物质制备学习.pptx
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1、1O2的制备(1)实验室制O2发生反应的化学方程式为:(或 )制备装置的类型:(或 )2KClO3 2KCl3O22H2O2 2H2OO2固固 气体固液气体第1页/共86页收集方法:因为氧气难溶于水,用 法收集;因为O2的密度比空气 ,可用 收集。验满方法:,观察是否复燃。或用排水法收集O2时,若 ,证明O2已收集满。(2)工业制O2:采用 法。排水大向上排空气法用带火星的木条靠近集气瓶口气体充满集气瓶分离液态空气第2页/共86页2CO2的制备(1)实验室制CO2发生反应的化学方程式为:。制备装置的类型:。净化方法:用 除去HCl。收集方法:用 法收集。验满方法:证明CO2已收集满。(2)工业
2、制CO2:高温煅烧石灰石,化学方程式为:。CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O固液气体饱和NaHCO3溶液向上排空气用燃着的木条靠近集气瓶口,熄灭CaCO3 CaOCO2第3页/共86页3Cl2的制备(1)实验室制Cl2发生反应的化学方程式为:。制备装置的类型:。净化方法:用 除去HCl,再用 除去水蒸气。收集及验满方法:采用 法或 法,用湿润的来检验。尾气处理:多余的Cl2排放到空气中会造成环境污染,须用 吸收 除去。(2)工业制Cl2:电解饱和食盐水,化学方程式为:。MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O固液 气体饱和食盐水浓H2SO4向上排空气排饱和食盐水淀粉KI试纸NaO
3、H溶液2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2第4页/共86页4NH3的制备(1)实验室制NH3发生反应的化学方程式为:。制备装置的类型:。除杂:用 除去混有的水蒸气。收集:只能用 法。验满:a.用湿润的 置于试管口,若试纸 ,说明已收集满。2NH4Cl(固)Ca(OH)2(固)CaCl22NH32H2O固固 气体碱石灰向下排空气红色石蕊试纸变蓝第5页/共86页b将蘸有 的玻璃棒置于试管口,若有 产生,说明已收集满。尾气吸收:用 吸收多余的NH3。(2)工业制NH3发生反应的化学方程式为:。浓盐酸白烟水N23H2 2NH3第6页/共86页5.乙烯的制备(1)实验室制法发生反应的化学方程式为:。
4、制备装置的类型:。除杂:用 除去CO2、SO2等杂质,用 吸收水蒸气。收集:用 收集。(2)工业制乙烯:石油的裂解。CH3CH2OH CH2=CH2H2O液液 气体NaOH溶液浓H2SO4排水法第7页/共86页【想一想】用排饱和食盐水法收集Cl2可以吗?答:可以,由于Cl2在饱和食盐水中的溶解度小,故Cl2除用向上排空气法收集外,也可用排饱和食盐水法。第8页/共86页1实验方案设计的一般原则一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容:(1);(2);(3);(4)(仪器、药品及规格);(5)(包括实验仪器的装配和操作);(6)实验现象和记录及结果处理;(7)问题和讨论。实验方案的设计原则是方法
5、简便、现象明显、操作易行,对于定量实验还要考虑系统误差要求。确定了实验所选用的方法和原理后,就要考虑选择用什么实验装置来完成此实验,即进行实验装置的设计,一套完整的实验装置往往是由多个基本实验装置相互连接而成的,如有关气体的制取和性质实验一般分为气体的发生装置(或气体反应装置)、气体的洗涤装置、气体的收集装置、尾气的吸收装置等部分,要熟悉各基本装置的功能,并注意各基本装置连接顺序的合理性。实验名称实验目的实验原理实验用品实验步骤第9页/共86页2化学实验方案设计的思路第10页/共86页3设计方案时思考实验顺序的选择(1)思考问题的顺序围绕主要问题思考。例如选择适当的实验路线、方法,所用药品、仪
