Качественные реакции на газообразные вещества (кислород, водород, углекислый газ, аммиак). Получение газообразных веществ

Получение газообразных веществ

В соответствии с программой в основной школе учащиеся должны уметь получать газы: кислород, водород, углекислый газ и аммиак.

Получение кислорода. Все лабораторные способы получения кислорода основаны на разложении богатых кислородом сложных веществ, таких как пероксид водорода Н₂O₂, бертолетова соль КСlO₃, перманганат калия КМnO₄ и др. При получении кислорода из пероксида водорода раствор последнего по каплям приливают к порошкообразному диоксиду марганца МnO₂ (катализатор разложения):

Получение осуществляют в приборе, состоящем из круглодонной колбы с отводом (колбы Вюрца), капельной воронки, газоотводной трубки и сосуда-приёмника, в который поступает кислород (рис. 42).

Диоксид марганца помещают в колбу Вюрца и из капельной воронки постепенно добавляют раствор пероксида водорода. Выделяющийся кислород накапливается в колбе-приёмнике. Так как плотность кислорода немного больше плотности воздуха, его можно собирать в сосуд методом “вытеснения воздуха”.

Получение кислорода разложением бертолетовой соли или перманганата калия осуществляют в следующем приборе (рис. 43).

Перманганат калия или бертолетову соль, смешанную с катализатором МnO₂, помещают в химическую пробирку. В пробирку вставляют пробку с согнутой газоотводной трубкой, конец которой опущен в кристаллизатор с водой. В кристаллизатор погружают перевёрнутый цилиндр, заполненный водой, так, чтобы выделяющийся кислород поступал бы в цилиндр, вытесняя постепенно из цилиндра воду. Этот способ собирания газов называется способом “вытеснения воды”. При лёгком и весьма осторожном нагревании обе соли разлагаются с выделением кислорода:

При наличии электричества кислород может быть получен электролизом воды:

Электролизёр может быть любой конструкции, в простейшем случае это может быть U-образная трубка или даже обычный химический стакан (рис. 44).

Поскольку вода плохо проводит электрический ток, для увеличения электропроводности к ней добавляют немного щелочи или серной кислоты. Кислород выделяется на аноде (положительном электроде).

Получение водорода. Для получения водорода в лаборатории используют различные способы — действие цинка на разбавленные соляную или серную кислоту, действие алюминия на раствор щёлочи, электролиз воды. Опыт по электролизу воды разобран выше (на аноде выделяется чистый кислород, а на катоде — водород).

Взаимодействие цинка с кислотами удобно проводить в аппарате Кипа (рис. 45, а, б):

В среднюю часть аппарата Киппа помещают палочки плавленого цинка. В верхнюю часть через воронку наливают разбавленную соляную кислоту. Кислота по конической трубке поступает в нижний резервуар, заполняет его и входит в контакт с металлическим цинком. Интенсивно протекает реакция:

Образующийся водород выделяется из прибора через газовый кран в средней части прибора. Если водород не нужен, кран закрывают. Выделяющийся водород давит на раствор кислоты, вытесняя его из нижнего резервуара по центральной конической трубке в верхний резервуар. Цинк перестаёт контактировать с кислотой, и выделение водорода прекращается.

Для получения водорода в небольших количествах используют прибор Кирюшкина (рис. 46).

Цинк в этом приборе помещается на резиновой кольцевой прокладке в нижней части широкой пробирки. Кислота заливается сверху через воронку, достающую до дна пробирки. Принцип действия прибора аналогичен рассмотренному выше.

Вместо соляной кислоты можно также использовать разбавленную серную кислоту; однако если концентрация последней слишком высока, то выделяющийся газ легко загрязняется SO₂ и H₂S. При использовании не вполне чистого цинка образуются ещё и другие соединения, загрязняющие водород, например AsH₃ и РН₃. Их присутствие и обусловливает неприятный запах получаемого этим способом водорода.

Для очистки водород пропускают через подкисленный раствор перманганата или дихромата калия, а затем через раствор КОН, а также через концентрированную серную кислоту или через слой силикагеля для освобождения от влаги.

