(1)氫氣的製備與淨化
在實驗室裏製取少量的氫氣常用啟(qǐ)普發(fā)生器。原料(liào)中的酸可(kě)以用硫酸、鹽酸等,金屬可以用鋅、鐵、鎂等。工業上常用水、水煤氣、天然氣等來(lái)製(zhì)備氫氣。供高純試劑或高純元(yuán)素生產所用的氫,多以電解水或電解氯化鈉(食鹽)溶液來製取。
一般氫氣中(zhōng)的主要雜質有水蒸氣、氧、微量氮、氯、二氧化(huà)碳、磷的化台物以及電解液的霧沫,少量的油蒸氣等。
氫氣的淨(jìng)化(huà)通常是使氫通過一係列的淨(jìng)化裝置,各種裝置具(jù)有除去一定雜質的能力,氫氣淨化的(de)方法和提純工藝流程(chéng)較多,但各種方法主要是以除去水和氧為基本出發點。
實驗(yàn)室中,日常所用的氫(qīng)氣(qì)鋼瓶中的氫氣的純度對大(dà)多數用途已經足夠了。當需(xū)要提純(chún)時,可用鈀催化劑使微量氧轉化為水,然後用活性氧化(huà)鋁或濃硫(liú)酸等作幹燥劑充分脫水即可。如對氧要求不嚴格時(shí),可讓氫氣先通過堿性的高錳酸(suān)鉀溶液,再通過濃硫酸脫水即可。
必須注意的是氫氣和空(kōng)氣混合物的爆炸極限(xiàn)為(wéi)4%-75%(體積分數)。當排除係統中的氫氣降低壓力時,必須(xū)把氫氣放入空敞(chǎng)的(de)大氣中。
(2)乙炔的製備與(yǔ)淨化
乙炔的沸(fèi)點為-84℃(升華)。在15℃和0.3MPa壓力下,100g丙酮中約能溶解30L乙炔。因為乙炔在0.2MPa壓力下(xià)即能爆炸,所(suǒ)以將(jiāng)其溶於丙酮貯存(cún)在鋼(gāng)瓶中,溶有乙炔的丙酮溶液被吸附在多孔物質如矽藻土(tǔ)上,為了(le)防止(zhǐ)丙酮被(bèi)乙(yǐ)炔氣體帶出,乙炔鋼瓶必須直立著使用。
在實驗室裏少量乙(yǐ)炔使用碳化鈣製備,其(qí)反應方法(fǎ)各式如(rú)下:CaC2+2H2O→C2H2↑+Ca(OH)2
在裝有滴液(yè)漏鬥和氣體導出管的lOOOml圓(yuán)燒瓶中,放置lOOg碳(tàn)化(huà)鈣(gài),在水冷卻下從滴液漏鬥慢慢滴加水,生成的(de)乙炔氣經過導管通入(rù)洗氣瓶淨化。根據不同的要求,可以選擇適宜的淨化程(chéng)序。在洗氣瓶中裝入氫氧化鉀溶液(yè)(500g/L)能除去CO₂等酸性雜質。裝入鉻(gè)酸溶液能除去硫化氫等還原性雜質,脫氧可用連苯三酚溶液。微量的丙銅用亞硫酸氫鈉濃溶液洗脫或通過活性炭吸附除去。幹燥可用氯化鈣、硫酸或五氧化磷。
乙炔(quē)和空氣混合物的燃燒極限為2.5%-81%(何種分數)。乙炔不能跟銀和銅溶液接觸,因為(wéi)它們能生成(chéng)爆炸(zhà)性的乙炔化合物。由於乙炔中(zhōng)常含有磷化氫,所以鋼瓶裝的乙炔是有(yǒu)毒的(de)。
(3)氮氣的淨(jìng)化
為了除去(qù)鋼瓶中所裝氮(dàn)氣內含有少量氧,可將氮(dàn)氣通(tōng)過(guò)裝有2g聯(lián)苯三酚和69氫氧化鉀的50ml水溶液的洗滌瓶,然後用堿石灰幹燥塔進(jìn)行幹燥。
(4)氨氣的製備與淨化
氨(ān)氣是有(yǒu)特殊刺激(jī)臭味的無色氣體,熔點(diǎn)-77.7℃,沸點(diǎn)-33.35℃,非常容易溶(róng)於水中,燃(rán)點651℃,在空氣中(zhōng)的爆炸極限為15.3%-25%(體積分數),有毒性及腐蝕性,在空氣中的允許濃度為100μg/g。
在實驗(yàn)室製備少量(liàng)按氣方法如下:在燒瓶在混合5份(質量)氯化銨粉末和7份(質量)新硝化的(de)工業品熟石灰,向混合物(wù)中加入10份質量的水並充分攪拌,在(zài)砂浴上加熱燒瓶時即可得到勻調的氣(qì)流,然後在洗氣瓶中用少量的水洗(xǐ)滌氣體,並用固體氫氧化(huà)鉀幹(gàn)燥。也可用硫(liú)酸銨代替氯化銨,用(yòng)氫氧化鉀或氫(qīng)氧化鈉代替(tì)氫氧化鈣。
由於純度為99.8%以上的液氨(ān)可以裝入鋼瓶出售,所以通常可直(zhí)接使用,在(zài)室溫下有0.8MPa左右的壓力,如果使用氨用減壓閥降至常壓放出後,就可得到純度(dù)很高的(de)氨氣。如為了除(chú)去微量油蒸氣、二(èr)氧化碳等需要特別提純幹燥,可使氨氣通過活性炭後再通過裝有堿石灰或固體氫氧化鈉(nà)、金屬(shǔ)鈉(nà)絲等一係列的幹燥管,最後通(tōng)過五氧化二磷完全幹(gàn)燥。