6、器简单易得,实验过程快速、安全、实验现象明显。思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等有关问题。例如制取在空气中易水解的物质(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物质时,往往在装置末端再接一个干燥装置,以防止空气中的水蒸气进入。除杂质除杂质干燥主体实验尾气处理。第11页/共86页(2)仪器连接的顺序所用仪器是否恰当,所给仪器是全用还是选用。仪器是否齐全。例如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置。安装顺序是否合理。例如是否遵循“自下而上,从左到右”的原则;气体净化装置中不应干燥后,又经水溶液洗气。仪器间连接顺序是否正确。例如洗气时“进气管长,出气管短”;干燥管除杂质时“
7、大口进,小口出”等。(3)实验操作的顺序除杂质除杂质干燥主体实验尾气处理顺序连接好实验仪器。检查气密性。在整套仪器连接完毕后,应先检查装置的气密性,然后装入药品。检查气密性的方法要依装置而定。装药品,进行实验操作。第12页/共86页4.设计方案时需注意的问题(1)检查气体的纯度。点燃或加热可燃性气体(H2、CO、C2H4、C2H2等)前,必须检查气体的纯度。例如用H2、CO等气体还原金属氧化物时,需要加 热金属氧化物,在操作中,不能先加热,后通气,应当先通入气体,将装 置内的空气排干净后,检查气体是否纯净(验纯),待气体纯净后,再点燃 酒精灯加热金属氧化物。(2)加热操作先后顺序的选择。若气体
8、产生需加热,应先用酒精灯加热产生气体的装置,等产生气体后,再给实验中需要加热的固体物质加热,目的是:一则防止爆炸(如氢气还原氧化铜);二则保证产品的纯度,防止反应物或生成物与空气中其他物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO,再用CO还原Fe2O3,实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯,生成的CO赶走空气后,再点燃加热Fe2O3的酒精灯,而熄灭酒精灯的顺序则相反,原因是:在还原性气体中冷却Fe,可防止灼热的Fe再被空气中的O2氧化,并防止石灰水倒吸。第13页/共86页(3)冷凝回流的问题。有的易挥发的液体反应物,为了避免反应物损耗和充分利用原料,要在发生装置中设计冷凝回流装置或在发生装置中安装
9、长玻璃管等。(4)冷却问题。有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失,需要用冷凝管,可以用冷水或冰水冷凝气体(物质蒸气),使物质的蒸气冷凝为液态便于收集。(5)防止倒吸问题。实验过程中用到加热操作的,要防倒吸;气体易溶于水的要防倒吸。(6)具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出,用橡皮管连接成连通装置;为防止气体从长颈漏斗中逸出,可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管等。第14页/共86页(7)拆卸时的安全性和科学性。实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性,有些实验为防止“爆炸”或“氧化”,应考虑停止加热或停止通气,如对有尾气吸收装置的实验,必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒
10、精灯,以免造成溶液倒吸;用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯,同时继续通氢气,待加热区冷却后再停止通氢气,这是为了避免空气倒吸入加热区使铜被氧化,或形成易爆气体;拆卸用排水法收集需要加热制取气体的装置时,需先把导管从水槽中取出,才能熄灭酒精灯,以防止水倒吸;拆下的仪器要清洗、干燥、归位。第15页/共86页1从可行性方面对实验方案做出评价和 是设计实验方案的两条重要原则。因此,在对实验方案进行评价时,要分析实验方案是否科学可行,实验方案是否遵循化学理论和实验方法论要求,在实际操作时能否做到可控易行。评价时,从以下4个方面分析:(1)是否正确、可行;(2)是否安全、合理;(3)是否简单