Водород можно получать также взаимодействием алюминия или кремния с растворами щелочей:

Эти реакции применяли раньше для получения водорода в полевых условиях (для наполнения аэростатов). Для получения 1 м³ водорода (при 0 °С и 760 мм рт. ст.) требуется только 0,81 кг алюминия или 0,63 кг кремния, по сравнению с 2,9 кг цинка или 2,5 кг железа. Вместо кремния также применяют ферросилиций (сплав железа с кремнием). Смесь ферросилиция и едкого натра, введённая в употребление незадолго до Первой мировой войны во французской армии под названием гидрогенита, обладает свойством после поджигания тлеть с энергичным выделением водорода по следующей реакции:

Получение углекислого газа. В лаборатории углекислый газ (оксид углерода(IV)) получают действием кислот на карбонаты:

Получение углекислого газа удобно проводить в аппарате Киппа. Для этого его заряжают небольшими кусочками мрамора и разбавленной соляной кислотой. При взаимодействии этих веществ протекает реакция:

Для получения небольших количеств углекислого газа можно использовать прибор Кирюшкина.

Поскольку углекислый газ относительно хорошо растворим в воде, его собирают только методом “вытеснения воздуха”, т.к. плотность углекислого газа значительно больше плотности воздуха.

Получение аммиака. В лаборатории для получения аммиака используют свойство солей аммония разлагаться при действии щелочей с выделением NH₃. Получение аммиака можно провести в следующем приборе (рис. 47).

В реакционной пробирке смешивают хлорид аммония и натронную известь или гидроксид кальция (натрия). При нагревании смеси протекает реакция:

Выделяющийся аммиак собирают в пробирку, закреплённую отверстием вниз (т.к. аммиак в 1,7 раз легче воздуха). Собирать аммиак методом “вытеснения воды” нельзя, т.к. аммиак очень хорошо растворяется в воде.

Обратите внимание, что реакционная пробирка слегка наклонена вправо. Это сделано для того, чтобы образующиеся в ходе реакции капельки воды не стекали бы в горячую (нагреваемую) часть пробирки и не вызвали бы её разрушение.

Качественные реакции на газообразные вещества

Качественная реакция на кислород известна вам из курса ботаники: кислород поддерживает горение. Вспыхивание тлеющей лучинки при внесении её в сосуд с газов может указывать на присутствии в сосуде чистого кислорода.

Качественной реакцией на водород является реакция его горения. Водородом заполняют маленькую пробирку, подносят её к пламени горелки. Водород моментально загорается голубоватым пламенем. Горение водорода сопровождается характерным звуком “ппахх”. Поскольку водород образует с воздухом взрывоопасные смеси, перед использованием водорода следует проверять его на чистоту.

Качественная реакция на углекислый газ состоит во взаимодействии его с известковой или баритовой водой:

При пропускании СO₂ через известковую или баритовую воду образуется муть от выделяющегося мелкокристаллического осадка карбоната кальция или бария.

Поскольку углекислый газ относится к кислотным оксидам, то влажная синяя лакмусовая бумажка должна порозоветь в контакте с углекислым газом.

Качественная реакция на аммиак заключается в посинении влажной красной лакмусовой бумажки, что объясняется основными свойствами аммиака и щелочной средой его водного раствора:

Задания

Часть 1

К каждому из заданий части 1 даны 4 варианта ответа, из которых только один правильный.

1. В лабораторных условиях можно перелить из одного стакана в другой газ

1) кислоро.

2) оксид углерода(II)

3) ОКСИД углерода(IV.

4) метан

2. В опрокинутый вверх дном сосуд методом вытеснения воздуха можно собирать газ

1) водород

2) хлороводород

3) хлор

4) озон

3. Газообразный хлороводород образуется при взаимодействии

4. Легче воздуха газообразный

1) метан .

2) озон

3) оксид серы(IV)

4) кислород

5. Разложением бертолетовой соли получают

1) калий .

2) хлор .

3) углекислый газ

4) кислород

6. В лабораторных условиях водород получают взаимодействием

7. Качественной реакцией на углекислый газ является его взаимодействие с

1) КОН .

2) Fe(OH)₃.

3) CuCl₂ .

4) Са(ОН)₂

8. В лабораторных условиях водород получают взаимодействием

9. В лабораторных условиях углекислый газ получают взаимодействием

10. В лабораторных условиях аммиак получают взаимодействием

11. Качественной реакцией на углекислый газ является его взаимодействие с

1) NaOH .

2) Аl(ОН)₃.

3) ZnCl₂ .

4) Ва(ОН)₂

12. Только методом вытеснения воздуха собирают газ

1) аммиак.

2) углекислый

3) кислоро.

4) водород