Как получают, собирают и осушают газы

В темах 4.2–4.5 мы уже получали кислород, водород, углекислый газ, аммиак и хлор. Теперь соберём эти знания вместе и посмотрим на них глазами экспериментатора: в чём получить газ, как его собрать и очистить и как не отравиться. Эти вопросы встречаются в заданиях 16 и 23 ОГЭ.

Приборы для получения газов

Прибор выбирают по тому, какие вещества реагируют и нужно ли нагревание. Если газ получают нагреванием твёрдых веществ, например кислород из перманганата калия или аммиак из смеси хлорида аммония с гашёной известью, используют пробирку с газоотводной трубкой, закреплённую в штативе. Если твёрдое вещество реагирует с жидкостью без нагревания, удобна колба с капельной воронкой или специальный прибор — аппарат Киппа.

Аппарат Киппа — это прибор из трёх соединённых стеклянных сосудов для получения газа из твёрдого вещества и жидкости без нагревания: водорода из цинка и соляной кислоты, углекислого газа из мрамора и кислоты, сероводорода из сульфида железа(II). Главное удобство прибора в том, что газ получают по требованию. Пока кран открыт, кислота соприкасается с твёрдым веществом и газ выходит. Когда кран закрывают, газ продолжает выделяться, давит на кислоту и вытесняет её в верхний сосуд, реакция прекращается.

Собирание газов вытеснением воздуха

Газ можно собрать, вытесняя им воздух из сосуда. Как держать сосуд, зависит от того, легче газ воздуха или тяжелее. Средняя молярная масса воздуха — 29 г/моль (тема 1.5). Газы тяжелее воздуха (кислород 32, хлороводород 36,5, углекислый газ 44, сернистый газ 64, хлор 71) собирают в сосуд, поставленный отверстием вверх: газ опускается на дно и вытесняет воздух вверх. Газы легче воздуха (водород 2, метан 16, аммиак 17) собирают в сосуд, перевёрнутый вверх дном. Это и есть собирание газов вытеснением воздуха.

Собирание газов вытеснением воды

Газ, который плохо растворяется в воде и не реагирует с ней, собирают над водой. Сосуд заполняют водой, переворачивают в чашу с водой и подводят под него газоотводную трубку: газ пузырьками поднимается вверх и вытесняет воду. Собирание газов вытеснением воды подходит для водорода, кислорода, азота, метана, угарного газа. Так нельзя собирать аммиак и хлороводород, которые очень хорошо растворяются в воде, а также хлор и сернистый газ.

Осушение газов

Газ, полученный из раствора, всегда содержит водяной пар. Осушение газов проводят, пропуская их через вещества, которые поглощают воду: концентрированную серную кислоту, безводный хлорид кальция, оксид фосфора(V) или оксид кальция. Осушитель подбирают так, чтобы он не реагировал с самим газом. Аммиак нельзя сушить серной кислотой, ведь он с ней реагирует: его сушат оксидом кальция. А кислотные газы (углекислый, сернистый, хлороводород) нельзя сушить оксидом кальция или щёлочью.

Правила работы с газами

Многие газы ядовиты или огнеопасны, поэтому правила работы с газами строги. Опыты с хлором, сероводородом, сернистым газом, оксидами азота, хлороводородом и аммиаком проводят только в вытяжном шкафу. Запах газа определяют осторожно: не подносят сосуд к носу, а лёгким движением ладони направляют воздух от отверстия к себе. Водород перед поджиганием обязательно проверяют на чистоту (тема 4.2). Если в квартире пахнет бытовым газом, нельзя зажигать огонь и включать электроприборы: нужно перекрыть газ, открыть окна и вызвать газовую службу.