(5)硫化(huà)氫的製備和淨(jìng)化
硫化氫為無色氣體(tǐ),具有腐敗蛋臭味。在常溫能被水吸(xī)收,1體(tǐ)積的水(shuǐ)約可吸收2-3何種的氣(qì)體,溶解度隨溫度升高而減小,在室溫時的飽和溶液約為0.1mol/L。硫化氫的水溶液叫做硫氫酸,它是一種弱酸(suān)。硫化氫為劇毒(dú)品。
硫化氫可裝入鋼瓶在市場出售,一般純度在99.9%以上。市售的所謂“固態硫化氫”是一(yī)種有機硫化物,將其加熱很容易製取出硫化氫。
實驗室製備硫化氫可由(yóu)硫化鐵和鹽酸、硫化鈣和鹽酸(suān)、硫化鈣和氯化鎂、硫氫化鈉和氯化鎂以及硫(liú)化鈉和磷酸等相互作用的方法。現以用硫化鈣與氯化鎂相互作用製備硫化氫的方法為例。
(6)一氧化碳的製備和淨化
一(yī)氧化碳毒性極強,無色、無臭,熔點-205.0℃,沸點-191.5℃,臨界溫度-140.2℃,臨界壓力3.49MPa,密度為期不遠(yuǎn)1.250g/L(0),燃點609℃,在空氣中(zhōng)爆炸範圍,下限為(wéi)12.5%(體積分數)。
(7)二氧化碳的淨化(huà)
二氧化碳(tàn)是一種無色無臭的氣體(tǐ)。升華點為-78.48℃,熔點為-55.7℃,在lOOml水中的溶(róng)解度:0℃時為171ml;20℃時為88ml;60℃時為(wéi)36ml二氧(yǎng)化碳。0℃時氣態密度為1.977g/L。液態密度0℃時為(wéi)0.914g/cm3。
鋼(gāng)瓶裝的二氧化碳可能含有的(de)雜質是:水蒸氣、一氧化碳、氧、氮,在少數情況下含有(yǒu)痕量的硫化氫、二氧化硫等(děng)。
瓶裝二(èr)氧化磷的提純(chún)方(fāng)法(fǎ)如下:使二氧化碳氣體依次通過兩(liǎng)個(gè)裝(zhuāng)有乙酸鉻(II)的溶(róng)液的洗滌瓶,用以除去大部分氧。再通過(guò)裝著小(xiǎo)塊的碳酸氫鉀的U形管,用以陰德去酸蒸氣。通過裝著高錳酸鉀溶液的洗滌瓶用以除去硫化氫。再通過盛(shèng)有濃硫酸的洗滌瓶進行幹(gàn)燥。最後再通過裝有(yǒu)活性銅和氧化銅並加熱(rè)至200℃的管,借(jiè)以除去最近殘餘的氧(yǎng)和一氧化碳。倘若二氧化(huà)碳中(zhōng)不含這些雜質的某一種,則可免去相應的那個容器。
(8)一氧化二(èr)氮的製備和(hé)淨化
一氧化二氮為(wéi)無色氣體(tǐ),熔點-90.6℃,沸點-88.5℃。常(cháng)溫時在水中的溶(róng)解度和二氧化碳相同,1個何種的水可溶解1個何種的氣(qì)體。
純度相當高(gāo)的一氧化二氮在原子吸收光譜分析中(zhōng)用作助燃劑,在(zài)醫學上用作麻醉劑。已(yǐ)有鋼瓶市售(shòu)。若再行提純時,可將這種一氧(yǎng)化二氮在五氧化磷上通過之後(hòu),用掩體空氣冷凝(níng),用減(jiǎn)壓分餾蒸餾即可。
一氧化二氮的製備是(shì)用硝酸銨分(fèn)解法。將純硝酸銨放(fàng)在電烘箱中,在160-170℃加熱使其完全脫水,將其熔融物放在(zài)玻璃幹燥器中(zhōng)使用其凝固。將它(tā)研成粉末裝(zhuāng)到(dào)帶有支管的圓底燒瓶裏(lǐ),燒瓶(píng)上部繞上加熱線圈(quān),以防(fáng)止反應中生成的水冷凝回流到硝酸銨(ǎn)熔融物裏。在支管上(shàng)接上一氧化二氮(dàn)冷凝捕集器,用冷水冷卻,使生成的水大部分冷凝下來,燒(shāo)瓶在金屬網上(shàng)加熱要非常注意,在170℃開始反應,為了防止產生氮氣及氧化氮,溫度不(bú)得超過250℃。因為是放熱反應,加熱過急或燒瓶中硝酸銨過(guò)多都有引起爆炸性反應的危險,所以避免這種(zhǒng)情況。產生的一氧化二氮(dàn)在KOH水溶液和硫酸(suān)溶液中通過得以洗滌(dí)。微(wēi)量氧用堿性連二硫酸鹽水溶液洗滌除去。因為一氧化二氮在水中的(de)溶(róng)解度相當大,故應將氣體收集在先充滿食鹽飽(bǎo)和溶(róng)液或(huò)熱水的貯氣器中。


