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物质制法
1、氮气
实验室:制备少量氮气的基本原理是用适当的氧化剂将氨或铵盐氧化,最常用的是如下几种方法:
⑴加热亚***铵的溶液:NH4NO2===(△)N2↑+2H2O
⑵亚***钠与***化铵的饱和溶液相互作用:NH4Cl+NaNO2=NaCl+2H2O+N2↑
⑶将氨通过红热的氧化铜:2NH3+3CuO=(△)3Cu+3H2O+N2↑
⑷氨与溴水反应:8NH3+3Br2(aq)=6NH4Br+N2↑
⑸***铵加热分解:(NH4)2Cr2O7=(△)N2↑+Cr2O3+4H2O
工业:单质氮一般是由液态空气的分馏而制得的,。%。为获得纯氮,可在上述氮气中加入少量氨,并以Pt作催化剂,将氧除去,也可使不纯的氮通过赤热的铜或其他金属以除去微量的氧。
2、***气
实验室:通常用氧化HCl或浓盐酸的方法来制取***气,常见的氧化剂有:MnO2、K2Cr2O7、KMnO4、KClO3、Ca(ClO)2,发生的反应分别是:
4HCl(浓)+MnO2=(加热)MnCl2+Cl2↑+2H2O
14HCl+K2Cr2O7=2KCl+2CrCl3+7H2O+3Cl2↑
16HCl+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑
6HCl+KClO3=KCl+3H2O+3Cl2↑
4HCl+Ca(ClO)2=CaCl2+2H2O+2Cl2↑
如不用浓盐酸,亦可用NaCl(固体):
2NaCl+MnO2+3H2SO4(加热)=2NaHSO4+MnSO4+Cl2↑+2H2O
也可用非金属之间的置换反应:
2HCl+F2=2HF+Cl2↑
***气为强氧化物,氢***酸为氧化性酸,不得使用任何玻璃、金属器材(包括铂、金),应使用塑料器材!
工业:生产中用直流电电解饱和食盐水法来制取***气:
2NaCl+2H2O=(通电)H2↑+Cl2↑+2NaOH
3、***化氢
实验室:浓硫酸与***化钠共热
H2SO4(浓)+2NaCl=(加热)Na2SO4+2HCl↑
工业:电解饱和食盐水:
2NaCl+2H2O==2NaOH+Cl2↑+H2↑
工业上制取盐酸时,首先在反应器中将氢气点燃,然后通入***气进行反应,制得***化氢气体:
H2+Cl2=(点燃)2HCl
***化氢气体冷却后被水吸收成为盐酸。在***气和氢气的反应过程中,有毒的***气被过量的氢气所包围,使***气得到充分反应,防止了对空气的污染。在生产上,往往采取使另一种原料过量的方法使有害的、价格较昂贵的原料充分反应。
4、硅酸
盐酸和硅酸钠反应可生成硅酸(酸性强于硅酸的酸和硅酸盐):
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl
注意:硅酸是原硅酸脱水而生成的,原硅酸是Si(OH)4,或写成H4SiO4,硅酸是H2SiO3
5、氧气
实验室:
(1)加热高锰酸钾,化学式为:2KMnO4=(△)K2MnO4+MnO2+O2↑
(2)用催化剂MnO2并加热***酸钾,化学式为:2KClO3=(△,MnO2)2KCl+3O2↑
(3)双氧水(过氧化氢)在催化剂MnO2(或红砖粉末,土豆,水泥,铁锈等)中,生成O2和H2O,化学式为2H2O2=(MnO2)2H2O+O2↑
工业:制造氧气方法:
(1)压缩冷却空气
(2)分子筛
(3)潜水艇中或防毒面具:2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
(4)通过富氧膜制氧,让空气震荡,根据氮气与氧气的活动速度不同,通过富氧膜提取足够浓度的氧气。注:浓度百分之三十的氧气含量是对身体最好的浓度,称为富氧状态
6、二氧化硫
实验室:
(1)反应原理:Na2SO3+H2SO4(浓)=Na2SO4+H2O+SO2↑
(2)实验装置:制Cl2装置(但不需加热)
(3)注意事项:
①由于SO2易溶于水,所以应选用浓H2SO4和Na2SO3(s)反应,(s)为粉末状,为控制反应速率,浓H2SO4应从分液漏斗中逐滴滴下.