11、、方便;(4)是否明显等。科学性可行性实验原理实验操作实验步骤实验效果对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断。要考虑是否完全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无 污染等。第16页/共86页2从“绿色化学”角度对实验方案做出评价“绿色化学”要求设计更安全的、对环境友好的合成线路,降低化学 工业生产过程中对人类健康和环境的危害,减少废弃物的产生和排放。根据“绿色化学”精神,对化学实验过程或方案从以下4个方面进行 综合评价:(1)反应原料是否易得、安全、无毒;(2)反应速率是否较 快;(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高;(4)合成过程是否 造成环境污染。第1
12、7页/共86页3从“安全性”方面对实验方案做出评价化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下:(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸;(2)进行某些易燃易爆实 验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2,气体点燃先验纯等);(3)防氧化 (如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”,白磷切割宜在水中等);(4)防吸水 (如实验、取用、制取易吸水、潮解、水解的物质宜采取必要措施,以保 证达到实验目的);(5)冷凝回流(有些反应中,为减少易挥发液体反应物的 损耗和充分利用原料,需在反应装置上加装冷凝回流装置,如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等);(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷 却;(7
13、)仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆 炸、防泄漏等角度考虑)。第18页/共86页【例1】四氯化钛是无色液体,沸点为136,它极易水解,遇空气中水蒸气即产生“白烟”(TiCl4H2O=TiOCl22HCl)。四氯化钛可由TiO2与Cl2发生置换反应而制得(TiO2不与HCl反应)。此反应在1 000高温下进行得很慢,但如果有炭粉存在时,只要650850反应便可顺利进行,下图是某同学设计的实验室制备TiCl4的装置:第19页/共86页请回答:(1)A装置中反应的化学方程式是_。(2)B装置中的试剂为_,其作用是_。(3)C装置中的反应方程式为_。(4)D装置中冷凝水的方向为
14、_进_出,该装置的作用为_。(5)E装置中NaOH溶液的作用是_。(6)请指出此装置的缺陷和不妥之处,并进行改进_。第20页/共86页解析:由题意知,在无水环境中TiO2与Cl2在炭粉作催化剂时反应可制得TiCl4液体,故题给装置中各部分的作用分别是A制备Cl2,B除去Cl2中的水,C为主反应装置,D冷凝收集TiCl4,E除去未反应的Cl2、HCl。由于TiCl4极易水解,故D、E之间应连有干燥装置吸收由E进入装置内的水蒸气,A处烧瓶内气压过高,应用一导管将分液漏斗上口与烧瓶连通,便于液体流下来。答案:答案:(1)MnO24HCl(浓浓)MnCl2Cl22H2O(2)浓浓H2SO4吸水(3)T
