Получение, очистка и анализ газа
Получение и собирание
Аппарат Киппа (1844) — прибор для получения газа из твёрдого вещества и жидкости без нагревания (\(\ce{H2}\) из цинка и кислоты, \(\ce{CO2}\) из мрамора, \(\ce{H2S}\) из сульфида железа). Закрыли кран — давление газа выдавливает кислоту из среднего шара, реакция останавливается. Открыли — кислота возвращается к твёрдому веществу.
| Способ собирания | Для каких газов |
|---|---|
| вытеснение воздуха, сосуд вверх дном | легче воздуха: \(\ce{H2}\), \(\ce{NH3}\), \(\ce{CH4}\) |
| вытеснение воздуха, сосуд дном вниз | тяжелее воздуха: \(\ce{CO2}\), \(\ce{Cl2}\), \(\ce{SO2}\), \(\ce{NO2}\) |
| вытеснение воды | малорастворимые: \(\ce{H2}\), \(\ce{O2}\), \(\ce{N2}\), \(\ce{CO}\), \(\ce{NO}\), \(\ce{CH4}\) |
\(\ce{NH3}\), \(\ce{HCl}\), \(\ce{SO2}\) над водой не собирают — они в ней очень хорошо растворяются. \(\ce{NO}\) — только над водой: на воздухе он окисляется.
boltЛегче или тяжелее воздуха
Сравните молярную массу газа с 29 г/моль (средняя молярная масса воздуха). \(\ce{NH3}\) (17), \(\ce{CH4}\) (16) легче; \(\ce{CO2}\) (44), \(\ce{Cl2}\) (71) тяжелее; \(\ce{N2}\) (28) и \(\ce{CO}\) (28) почти как воздух — их вытеснением воздуха не собирают.
scienceГазы в аппарате Киппа
- \(\ce{Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2 ^}\).
- \(\ce{CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + CO2 ^ + H2O}\).
- \(\ce{FeS + 2HCl -> FeCl2 + H2S ^}\).
Очистка и осушка
Газ из прибора содержит примеси: пары воды, брызги кислоты, посторонние газы. Их поглощают промывными склянками и осушительными колонками. Главное правило — поглотитель не должен реагировать с самим газом.
| Осушитель | Годится для | Не годится для |
|---|---|---|
| \(\ce{H2SO4}\) (конц.) | \(\ce{H2}\), \(\ce{O2}\), \(\ce{N2}\), \(\ce{CO2}\), \(\ce{Cl2}\), \(\ce{HCl}\) | \(\ce{NH3}\) (основание), \(\ce{H2S}\), \(\ce{HBr}\), \(\ce{HI}\) (окисляются) |
| \(\ce{CaCl2}\) (безводный) | большинство газов | \(\ce{NH3}\) (образует аммиакат \(\ce{CaCl2*8NH3}\)) |
| \(\ce{P4O10}\) | нейтральные и кислые газы | \(\ce{NH3}\) |
| \(\ce{CaO}\), \(\ce{KOH}\) | \(\ce{NH3}\), нейтральные газы | \(\ce{CO2}\), \(\ce{Cl2}\), \(\ce{HCl}\), \(\ce{SO2}\) |
scienceОчистка газов
- \(\ce{CO2 + 2NaOH -> Na2CO3 + H2O}\) — удаление углекислого газа щёлочью.
- \(\ce{HCl + NaHCO3 -> NaCl + CO2 + H2O}\) — очистка \(\ce{CO2}\) от хлороводорода раствором гидрокарбоната.
- \(\ce{H2S + CuSO4 -> CuS v + H2SO4}\) — поглощение сероводорода.
- \(\ce{2Cu + O2 ->[t] 2CuO}\) — удаление кислорода из азота раскалённой медью.
Расчёты с газовыми смесями
По закону Авогадро объёмы газов при одинаковых условиях пропорциональны количествам вещества — поэтому газовые задачи удобно решать «в объёмах».
edit_noteВзрыв в эвдиометре
Смесь 50 мл \(\ce{H2}\) и 40 мл \(\ce{O2}\) взорвали: \(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}\). Прореагировало 50 мл \(\ce{H2}\) и 25 мл \(\ce{O2}\); после конденсации воды осталось 15 мл кислорода.
edit_noteСостав по плотности
Смесь \(\ce{H2}\) и \(\ce{O2}\) со средней молярной массой 12,0 г/моль: \(2{,}016x + 32{,}00(1 - x) = 12{,}0\) ⇒ \(x = 0{,}667\) — две трети водорода, как раз стехиометрическая «гремучая» смесь.
history_eduЭвдиометр
Эвдиометр («измеритель чистоты воздуха») — градуированная трубка с впаянными электродами. Вольта и Кавендиш взрывали в ней смеси воздуха с водородом и по уменьшению объёма определяли долю кислорода. Кавендиш в 1783 году получил 20,8 % — почти современное значение.
boltОбъёмы до и после
Запишите таблицу «было — прореагировало — осталось» прямо в миллилитрах. Проверяйте, какой газ в избытке, и помните: вода после конденсации объёма не имеет.
push_pinГлавное
Газ собирают вытеснением воздуха (отверстием вверх — лёгкие \(\ce{H2}\), \(\ce{NH3}\); вниз — тяжёлые \(\ce{CO2}\), \(\ce{Cl2}\)) или вытеснением воды (малорастворимые \(\ce{H2}\), \(\ce{O2}\), \(\ce{N2}\), \(\ce{CO}\), \(\ce{NO}\)). Осушитель не должен реагировать с газом: концентрированная \(\ce{H2SO4}\) не годится для \(\ce{NH3}\), \(\ce{H2S}\), \(\ce{HBr}\), \(\ce{HI}\); \(\ce{CaCl2}\) — для \(\ce{NH3}\); основные осушители (\(\ce{CaO}\), \(\ce{KOH}\)) — для кислых газов. Для смесей: объёмы газов пропорциональны количествам; после взрыва \(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}\) остаётся избыточный компонент; средняя молярная масса даёт состав.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.