化学气体发生装置:开启气体世界的大门

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在奇妙的化学世界里,气体的制取是一项基础又重要的操作,而气体发生装置则是这场 “气体制造之旅” 的核心工具。今天,就让我们一同深入了解化学中的气体发生装置。

一,常见气体发生装置大盘点

1,固 - 固加热型

这类装置适用于固体与固体在加热条件下反应产生气体。经典代表当属实验室用高锰酸钾制取氧气,或是用氯酸钾和二氧化锰混合加热制氧气。装置通常由大试管、铁架台、酒精灯、带导管的橡皮塞等组成。在装配时,大试管要略向下倾斜,防止加热时药品中的湿存水倒流,致使试管炸裂。比如在高锰酸钾制氧气的实验中,将高锰酸钾装入干燥的大试管,固定在铁架台上,用酒精灯均匀预热后集中加热,氧气便会顺着导管导出。但要注意,加热固体时,药品要平铺在试管底部,以增大受热面积,让反应更充分。

2,固 - 液不加热型

这是极为常用的一类气体发生装置,适用于块状固体与液体在常温下反应制取气体。启普发生器便是其中的明星装置,它由球形漏斗、容器和导气管三部分构成,常用于制取氢气、二氧化碳等气体 。以锌粒和稀硫酸制取氢气为例,使用时打开导气管上的旋塞,球形漏斗中的稀硫酸在重力作用下流入容器与锌粒接触,反应随即发生,产生的氢气从导气管逸出;关闭旋塞后,容器内压强增大,将酸液压回球形漏斗,使反应停止,真正实现了 “随开随用、随关随停”,既节约药品,又能方便地控制反应进程。不过,启普发生器对反应物有一定要求,块状固体不能在反应中迅速溶解或变成粉末,否则无法正常使用。

除了启普发生器,还有简易的固 - 液不加热装置,一般用锥形瓶、长颈漏斗(或分液漏斗)、带导管的橡皮塞等组装而成。若使用长颈漏斗,其下端管口必须伸入液面以下形成 “液封”,否则气体会从漏斗口逸出。而分液漏斗则能通过活塞精确控制液体的滴加速度,进而控制反应速率。例如在过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的实验中,将二氧化锰置于锥形瓶,过氧化氢溶液由分液漏斗逐滴加入,可平稳地制取氧气 。

3,液 - 液加热型

当涉及液体与液体在加热条件下反应制取气体时,就会用到液 - 液加热型装置。比如实验室制取乙烯,是用乙醇和浓硫酸按一定比例混合后迅速加热至 170℃。该装置较为复杂,通常由圆底烧瓶、温度计、酒精灯、带导管的橡皮塞、石棉网等组成。温度计需插入反应混合液中,用以准确测量反应温度,因为温度对这类反应的产物有重要影响。同时,为防止混合液在加热过程中暴沸,要向圆底烧瓶中加入碎瓷片。

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