Собирание газов

Способы собирания газов определяются их свойствами: раст­воримостью и взаимодействием с водой, с воздухом, ядовитостью газа. Различают два основных способа собирания газа: вытеснением воздуха и вытеснением воды. Вытеснением воздуха собирают газы, которые не взаимодействуют с воздухом.

По относительной плотности газа по воздуху делают заключе­ние, как расположить сосуд для собирания газа (рис. 3, а и б).

На рис. 3, а показано собирание газа с плотностью по воздуху более единицы, например оксида азота(IV), плотность которого по воздуху равна 1,58. На рис. 3, б показано собирание газа с плотностью по воздуху менее единицы, например водорода, аммиа­ка и др.

Вытеснением воды собирают газы, которые не взаимодействуют с водой и плохо в ней растворяются. Этот способ называется соби­ранием газа над водой, которое осуществляют следующим образом (рис. 3, в). Цилиндр или банку заполняют водой и закрывают стек­лянной пластинкой так, чтобы в цилиндре не оставалось пузырьков воздуха. Пластинку придерживают рукой, цилиндр переворачивают и опускают в стеклянную ванну с водой. Под водой пластинку удаляют, в открытое отверстие цилиндра подводят газоотводную трубку. Газ постепенно вытесняет воду из цилиндра и заполняет его, после чего отверстие цилиндра под водой закрывают стеклянной пластинкой и цилиндр, заполненный газом, вынимают. Если газ тяжелее воздуха, то цилиндр ставят дном на стол, а если легче, то дном вверх на пластинку. Газы над водой можно собирать в про­бирки, которые, так же как и цилиндр, заполняют водой, закрывают пальцем и опрокидывают в стакан или в стеклянную ванну с водой.

Ядовитые газы собирают обычно вытеснением воды, так как при этом легко отметить момент, когда газ целиком заполнит сосуд. Если есть необходимость собрать газ способом вытеснения воздуха, то для этого поступают следующим образом (рис. 3, г).

В колбу (банку или цилиндр) вставляют пробку с двумя газо­отводными трубками. Через одну, которая доходит почти до дна, впускают газ, конец другой опускают в стакан (банку) с раствором, поглощающим газ. Так, например, для поглощения оксида серы(IV) в стакан наливают раствор щелочи, а для поглощения хлороводорода — воду. После заполнения колбы (банки) газом вынимают из нее пробку с газоотводными трубками и сосуд быстро закрывают пробкой или стеклянной пластинкой, а пробку с газоотводными трубками помещают в газопоглощающий раствор.

Опыт 1. Получение и собирание кислорода

Соберите установку по рис. 4. В большую сухую пробирку поместите 3-4 г перманганата калия, закройте пробкой с газоотводной трубкой. Укрепите пробирку в штативе наклонно отверстием чуть вверх. Рядом со штативом, на котором укреплена пробирка, поставьте кристаллизатор с водой. Пустую пробирку заполните водой, закройте отверстие стеклянной пластиной и быстро переверните в кристаллизатор вверх дном. Затем в воде выньте стеклянную пластину. В пробирке не должно быть воздуха. Нагрейте в пламени горелки перманганат калия. Опустите конец газоотводной трубки в воду. Наблюдайте появление пузырьков газа.

Через несколько секунд после начала выделения пузырьков подведите конец газоотводной трубки в отверстие пробирки, заполненной водой. Кислород вытесняет воду из пробирки. После заполнения пробирки кислородом закройте ее отверстие стеклянной пластиной и переверните.

Рис. 4. Прибор для получения кислорода

В пробирку с кислородом опустите тлеющую

лучинку.

Контрольные вопросы и задания:

1. Какие лабораторные способы получения кислорода вам известны? Напишите соответствующие уравнения реакций.

2. Опишите наблюдения. Объясните расположение пробирки в ходе опыта.

3. Составьте уравнение химической реакции разложения перманганата калия при нагревании.

4. Почему в пробирке с кислородом тлеющая лучинка вспыхивает?

Опыт 2. Получение водорода действие металла на кислоту

Соберите прибор, состоящий из про­бирки с пробкой, через которую прохо­дит стеклянная трубка с оттянутым кон­цом (рис. 5). Положите в пробирку не­сколько кусочков цинка и прилейте разбавленный раствор серной кислоты. Плотно вставьте пробку с оттянутой трубкой, укрепите пробирку вертикально в зажи­ме штатива. Наблюдайте выделение газа.

Рис. 5. Прибор для получения водорода

Выходящий через труб­ку водород не должен содержать примеси воздуха. На газоотводную трубку наденьте перевернутую вверх дном пробир­ку, через полминуты снимите и, не перево­рачивая, поднесите к пламени горелки. Если в пробирку поступил чистый водород, он загорается спо­койно (при загорании слышен слабый звук).

При наличии в пробирке с водородом примеси воздуха про­исходит небольшой взрыв, сопровождающийся резким звуком. В этом случае испытание газа на чистоту следует повторить. Убедившись, что из прибора идет чистый водород, зажечь его у отверстия оттянутой трубки.

Контрольные вопросы и задания:

1. Укажите способы получения и собирания водорода в лаборатории. Напишите соответствующие уравнения реакций.

2. Составьте уравнение химической реакции получения водорода в условиях опыта.

3. Подержите над пламенем водорода сухую пробирку. Какое вещество образуется в результате горения водорода? Напишите уравнение реакции горения водорода.

