(1)氫氣的製備與淨化
在實驗室裏製取少量的氫氣常用啟普發生器(qì)。原料中的酸可以用硫酸(suān)、鹽酸等,金屬(shǔ)可以用鋅、鐵、鎂等。工業上常用水、水煤氣、天然氣等來製備氫氣。供高純試劑或高純元素生(shēng)產所用的氫,多以(yǐ)電解水或(huò)電解氯化鈉(食鹽)溶液來製取。
一般氫氣中的主要雜質(zhì)有水蒸氣、氧、微量氮、氯、二氧化碳、磷(lín)的(de)化台物以及電解液的霧沫,少量的油蒸氣等。
氫氣的(de)淨化通常是使氫通過一係列的淨化裝置,各種裝置具(jù)有除去一定(dìng)雜質的(de)能力,氫氣淨化的方法和提純工藝流程較多,但各種方法(fǎ)主要是以(yǐ)除去水和氧為基本出(chū)發點。
實驗室中,日常所用的氫氣(qì)鋼瓶中的氫氣的純度(dù)對大多數用途已經足夠了。當需要提(tí)純時,可用鈀催(cuī)化(huà)劑使微量氧轉化為水,然後用活性氧(yǎng)化鋁或濃硫酸等作幹燥劑充分脫水即可。如對氧要求不嚴(yán)格時,可讓氫氣先通(tōng)過堿性的高(gāo)錳(měng)酸鉀溶液(yè),再通過濃硫(liú)酸脫水即可。
必須注(zhù)意的是氫氣和空氣混合物的爆(bào)炸極限為4%-75%(體積分數)。當排除係統中(zhōng)的氫氣降低壓力時,必須把氫氣放入空敞(chǎng)的大氣中。
(2)乙炔的製(zhì)備與淨(jìng)化
乙炔的沸點為-84℃(升華)。在15℃和0.3MPa壓力下,100g丙酮中約能(néng)溶解(jiě)30L乙炔。因為乙炔在0.2MPa壓力下即能(néng)爆炸,所以將其溶於丙(bǐng)酮貯存在鋼瓶(píng)中,溶有乙炔的丙酮溶液被吸附在多孔物質如矽藻土上,為了防止丙酮被乙炔氣體帶出,乙炔鋼瓶必須直立著使用。
在(zài)實驗室裏少量乙炔使用碳化鈣製備,其反應方法各式如下:CaC2+2H2O→C2H2↑+Ca(OH)2
在裝有滴液漏鬥和氣體導出管的lOOOml圓(yuán)燒瓶中,放置lOOg碳化鈣,在水冷卻下從滴液漏鬥慢慢滴加水,生成的乙炔氣經過導管通入洗氣瓶淨(jìng)化。根據不(bú)同的要求,可以選擇適宜(yí)的淨化程序。在洗氣瓶中裝入氫氧化鉀溶液(500g/L)能除去CO₂等酸性雜質。裝入鉻酸溶液(yè)能除去硫化氫等還原性雜質(zhì),脫氧可(kě)用連(lián)苯(běn)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(zào)可用氯化鈣、硫酸或五氧化磷。
乙炔和空(kōng)氣混合物的燃燒(shāo)極限為2.5%-81%(何種分數)。乙炔不能跟銀和銅溶(róng)液接觸(chù),因為(wéi)它們能(néng)生成爆炸性的乙炔化(huà)合物。由於乙炔中常含(hán)有(yǒu)磷化氫,所以鋼瓶裝的(de)乙炔是有毒的(de)。
(3)氮氣的淨化
為(wéi)了除去鋼瓶中所裝氮氣內含有少量氧,可將氮氣通過裝有2g聯苯三酚和69氫氧(yǎng)化鉀的50ml水溶液的洗滌瓶,然(rán)後用堿石灰幹燥塔進(jìn)行幹燥。
(4)氨氣的製備與淨化
氨氣是有特殊刺激臭味的無色氣體,熔點-77.7℃,沸點-33.35℃,非常容易溶於水中,燃點651℃,在空氣中的爆(bào)炸極限為15.3%-25%(體積(jī)分數(shù)),有(yǒu)毒性及腐蝕性,在空(kōng)氣中的允許濃度為100μg/g。
在實驗室製備少量(liàng)按氣方法如下:在燒瓶在混合5份(質量)氯化銨粉(fěn)末(mò)和7份(質量)新硝化的工(gōng)業品熟石灰,向混合物中加入10份質量的水並充分攪拌,在(zài)砂浴上加熱燒(shāo)瓶時即可(kě)得到勻調的氣流,然後在洗氣瓶中用少量的水洗滌氣體,並用固體氫氧化鉀幹燥。也可用硫酸銨代替(tì)氯化銨,用氫氧化鉀或氫氧化鈉代(dài)替氫氧化鈣。
由於純(chún)度為99.8%以上的液氨可以裝入鋼(gāng)瓶出售(shòu),所以通常可直接使用,在室(shì)溫下有0.8MPa左右的壓力(lì),如果使用氨用減壓閥降至常壓放出後,就(jiù)可得到純(chún)度很高的氨氣。如為了除(chú)去(qù)微量油(yóu)蒸氣、二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(jiǎn)石灰或固體氫氧化鈉、金屬鈉絲等一係列的幹燥管,最(zuì)後通過五氧化二磷(lín)完全幹燥(zào)。
