实验全部知识结构图包括:化学实验基本操作、常见气体及其他物质的实验室制备、气体发生装置、常见气体的制备、气体的干燥、物质的分离提纯、化学分离提纯、物质的检验等部分。
1、化学实验基本操作
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2、常见气体及其他物质的实验室制备
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3、气体发生装置
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4、常见气体的制备
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5、气体的干燥
干燥是用适宜的干燥剂和装置除去气体中混有的少量水分。常用装置有干燥管(内装固体干燥剂)、洗气瓶(内装液体干燥剂)。
所选用的干燥剂不能与所要保留的气体发生反应。常用干燥剂及可被干燥的气体如下:
(1)浓硫酸(酸性干燥剂):N2、O2、H2、Cl2、CO、CO2、SO2、HCl、NO、NO2、CH4、C2H4、C2H2等(不可干燥还原性或碱性气体)。
(2)P2O5(酸性干燥剂):可干燥H2S、HBr、HI及浓硫酸能干燥的气体(不可干燥NH3等)。
(3)无水CaCl2(中性干燥剂):可干燥除NH3以外的其他气体(NH3能与CaCl2反应生成络合物CaCl2·8NH3)。
(4)碱石灰(碱性干燥剂):可干燥NH3及中性气体(N2、O2、H2、CO、NO、CH4、C2H4、C2H2等)。不能干燥酸性气体。
(5)硅胶(酸性干燥剂):可干燥Cl2、O2、H2、CO2、CH4、C2H4、C2H2(硅胶能吸附水,也易吸附其他极性分子,只能干燥非极性分子气体)。
(6)其他:如生石灰、NaOH也可用于干燥NH3及中性气体(不可干燥有酸性或能与之作用的气体)。
6、物质的分离提纯
物理分离提纯法
7、化学分离提纯
化学法要同时考虑到各组成成分及杂质的化学性质和特点,利用它们之间的差别加以分离提纯。一般原则是:①引入试剂一般只跟杂质反应;②后续试剂应能除去过量的前一试剂;③不引进新杂质;④杂质与试剂生成的物质易与被提纯物分离(状态类型不同);⑤过程简单,现象明显,纯度要高;⑥尽可能将杂质转化为所需物质;⑦除去多种杂质时应考虑加入试剂的合理顺序;⑧如遇到极易溶解于水的气体时,应防止倒吸现象发生。在进行化学分离提纯时,进行完必要的化学处理后,要适时实施某些物理法操作(如过滤、分液等)。
试剂的选择或采取的措施是最为关键的,它要根据除杂的一般原则,分析杂质的状态类型来确定。①原物质和杂质均为气体时,一般不选用气体作为除杂的试剂,而选用固体或液体试剂;②原物质和杂质均为可溶于水的固体(或溶液)时,杂质的除去,要根据原物质与杂质中阴阳离子的异同,选择适当试剂,把杂质中与原物质不相同的阳离子或阴离子转变成沉淀、气体、水或原物质。试剂一般选用可溶于水的固体物质或溶液,也可选用气体或不溶于水的物质;③原物质和杂质至少有一种不溶物时,杂质的除去一般不选用固体试剂,而是选用气体或液体试剂,也可采用直接加热、灼烧等方法除去杂质。p分页标题e
(1)加热分解法:如NaCl中混有少量NH4HCO3,加热使NH4HCO3分解。
(2)氧化还原法:利用氧化还原反应将杂质或氧化或还原,转化为易分离物质。如除去苯中的少量甲苯,就可利用甲苯与酸性高锰酸钾反应,生成苯甲酸,再加碱生成水溶性苯甲酸钠,从而与苯分离;又如,除去CO2中的少量O2,可将气体通过热的铜网。
(3)沉淀法:将杂质转变为沉淀除去的方法。如除去CO2中的H2S气体,可将混合气体通入到CuSO4溶液中,除去H2S气体。
(4)汽化法:将杂质转变为气体使之除去的方法。如除去NaCl固体中的Na2CO3固体,可加入HCl将其中的 转变为CO2气体。
(5)酸、碱法:利用杂质和酸或碱的反应,将不溶物转变成可溶物;将气体杂质也可转入酸、碱中吸收来进行提纯。如除去CuS中的FeS就可采用加入盐酸,使之充分溶解,利用FeS和盐酸反应而不与CuS反应的特点来使两者分离。
(6)络合法:有些物质可将其转化为络合物达到分离目的。如BaSO4中的AgCl可通过加入浓氨水,使AgCl转化为可溶的[Ag(NH3)2]Cl除去。
(7)转化法:利用某些化学反应原理,将杂质转化为所需物质,如NaHCO3溶液中含Na2CO3可通足量CO2转化,CaO中含CaCO3,可加热使之转化等。有机物的分离一般不用此法,如除去乙酸乙酯中混有的乙酸,如果采用加入乙醇及催化剂(稀硫酸)并加热的方法,试图将乙酸转化为乙酸乙酯,这是适得其反的。其一是加入的试剂难以除去;其二是有机反应缓慢、复杂,副反应多,该反应又是可逆反应,不可能反应到底将乙酸除尽。
(8)水解法:当溶液中的杂质存在水解平衡,而用其他方法难以除之,可用加入合适试剂以破坏水解平衡,使杂质转化为沉淀或气体而除去。如:MgCl2中的FeCl3,可用加MgO、Mg(OH)2、MgCO3等,降低H+浓度,促进Fe3+水解为Fe(OH)3↓,而不能加NaOH和NH3·H2O等。
(9)其他:如AlCl3溶液中混有的FeCl3,可利用Al(OH)3的两性,先加过量氢氧化钠溶液,过滤,在滤液中通足量CO2,再过滤,在滤渣[Al(OH)3]中加盐酸使其溶解。此外还有电解法精炼铜;离子交换法软化硬水等。
多数物质的分离提纯采用物理——化学综合法。
8、物质的检验