4. Как проверить полученный в ходе эксперимента водород на чистоту?

Опыт 3. Получение аммиака

Рис. 6. Прибор для получения аммиака

В пробирку с газоотводной трубкой поместите предварительно растертую в ступке смесь хлорида аммония и гидроксида кальция (рис. 6). Отметьте запах смеси. Пробирку со смесью закрепите в штативе, чтобы дно ее было чуть выше, чем отверстие. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой, на изогнутый конец которой наденьте пробирку вверх дном. Слабо нагрейте пробирку со смесью. К отверстию перевернутой пробирки поднесите лакмусовую бумажку, смоченную водой. Отметить изменение цвета лакмусовой бумажки.

Контрольные вопросы и задания:

1. Какие водородные соединения азота Вам известны? Напишите их формулы и названия.

2. Опишите происходящие явления. бъясните расположение пробирки в ходе опыта.

3. Составьте уравнение реакции взаимодействия хлорида аммония и гидроксида кальция.

Опыт 4. Получение оксида азота(IV)

Соберите прибор по рис. 7. В колбу положите немного медных стружек, в воронку налейте 5-10 мл концентрированной азотной кислоты. Кислоту вливать в колбу небольшими порциями. Соберите выделяющийся газ в про­бирку.

Рис. 7. Прибор для получения оксида азота(IV)

Контрольные вопросы и задания:

1. Опишите происходящие явления. Каков цвет выделяющегося газа?

2. Составьте уравнение реакции взаимодействия меди с концентрированной азотной кислотой.

3. Какими свойствами обладает азотная кислота? От каких факторов зависит состав веществ, до которых она восстанавливается? Приведите примеры реакций между металлами и азотной кислотой, в результате которых продуктами восстановления HNO₃ являются NO₂, NO, N₂O, NH₃.

Опыт 5. Получение хлороводорода

В колбу Вюрца поместите 15-20 г хлорида натрия; в капельную воронку - концент­рированный раствор серной кислоты (рис. 8). Конец газоотводной трубки введите в сухой сосуд для собирания хлороводорода так, чтобы трубка дохо­дила почти до дна. Закройте отверстие сосуда рыхлым комоч­ком ваты.

Рядом с прибором поставьте кристаллизатор с во­дой. Из капельной воронки наливайте раствор серной кислоты.

Для ускоре­ния реакции колбу слегка подогреть. Когда над

ватой, кото­рой закрыто отверстие сосуда, появится туман,

Рис. 8. Прибор для получения хлороводорода

нагревание колбы прекратите, а конец газоотводной трубки опустите в колбу с водой (держать трубку близко над водой, не опуская ее в воду). Вынув вату, тотчас закройте отверстие сосуда с хлороводородом стеклянной пла­стинкой. Перевернув сосуд отверстием вниз, погрузите его в кристаллизатор с водой и выньте пластинку.

Контрольные вопросы и задания:

1. Объясните наблю­даемые явления. Какова причина образования тумана?

2. Какова растворимость хлороводорода в воде?

3. Испытайте полученный раствор лакмусовой бумажкой. Чему равно значение рН?

4. Напишите уравнение химической реакции взаимодействия твердого хлорида натрия с концентрированной серной кислотой.

Опыт 6. Получение и собирание оксида углерода(IV)

Установка состоит из аппарата Киппа 1, заряжен­ного кусками мрамора и соляной кислотой, двух последовательно соединенных склянок Тищенко 2 и 3 (склянка 2 заполнена водой для очистки проходящего оксида углерода(IV) от хлороводорода и от механических примесей, склянка 3 — серной кислотой для осушки газа) и колбы 4 емкостью 250 мл для собирания оксида углерода(IV) (рис. 9).

Рис. 9. Прибор для получения оксида углерода(IV)

Контрольные вопросы и задания:

1. Зажженную лучину опустить в колбу с оксидом углерода(IV) и объяснить, почему гаснет пламя.

2. Составить уравнение реакции образования оксида углерода (IV).

3. Можно ли для получения оксида углерода(IV) использовать концентрированный раствор серной кислоты?

4. Выделяющийся из аппарат Киппа газ пропустить в пробирку с водой, подкрашенной нейтральным раствором лакмуса. Что наблюдается? Напишите уравнения реакции, протекающей при растворении газа в воде.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите основные характеристики газообразного состояния вещества.

2. Предложите классификацию газов по 4-5 существенным признакам.

3. Как читается закон Авогадро? Каково его математическое выражение?

4. Объясните физический смысл средней молярной массы смеси.

5. Рассчитайте среднюю молярную массу условного воздуха, в котором массовая доля кислорода составляет 23 %, а азота - 77 %.

6. Какие из перечисленных газов легче воздуха: оксид углерода(II), оксид углерода(IV), фтор, неон, ацетилен С₂Н₂, фосфин РН₃?

7. Определите плотность по водороду газовой смеси, состоящей из аргона объемом 56 л и азота объемом 28 л. Объемы газов приведены к н.у.

8. Открытый сосуд нагревается при постоянном давлении от 17 ^оС до 307 ^оС. какая част воздуха (по массе), находящегося в сосуде, при этом вытесняется?

9. Определите массу 3 л азота при 15 ^оС и давлении 90 кПа.

10. Масса 982,2 мл газа при 100 ^оС и давлении 986 Па равна 10 г. Определите молярную массу газа.