(5)硫化氫的製備和淨化
硫化氫為無色氣體,具有腐敗蛋臭味。在常溫能被水(shuǐ)吸收,1體(tǐ)積的水約可吸收2-3何種的氣體,溶解度隨溫度升(shēng)高而減小,在室溫時(shí)的飽和溶液約為0.1mol/L。硫化氫的水溶液(yè)叫做硫氫酸,它是一種弱(ruò)酸。硫化氫為劇毒品。
硫化氫可裝(zhuāng)入鋼(gāng)瓶在市場(chǎng)出售,一般純度(dù)在99.9%以上。市售的所謂“固態硫化氫”是一種有機硫化物,將其加熱很容易製取出硫化氫(qīng)。
實驗室製備硫化氫可由硫化鐵和鹽酸、硫化鈣和鹽酸、硫化鈣(gài)和氯(lǜ)化鎂、硫(liú)氫化鈉(nà)和(hé)氯化鎂以及硫化鈉和磷酸等相互作(zuò)用的方法。現以用(yòng)硫化鈣與氯化鎂相互作(zuò)用製備硫化氫的方法為例。
(6)一氧化碳的製備和(hé)淨化
一氧化碳毒性(xìng)極強,無(wú)色、無臭,熔點-205.0℃,沸點-191.5℃,臨(lín)界溫度-140.2℃,臨界壓力3.49MPa,密度為期不遠1.250g/L(0),燃點609℃,在空氣中(zhōng)爆炸範圍,下限為12.5%(體積分數)。
(7)二氧化碳的淨化
二氧化碳是一種無色(sè)無臭的氣體。升華點為-78.48℃,熔點為-55.7℃,在lOOml水中的溶解度:0℃時為171ml;20℃時為88ml;60℃時為(wéi)36ml二氧化碳。0℃時(shí)氣態密度(dù)為1.977g/L。液(yè)態(tài)密度0℃時為0.914g/cm3。
鋼瓶裝的(de)二氧化碳(tàn)可能含有的雜質是:水蒸氣、一(yī)氧化碳、氧、氮,在少數情況下含(hán)有痕量的硫化氫、二氧化硫等。
瓶裝二氧化磷的提純方法如下:使二氧化碳氣(qì)體依次通(tōng)過兩個裝有(yǒu)乙(yǐ)酸鉻(II)的溶液的(de)洗滌瓶,用以除去大部分氧。再通過裝著小塊(kuài)的碳酸氫鉀的(de)U形管,用以陰德去酸蒸氣。通過裝(zhuāng)著高錳酸鉀溶(róng)液的洗滌瓶用以除去硫化氫。再通過盛有(yǒu)濃硫酸的洗滌瓶進行幹燥(zào)。最後再通過(guò)裝有活性(xìng)銅和氧化銅並加熱至200℃的管,借以除去最近殘餘的氧和一(yī)氧化碳。倘若二氧化碳中不含(hán)這些雜質的某一種(zhǒng),則可免去相應的那個容器。
(8)一(yī)氧化二氮的製備和淨(jìng)化
一氧化二氮為無色氣體(tǐ),熔(róng)點-90.6℃,沸點-88.5℃。常溫(wēn)時在(zài)水中(zhōng)的溶解度和二氧化碳相同,1個何種的水可(kě)溶解1個何(hé)種的氣體。
純度相當高的一氧化(huà)二氮在原子吸收光譜分析中用作助燃劑,在醫學(xué)上(shàng)用作麻醉劑。已有鋼瓶市售。若再行提純時,可將這種一氧化二氮在五氧化磷上通(tōng)過之後,用掩體空(kōng)氣(qì)冷凝,用減壓分餾蒸(zhēng)餾即可。
一氧化二(èr)氮的製備是用硝酸銨分解法。將純硝酸(suān)銨放(fàng)在電烘箱中,在160-170℃加熱使其完全脫水,將其熔融(róng)物放在玻璃幹燥器中使用其凝固。將它研成(chéng)粉末裝到帶有支管的圓底燒瓶(píng)裏,燒瓶(píng)上部繞上加熱線圈,以防止反應中生成的水冷凝回流到硝酸銨熔融物裏。在支管上接上一(yī)氧化二氮冷凝捕集器,用冷水(shuǐ)冷卻,使生成的水大部分冷凝下來,燒瓶在金屬網上加熱要(yào)非常注意,在170℃開始反應,為了(le)防止產生氮氣及氧化氮,溫度不得超過250℃。因為是放熱反(fǎn)應,加(jiā)熱過急(jí)或燒瓶中(zhōng)硝(xiāo)酸銨過多都有(yǒu)引起爆炸性反應的危險,所(suǒ)以避免這種情況。產生的一氧化二氮在KOH水溶液和硫酸溶液中通過得以洗滌。微量氧用堿性連二硫酸鹽水溶液洗滌除去。因(yīn)為(wéi)一氧化二氮在水中的溶解度相當大,故應將氣(qì)體收集在先充滿食鹽飽和溶液或熱水的貯氣器中。