②浓盐酸是不能采用的,因为其中含有大量的水(常温常压下,质量分数最大的浓盐酸为45%的浓盐酸),否则会有大量的SO2溶解在水中.
③·L-1的浓H2SO4(即质量分数为98%的浓H2SO4)也不能采用,因为其中缺少水分,硫酸并未电离,仍以分子形式存在,而Na2SO3(s)∶1的浓H2SO4.
④Na2SO3(aq)不宜采用,因为其中含有大量水,开始阶段主要生成HSO
工业:将硫铁矿粉碎成细小的矿粒后,放在沸腾炉中焙烧,因为矿粉颗粒小,跟空气接触面积大,燃烧充分,烧得快。当矿粒燃烧时,从炉底通入强大的空气流,把矿粒吹得在炉内一定空间里剧烈翻腾,好象沸腾的液体一样,从沸腾炉出来的炉气主要是二氧化硫,还有氧气、氮气、水蒸气及一些杂质,所以再通过除尘(除去矿尘)、洗涤(除去***、硒的化合物)、干燥(除去水蒸气)等净化设备,才能得纯净的二氧化硫气体。
化学方程式:4FeS+7O2==4SO2+2Fe2O3
7、硫化氢
用硫化亚铁与稀硫酸反应即可制得硫化氢气体。
FeS+H2SO4=FeSO4+H2S(g)
因硫化亚铁是不溶性固体,该反应不需加热,可以用类似于氢气制取时用的装置。
如用硫化钠与稀硫酸反应,则因硫化钠易溶于水反应过于激烈而无法控制。因此不用。
8、氢气
实验室:锌粒与稀硫酸反应Zn+H2SO4=H2SO4+H2↑
工业:电解饱和食盐水2NaCl+2H2O==2NaOH+Cl2↑+H2↑
或制取水煤气C+H2O(g)=(高温)CO+H2
CO+H2O(g)=(高温)CO2+H2
9、氨气
实验室:
实验室,氨常用铵盐与碱作用或利用氮化物易水解的特性制备:
2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)=(△)2NH3↑+CaCl2+2H2O
Li3N+3H2O=LiOH+NH3↑
注意:①不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反应制氨气
因为NH4NO3是氧化性铵盐,加热时低温生成NH3和HNO3,随着温度升高,***的强氧化性发挥作用使生成的氨进一步被氧化生成氮气和氮的氧化物,所以不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反应制氨气。
②实验室制NH3不能用NaOH、KOH代替Ca(OH)2
因为NaOH、KOH是强碱,具有吸湿性(潮解)易结块,不易与铵盐混合充分接触反应。又KOH、NaOH具有强腐蚀性在加热情况下,对玻璃仪器有腐蚀作用,所以不用NaOH、KOH代替Ca(OH)2制NH3。
③用试管收集氨气为什么要堵棉花
因为NH3分子微粒直径小,易与空气发生对流,堵棉花目的是防止NH3与空气对流,确保收集纯净。
④实验室制NH3除水蒸气为什么用碱石灰,而不采用浓H2SO4和固体CaCl2
因为浓H2SO4与NH3反应生成(NH4)2SO4
NH3与CaCl2反应能生成CaCl2·8NH3(八氨合***化钙)
CaCl2+8NH3==CaCl2·8NH3
⑤实验室快速制得氨气的方法
用浓氨水加固体NaOH(或加热浓氨水)
工业:制法:工业上氨是以哈伯法通过N2和H2在高温高压和催化剂存在下直接化合而制成:
N2(g)+3H2(g)=(高温高压催化剂,可逆)2NH3
10、***
实验室:如果实验室有充足的器材的话,反应应该是
4NH3+5O2=(Cr2O3)4NO+6H2O(氨的催化氧化)
