Лабораторная работа № 5 общие приемы работы с газами

а) Получение газов

Вещества в газообразном состоянии в лабораторных условиях получают:

а) взаимодействием смеси нескольких твердых веществ при нагревании;

б) прокаливанием одного твердого вещества;

в) взаимодействием твердого вещества с жидкостью при на­ гревании и без нагревания (хлор, хлороводород и др.).

Для получения газов применяют различные приборы (рис. 52). Простейшим из них является прибор, изображенный на рисунке 52,а, представляющий пробирку с газоотводной трубкой. При пользовании этим прибором надо учитывать условия протекания реакции. Так, если реакция идет только при нагревании, то остановить ее можно прекращением нагревания. Если же нагревание для реакции не тре­буется, то она идет до тех пор, пока не израсходуются исходные вещества (или одно из них). Преимущество такого прибора в его простоте. Недостаток — в необходимости разбирать прибор после каждого опыта по получению газа.

На рисунке 52,6, изображен прибор, состоящий из колбы Вюрца и капельной воронки. Он удобен для получения газов, когда хотя бы одно из реагирующих веществ является жидким или содержится в растворе. Выделение газа в таком приборе можно регулировать приливанием жидкого реагента. Такой прибор для получения газа можно использовать неоднократно и, следовательно, нет необходи­мости разбирать его после каждого опыта.

Приборы для получения газов (рис. 52) необходимо перед употреблением проверять на герметичность. Для этого опускают конец газоотводной трубки от прибора в сосуд с водой и слегка обогревают реакционный сосуд. Если прибор герметичен, то в воду пойдут пузырьки воздуха, а при прекращении нагревания вода из сосуда начнет засасываться в прибор.

В практике часто используют приборы автоматического действия.

Одним из таких приборов является аппарат Киппа (рис. 53).

Это стеклянный прибор, состоящий из двух частей: сосуда / с суже­нием в средней части и шарообразной воронки 2, конец которой на 1—2 см не доходит до дна сосуда. Воронка вставляется в сосуд на шлифе, обеспечивающем герметичность прибора. Средний шар имеет тубус, закрытый пробкой с газоотводной трубкой и краном 3. В нижней части аппарата имеется тубус 4, через который выливают отработанную жидкость. Аппарат Киппа для большей прочности изготовляют из толстостенного стекла, так как он должен выдерживать большое давление находящегося в нем газа. С помощью аппара­та Киппа можно получать углекислый газ, водород, сероводород и некоторые другие газы.

При зарядке аппарата Киппа в среднюю часть прибора (находя­щегося в собранном виде) через тубус помещают твердое вещество (мрамор для получения СО₂, цинк для получения Н₂). Затем тубус закрывают пробкой с газоотводной трубкой и при открытом кране вливают раствор кислоты в воронку. Кислота поступает в нижнюю часть прибора. Затем поднимается в средний шар и приходит в соприкосновение с твердым веществом — начинается химическая реак­ция, выделяется газ. Как только кислота покроет твердое вещество, вливание кислоты прекращают и кран закрывают. После закрытия крана кислота под давлением образовавшегося газа вытесняется в нижнюю часть прибора и в воронку. Реакция прекращается.

Приведение аппарата в действие осуществляется открытием крана. При этом образовавшийся газ выходит через газоотводную трубку. Кислота приходит во взаимодействие с твердым веществом, начинается реакция. При разрядке аппарата Киппа кислоту выли­вают через нижний тубус, твердое вещество извлекают через верхний тубус. Во избежание нарушения герметичности прибора разъедине­ние воронки и сосуда производят только при острой необходимости.

б) Собирание газов

Способы собирания газов определяются их свойствами: раст­воримостью и взаимодействием с водой, с воздухом, ядовитостью газа. Различают два основных способа собирания газа: вытеснением воздуха и вытеснением воды. Вытеснением воздуха собирают газы, которые не взаимодействуют с воздухом.

По относительной плотности газа по воздуху делают заключе­ние, как расположить сосуд для собирания газа (рис. 56, а и б).

На рисунке 5б,а показано собирание газа с плотностью по воздуху более единицы, например оксида азота (IV), плотность которого по воздуху равна 1,58., На рисунке 56,6 показано собирание газа с плотностью по воздуху менее единицы, например водорода, аммиа­ка и др.

Вытеснением воды собирают газы, которые не взаимодействуют с водой и плохо в ней растворяются. Этот способ называется соби­ранием газа над водой (рис; 56 в), которое осуществляют следующим образом. Цилиндр или банку заполняют водой и закрывают стек­лянной пластинкой так, чтобы в цилиндре не оставалось пузырьков воздуха. Пластинку придерживают рукой, цилиндр переворачивают и опускают в стеклянную ванну с водой. Под водой пластинку удаляют, в открытое отверстие цилиндра подводят газоотводную трубку. Газ постепенно вытесняет воду из цилиндра и заполняет его, после чего отверстие цилиндра под водой закрывают стеклянной пластинкой и цилиндр, заполненный газом, вынимают. Если газ тяжелее воздуха, то цилиндр ставят дном на стол, а если легче, то дном вверх на пластинку. Газы над водой можно собирать в про­бирки, которые, так же как и цилиндр, заполняют водой, закрывают пальцем и опрокидывают в стакан или в стеклянную ванну с водой.

Для собирания газа чаще всего применяют цилиндры с притер­тыми к ним стеклянными пластинками для закрывания.

Выбор способа собирания газов, не взаимодействующих ни с водой ни с воздухом, определяется целевой установкой опыта, для которого собирается газ.

Ядовитые газы собирают обычно вытеснением воды, так как при этом легко отметить момент, когда газ целиком заполнит сосуд. Если есть необходимость собрать газ способом вытеснения воздуха, то для этого поступают следующим образом (рис. 56,г).

В колбу (банку или цилиндр) вставляют пробку с двумя газо­отводными трубками. Через одну, которая доходит почти до дна, впускают газ, конец другой опускают в стакан (банку) с раствором, поглощающим газ. Так, например, для поглощения оксида серы (IV) в стакан наливают раствор щелочи, а для поглощения хлороводорода — воду. После заполнения колбы (банки) газом вынимают из нее пробку с газоотводными трубками и сосуд быстро закрывают пробкой или стеклянной пластинкой, а пробку с газоотводными трубками помещают в газопоглощающий раствор.