燥劑和常見的氣體,在選擇時,最重要的規律是:
⒈ 酸性乾燥劑(如濃H2SO4、P2O5等)一般只能用於乾燥酸性或中性的氣體,因為酸性的乾燥劑易和鹼性氣體發生反應。例如:
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4。
同理,鹼性乾燥劑也不能幹燥酸性氣體。
⒉ 中性乾燥劑(如無水CuSO4、無水CaCl2)一般對酸性、鹼性、中性氣體都能適用,但氯化鈣不能用來乾燥氨氣。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,不能幹燥具有強還原性的氣體。如濃H2SO4不能幹燥H2S氣體。但濃H2SO4能幹燥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、氣體的淨化
氣體淨化的一般原理
由於各種氣體具有不同的性質,因此,選擇的淨化劑也就有所不同,必須根據氣體的性質和淨化劑的性質來確定。一般應把握住淨化劑能有效地與雜質氣體反應,且反應易於進行,反應後又不會產生新的雜質氣體;如果反應去掉雜質後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溶液作淨化劑,因為
HCl+NaHCO3=NaCl+H2O
+CO2↑,
反應後即除去了HCl,還生成了CO2,這是兩全齊美的好事,當然是很好的方法了。
選擇淨化劑的一般方法
(1)易溶於水的雜質可用水吸收;
(2)酸性雜質可用鹼性物質吸收;
(3)鹼性雜質可用酸性物質吸收;
(4)水分可用乾燥劑吸收;
(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澱或可溶性的物質,也可用作淨化劑。
例如:(括號內為雜質氣體)
H2(HCl)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。
氣體乾燥、淨化的裝置
氣體的乾燥常用乾燥塔(圖1)或乾燥管(圖3),氣體的淨化裝置常用洗氣瓶(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)。
氣體乾燥、淨化的順序
一般採用先淨化後乾燥的順序,且將乾燥操作儘量放在最
後一步,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()→得純淨的二氧化碳。(答:8,7,4,3)