【中学阶段气体的制取】
【一】:制取H2
【实验室】:常用锌粒和稀硫酸反应:
Zn + H2SO4 == ZnSO4 + H2↑
【工业】:
【方法1】:电解NaOH的水溶液:2H2O =电解= H2↑ + O2↑
优点:H2纯度非常高(99%以上)
缺点:电解成本太高
【方法2】水煤气法:
第一步:水蒸气通过炽热的炭:
C + H2O =高温= CO + H2
第二步:把得到的混合气体与水蒸气一起通过催化剂,在高温下发生反应,除去其中的CO:
CO + H2O =催化剂/高温= CO2 + H2
第三步:得到H2只含有CO2,把混合气体加压溶于水中,CO2基本全都溶解,最后得到较纯净的H2(纯度80%以上)
优点:纯成本比较低。
缺点:纯度不高,过程太多,流程复杂。
【方法3】电解食盐水的副产品:
2NaCl + 2H2O =电解= 2NaOH + Cl2↑ + H2↑
优点:氢气纯净
缺点:电解成本高
最优方案是【方法2】
【二】:制取O2
【实验室】:
【1】 2H2O2 =MnO2= O2↑ + 2H2O
【2】 2KClO3 =MnO2/△= 2KCl + 3O2↑
【3】 2KMnO4 =△= K2MnO4 + MnO2 + O2↑
【工业】:
【方法1】:分离液态空气。
过程:把空气加压降温得到液态空气;然后升温,使沸点较低的N2先气化出来,留下的液态气体大部分是O2
优点:原料易得,成本较低,产率高。
缺点:需要降温加压,条件稍苛刻。
【方法2】:膜分离技术富集O2
空气通过膜,选择性分离O2和N2
优点:操作简便。
缺点:成本高。
最优方案是【方法1】
【三】:制取CO2
【实验室】:常用块状碳酸钙和稀盐酸:
CaCO3 + 2HCl(稀) == CaCl2 + CO2↑ + H2O
【工业】:高温煅烧碳酸钙:
CaCO3 =高温= CaO + CO2↑
【四】:制取CO
【实验室】:用浓硫酸脱水,使甲酸受热分解:
HCOOH =浓H2SO4/△= CO↑ + H2O
【工业】:水煤气法
C + H2O =高温= CO + H2
【五】:制取N2
【实验室】:利用氧化剂将氨气或铵盐氧化成N2
【方法1】:氨气通过炽热的氧化铜:
3CuO + 2NH3 =△= 3Cu + N2↑ + 3H2O
把得到的气体通过浓硫酸,可得到纯净的N2
【方法2】:亚硝酸钠和氯化铵的饱和溶液共热:
NaNO2 + NH4Cl =△= NaCl + N2↑ + 2H2O
【工业】:分离液态空气,方法同O2
【六】:制取F2
非金属性太强,只能用电解制取。
常用电解熔融的氟氢化钾和氟化氢的混合物:
2HF =KHF2/电解= H2↑ + F2↑
【七】:制取Cl2
【实验室】:浓盐酸和二氧化锰共热:
MnO2 + 4HCl(浓) =△= MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O
把得到的气体分别通过饱和食盐水和浓硫酸,以除去HCl和水蒸气
最后得纯净的Cl2
【工业】:电解食盐水:
2NaCl + 2H2O =电解= 2NaOH + Cl2↑ + H2↑
【八】:制取HCl
【实验室】:
【方法1】:利用浓硫酸吸水,浓盐酸挥发出HCl
【方法2】:氯化钠固体和浓硫酸共热:
NaCl + H2SO4(浓) =△= NaHSO4 + HCl↑
【工业】:氯气在氢气中燃烧:
H2 + Cl2 =点燃= 2HCl
【九】:制取HBr
【实验室】:考虑到HBr极易溶于水,不能用稀酸制取。
又HBr有还原性,不能用强氧化性酸,如浓硫酸,浓硝酸;
HCl的酸性比HBr酸性弱,且浓盐酸属挥发性酸,所以也不能用浓盐酸。
磷酸虽然酸性比氢溴酸弱,但是磷酸属难挥发性酸,
利用难挥发性酸制取易挥发性酸,采用浓磷酸和溴化钠共热制取溴化氢:
NaBr + H3PO4(浓) =△= NaH2PO4 + HBr↑
【十】:制取HF
【实验室】:原理同制取HBr,不同的是F2的非金属性非常强,几乎没有强氧化剂能氧化F-
所以,这里可以利用浓硫酸,效果更好。
氟化物主要是CaF2,存在萤石中。
实验室用CaF2和浓硫酸共热制取HF:
CaF2 + H2SO4(浓) =△= CaSO4 + 2HF↑
【十一】:制取NH3
【实验室】:氯化铵固体和氢氧化钙固体共热:
2NH4Cl + Ca(OH)2 =△= CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O
【注】:不能用碱性太强的NaOH固体,否则会腐蚀玻璃管。
【工业】:以氮气和氢气为原料,铁触媒作催化剂,500℃,30MPa下化合成氨气:
N2 + 3H2 ←铁触媒/500℃/30MPa→ 2NH3
【十二】:制取NO
【实验室】:铜和稀盐酸反应:
3Cu + 8HNO3(稀) == 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
【工业】:把N2和H2化合得到的NH3 ,在Pt催化,500℃常压下,氨催化氧化成一氧化氮:
4NH3 + 5O2 ←Pt/500℃→ 4NO + 6H2O
【十三】:制取NO2
【实验室】:铜和浓硝酸反应:
Cu + 4HNO3(浓) == Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
【工业】:把得到的一氧化氮通入氧气:
2NO + O2 == 2NO2
【十四】:制取CH4
【实验室】:醋酸钠和碱石灰共热:
CH3COONa + NaOH =CaO/△= Na2CO3 + CH4↑
【工业】:直接来自于沼气,天然气,石油裂解,煤干馏。
【十五】:制取SO2
【实验室】:向亚硫酸钠固体中滴加浓硫酸:
Na2SO3 + H2SO4(浓) == Na2SO4 + SO2↑ + H2O
【工业】:以硫铁矿为原料,高温氧化得到二氧化硫:
4FeS + 7O2 =高温= 2Fe2O3 + 4SO2
【十六】:制取H2S
【实验室】和【工业】:
以硫铁矿为原料,和稀硫酸共热:
FeS + H2SO4(稀) =△= FeSO4 + H2S↑
【十七】:制取CH2=CH2
【实验室】:在浓硫酸催化,170℃下,乙醇分解得乙烯:
CH3CH2OH ←浓H2SO4/170℃→ CH2=CH2↑ + H2O
【工业】:主要是石油裂解得来。
【十八】:制取CH≡CH
【实验室】:电石水解:
CaC2 + 2H2O == Ca(OH)2 + CH≡CH↑
【工业】:主要由石油裂解得来。
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