15、iO22Cl2 TiCl4O2(4)ab使TiCl4冷凝为液体(5)除去未反应的Cl2、HCl(6)把D、E之间加上干燥管,防止TiCl4水解;用导管把分液漏斗与烧瓶连通,使其压强相等第21页/共86页1气体制备时的反应及发生装置的选择(1)制备气体反应的选择一种气体可以由多种反应制得,但只有部分反应适用于实验室制备,这些反应一般应符合以下几个条件:反应物容易获得;反应条件容易达到;反应容易控制;生成的气体容易分离。第22页/共86页(2)气体发生装置气体发生装置依据制备气体所需反应物的状态和反应条件,主要分为三类:第23页/共86页固体固体 气体型(如图A)适用气体:制O2、CH4、NH3等
16、。固体液体气体型(如图B)适用气体:制H2、H2S、CO2、NO2、SO2、NO等。其中可使用启普发生器制取的有:H2、H2S、CO2。制C2H2不能使用启普发生器。固体液体 气体型(或液体液体 气体型)(如图C)适用气体:制Cl2、C2H4等。第24页/共86页2.气体的净化装置及适用气体(1)气体的净化气体气体所含杂质所含杂质净化剂净化剂净化装置示意图净化装置示意图O2Cl2NaOH溶液溶液H2H2SCuSO4溶液溶液CO2HCl饱和饱和NaHCO3溶液溶液CO2SO2Cl2HCl饱和食盐水饱和食盐水SO2HCl饱和饱和NaHSO3溶液溶液H2SHCl饱和饱和NaHS溶液溶液CH4C2H4
17、溴水溴水COCO2,H2O(g)碱石灰碱石灰第25页/共86页N2O2加热的铜网加热的铜网CO2CO或或H2加热的加热的CuOHClCl2加热的加热的KI第26页/共86页(2)气体的干燥液态干燥剂液态干燥剂固态干燥剂固态干燥剂装置装置常见干燥常见干燥剂剂浓硫酸浓硫酸无水氯化钙无水氯化钙碱石灰碱石灰可干燥的可干燥的气体气体H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、HCl等等H2、O2、Cl2、SO2、CO、CO2、CH4、HCl等等H2、O2、N2 CH4、NH3等等不可干燥不可干燥的气体的气体NH3、H2S、HBr、HI等等NH3等等Cl2、HCl、H2S、SO2、CO2、NO2等等
18、第27页/共86页3.气体的收集(1)根据气体的溶解性、密度及是否与空气中的成分反应,可选择排水(液)法、向上排空气法、向下排空气法收集。(2)排水量气装置标准装置:第28页/共86页变化装置:第29页/共86页1下列各组气体中其制备装置、收集装置和收集方法均相同,且都可用浓H2SO4干燥的是()ASO2和H2S BCH4和NH3CCH4和O2 DCO2和H2解析:A、B项中的H2S、NH3不能用浓H2SO4干燥;D项,CO2用向上排空气法收集,H2用向下排空气法收集。答案:C第30页/共86页2以下气体发生装置中,不易控制反应产生气体的量的是()解析:C、D两项中装置类似于启普发生器,可通过
19、活塞的开关调节反应器的压强,控制反应与否,来控制产生气体的量。答案:AB第31页/共86页3(2008天津理综,28)化学实验室制取氯化氢气体的方法之一是将浓硫酸滴入浓盐酸中。请从图中挑选所需仪器,在方框内画出用该方法制备、收集干燥氯化氢气体的装置简图,并在图中标明所用试剂。(仪器可重复使用,固定装置不必画出)第32页/共86页解析:实验室制取HCl气体是用浓H2SO4和浓盐酸混合,因此装置特点是液体液体混合制取气体。反应装置应选圆底烧瓶和分液漏斗、带导管的胶塞,收集干燥气体应加干燥剂,应用干燥装置,用集气瓶式的洗气瓶来干燥,最后用向上排空气法收集HCl。第33页/共86页答案:第34页/共8
20、6页【例2】氯磺酸(HSO3Cl)是无色液体,密度为1.79 gcm3,其沸点约152;氯磺酸有强腐蚀性,遇潮湿空气生成浓烈的白雾,它属于危险品。制取氯磺酸是在常温下将干燥的氯化氢气体通入溶有三氧化硫的硫酸(发烟硫酸)中,氯化氢与三氧化硫化合即得氯磺酸。在实验室里制取氯磺酸可用下图所示的装置(图中衬垫、夹持和固定仪器均已略去)。第35页/共86页所用到的试剂有:密度为1.19 gcm3的浓盐酸;密度为1.84 gcm3质量分数为98.3%的浓硫酸(98.3%的浓硫酸沸点是338);发烟硫酸;无水氯化钙;水;碱石灰。第36页/共86页试填空:(1)对应仪器中应盛入的试剂或药品(填序号):A中的a