再将反应后的NO与氧气混合,由于NO极易与氧气反应成红色的NO2,再将NO2通入水中就制成***了。
工业(法一)(1)制氢气
C+H2O(g)=H2+CO
(2)冷凝分离空气制氮气
(3)制取氨气
N2+3H2=(高温高压催化剂,可逆)2NH3
(4)铂、氧气氧化
4NH3+5O2=(△)4NO+6H2O
(5)氧气进一步氧化
2NO+O2=2NO2
(6)与水反应
3NO2+H2O=2HNO3+NO
(7)原料重利用(五到六步重复)
工业上一般采用蒸馏提纯,再与纯水配制任何比例(一般为65%左右)的市售产品
(法二)(1)采取火硝石(***钾)
(2)用浓硫酸与***钾反应
H2SO4+2KNO3=K2SO4+2HNO3
11、硫酸
实验室:实验室硫酸制法
可以用FeSO4·7H2O加强热,用冰水混合物+U型管冷凝即可,用NaOH吸收SO2,%的H2SO4
关键在于尾气吸收。
工业:生产硫酸的原料有硫黄、硫铁矿、有色金属冶炼烟气、石膏、硫化氢、二氧化硫和废硫酸等。硫黄、硫铁矿和冶炼烟气是三种主要原料。
①燃烧硫或高温处理黄铁矿,制取二氧化硫
S+O2=(点燃)SO2
4FeS2+11O2=(高温)8SO2+2Fe2O3H2SO4工业制作装置
②接触氧化为三氧化硫
2SO2+O2=(△,V2O5)(可逆)2SO3
③%硫酸吸收
SO3+H2SO4=H2S2O7(焦硫酸)
④加水
H2S2O7+H2O=2H2SO4
12、水煤气
工业:一种低热值煤气。由蒸汽与灼热的无烟煤或焦炭作用而得。主要成分为氢气和一氧化碳,也含有少量二氧化碳、氮气和甲烷等组分;各组分的含量取决于所用原料及气化条件。主要用作台成氨、合成液体燃料等的原料,或作为工业燃料气的补充来源。
工业上,水煤气的生产一般采用间歇周期式固定床生产技术。炉子结构采用UGI气化炉的型式。在气化炉中,碳与蒸汽主要发生如下的水煤气反应:
C+H2O(g)=(高温)CO+H2
CO+H2O(g)=(高温)CO2+H2
以上反应均为吸热反应,因此必须向气化炉内供热。通常,先送空气入炉,烧掉部分燃料,将热量蓄存在燃料层和蓄热室里,然后将蒸汽通入灼热的燃料层进行反应。由于反应吸热,燃料层及蓄热室温度下降至一定温度时,又重新送空气入炉升温,如此循环。当目的是生产燃料气时,为了提高煤气热值,有时提高出炉煤气温度,借以向热煤气中喷入油类,使油类裂解,即得所谓增热水煤气。
近年来,正在开发高温气冷堆的技术,用氦为热载体将核反应热转送至气化炉作为热源,以生产水煤气。
13、一氧化氮
实验室:铜和稀***共热
3Gu+8HNO3(稀)=(△)3Gu(NO3)2+4H2O+2NO↑
14、二氧化氮
实验室:铜和浓***共热
Gu+4HNO3(浓)=(△)Gu(NO3)2+2H2O+2NO2↑
(可以不加热,加热只是影响反应速度)
15、二氧化碳
实验室:
盐酸和大理石或石灰石反应
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
工业:
高温煅烧石灰石
CaCO3=CaO+CO2↑(高温煅烧)
民间:
小苏打(碳酸氢钠)和白醋反应
HAz+NaHCO3=NaAz+CO2+H2O
其他重要反应
15、火箭推进
C2H8N2+N2O4—
(CH3)2N2H2+N2O4—
14、汽车尾气处理
NO+NH3—
NO2+NH3—
NO2+N2H4—
2NO+2CO=(催化剂)N2+CO2