21、为_;B中为_,C中为_。(2)A中的分液漏斗下端接有的毛细管的作用是_;将毛细管插入液面并接近烧瓶底部这是为了_;若 不 用 毛 细 管 直 接 用 分 液 漏 斗 注 入 a中 液 体,可 能 发 生 的 现 象 是_。(3)写出实验室制备氯磺酸的化学方程式_;反应到一定程度时需用酒精灯在C装置下加热的作用是:_。(4)F装置中加入的试剂是_(填序号,限在本题给定的试剂中选择),其作用是_。第37页/共86页解析:结合实验叙述和装置图可知,A为制取HCl装置,B为净化装置,C为主体反应装置,D、E为分离接收装置,F为尾气处理装置,且防止空气中的水蒸气进入E装置而与HSO3Cl反应。结合各装
22、置的作用可推知装置内的试剂a为浓盐酸,B中为98.3%的浓H2SO4,C中为发烟硫酸,F中为碱石灰。在加入试剂时分液漏斗下端连接有毛细管,能使浓盐酸进入到浓H2SO4内部,否则滴落到浓H2SO4表面,浓硫酸放出的热量会使液滴飞溅。答案:答案:(1)(2)控控制浓盐酸流量使密度较小的盐酸进入浓硫酸中防止液滴飞溅会使液滴飞溅(3)SO3HCl=HSO3Cl蒸馏出沸点比浓H2SO4低的氯磺酸(4)吸收HCl和空气中的水蒸气第38页/共86页关于气体和重要无机物的实验室制法在前面已有详细的介绍,这里仅对制备实验方案的设计与评价进行阐述:制备实验方案设计的程序与评价第39页/共86页1.选择最佳反应途径
23、,如:(1)用铜制取硫酸铜 2CuO2 2CuO,CuOH2SO4(稀)=CuSO4H2O(2)用铜制取硝酸铜 2CuO2 2CuO,CuO2HNO3(稀)=Cu(NO3)2H2O(3)用铝制取氢氧化铝 2Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2 2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2 Al2(SO4)36NaAl(OH)4=8Al(OH)33Na2SO4 当n(Al3)nAl(OH)41 3时,Al(OH)3产率最高。第40页/共86页2.选择最佳原料 实验室用铝盐溶液与碱溶液反应制取氢氧化铝,应选用氨水,而不能选用强碱氢氧化钠溶液;用铜盐与碱溶液反应制取氢氧化铜,应选用氢氧
24、化钠溶液,而不能选用氨水(氢氧化铜可溶解在氨水中)等。3.选择适宜操作方法选择适宜操作方法 实实验室制备氢氧化亚铁时,因氢氧化亚铁在空气中极易与氧气、水反应生成氢氧化铁,需要注意隔绝空气,其方法是:(1)铁盐需新制(用足量铁与稀硫酸反应或还原氯化铁溶液);(2)将所用氢氧化钠溶液煮沸以赶尽溶于其中的空气(O2);(3)使用长滴管吸入氢氧化钠溶液后将滴管伸至氯化亚铁溶液的液面以下,慢慢挤压乳胶头使氢氧化钠与氯化亚铁接触。第41页/共86页4.选择适宜的收集、分离方法 实验室制备的常见有机物有:乙酸乙酯、溴乙烷等。因它们的沸点较低,通常用加热的方法使其汽化与反应混合物分离。溴乙烷则是直接用冷凝的方
25、法收集;乙酸乙酯蒸气必须通入饱和碳酸钠溶液中,既可除去同时挥发的乙醇、乙酸蒸气,又可分层,上层为乙酸乙酯。第42页/共86页4.某氯碱厂利用废铁皮制取净水剂FeCl3,最合理的生产途径是()A.Cl2 FeCl3 FeCl3溶液 B.Cl2 HCl 盐酸 FeCl2溶液 FeCl3溶液 C.Cl2 HCl 盐酸 FeCl2溶液 FeCl3溶液 D.解析:B、C、D三个途径的过程不简便,方法不合理。答案:A 第43页/共86页5为了除去粗盐中的Ca2、Mg2、及泥沙,可将粗盐溶于水,然后进行下列五项操作:过滤,加过量NaOH溶液,加适量盐酸,加过量Na2CO3溶液,加过量BaCl2溶液。正确的操
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