(1)氫氣的制備與凈化
在實(shí)驗(yàn)室里制取少量的氫氣常用啟普發(fā)生器。原料中的酸可以用硫酸、鹽酸等,金屬可以用鋅、鐵、鎂等。工業(yè)上常用水、水煤氣、天然氣等來(lái)制備氫氣。供高純?cè)噭┗蚋呒冊(cè)厣a(chǎn)所用的氫,多以電解水或電解氯化鈉(食鹽)溶液來(lái)制取。
一般氫氣中的主要雜質(zhì)有水蒸氣、氧、微量氮、氯、二氧化碳、磷的化臺(tái)物以及電解液的霧沫,少量的油蒸氣等。
氫氣的凈化通常是使氫通過(guò)一系列的凈化裝置,各種裝置具有除去一定雜質(zhì)的能力,氫氣凈化的方法和提純工藝流程較多,但各種方法主要是以除去水和氧為基本出發(fā)點(diǎn)。
實(shí)驗(yàn)室中,日常所用的氫氣鋼瓶中的氫氣的純度對(duì)大多數(shù)用途已經(jīng)足夠了。當(dāng)需要提純時(shí),可用鈀催化劑使微量氧轉(zhuǎn)化為水,然后用活性氧化鋁或濃硫酸等作干燥劑充分脫水即可。如對(duì)氧要求不嚴(yán)格時(shí),可讓氫氣先通過(guò)堿性的高錳酸鉀溶液,再通過(guò)濃硫酸脫水即可。
必須注意的是氫氣和空氣混合物的爆炸極限為4%-75%(體積分?jǐn)?shù))。當(dāng)排除系統(tǒng)中的氫氣降低壓力時(shí),必須把氫氣放入空敞的大氣中。
(2)乙炔的制備與凈化
乙炔的沸點(diǎn)為-84℃(升華)。在15℃和0.3MPa壓力下,100g丙酮中約能溶解30L乙炔。因?yàn)橐胰苍?.2MPa壓力下即能爆炸,所以將其溶于丙酮貯存在鋼瓶中,溶有乙炔的丙酮溶液被吸附在多孔物質(zhì)如硅藻土上,為了防止丙酮被乙炔氣體帶出,乙炔鋼瓶必須直立著使用。
在實(shí)驗(yàn)室里少量乙炔使用碳化鈣制備,其反應(yīng)方法各式如下:CaC2+2H2O→C2H2↑+Ca(OH)2
在裝有滴液漏斗和氣體導(dǎo)出管的lOOOml圓燒瓶中,放置lOOg碳化鈣,在水冷卻下從滴液漏斗慢慢滴加水,生成的乙炔氣經(jīng)過(guò)導(dǎo)管通入洗氣瓶?jī)艋?。根?jù)不同的要求,可以選擇適宜的凈化程序。在洗氣瓶中裝入氫氧化鉀溶液(500g/L)能除去CO₂等酸性雜質(zhì)。裝入鉻酸溶液能除去硫化氫等還原性雜質(zhì),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(guò)活性炭吸附除去。干燥可用氯化鈣、硫酸或五氧化磷。
乙炔和空氣混合物的燃燒極限為2.5%-81%(何種分?jǐn)?shù))。乙炔不能跟銀和銅溶液接觸,因?yàn)樗鼈兡苌杀ㄐ缘囊胰不衔?。由于乙炔中常含有磷化氫,所以鋼瓶裝的乙炔是有毒的。
(3)氮?dú)獾膬艋?br />
為了除去鋼瓶中所裝氮?dú)鈨?nèi)含有少量氧,可將氮?dú)馔ㄟ^(guò)裝有2g聯(lián)苯三酚和69氫氧化鉀的50ml水溶液的洗滌瓶,然后用堿石灰干燥塔進(jìn)行干燥。
(4)氨氣的制備與凈化
氨氣是有特殊刺激臭味的無(wú)色氣體,熔點(diǎn)-77.7℃,沸點(diǎn)-33.35℃,非常容易溶于水中,燃點(diǎn)651℃,在空氣中的爆炸極限為15.3%-25%(體積分?jǐn)?shù)),有毒性及腐蝕性,在空氣中的允許濃度為100μg/g。
在實(shí)驗(yàn)室制備少量按氣方法如下:在燒瓶在混合5份(質(zhì)量)氯化銨粉末和7份(質(zhì)量)新硝化的工業(yè)品熟石灰,向混合物中加入10份質(zhì)量的水并充分?jǐn)嚢?,在砂浴上加熱燒瓶時(shí)即可得到勻調(diào)的氣流,然后在洗氣瓶中用少量的水洗滌氣體,并用固體氫氧化鉀干燥。也可用硫酸銨代替氯化銨,用氫氧化鉀或氫氧化鈉代替氫氧化鈣。
由于純度為99.8%以上的液氨可以裝入鋼瓶出售,所以通??芍苯邮褂?,在室溫下有0.8MPa左右的壓力,如果使用氨用減壓閥降至常壓放出后,就可得到純度很高的氨氣。如為了除去微量油蒸氣、二氧化碳等需要特別提純干燥,可使氨氣通過(guò)活性炭后再通過(guò)裝有堿石灰或固體氫氧化鈉、金屬鈉絲等一系列的干燥管,最后通過(guò)五氧化二磷完全干燥。
(5)硫化氫的制備和凈化
硫化氫為無(wú)色氣體,具有腐敗蛋臭味。在常溫能被水吸收,1體積的水約可吸收2-3何種的氣體,溶解度隨溫度升高而減小,在室溫時(shí)的飽和溶液約為0.1mol/L。硫化氫的水溶液叫做硫氫酸,它是一種弱酸。硫化氫為劇毒品。
硫化氫可裝入鋼瓶在市場(chǎng)出售,一般純度在99.9%以上。市售的所謂“固態(tài)硫化氫”是一種有機(jī)硫化物,將其加熱很容易制取出硫化氫。
實(shí)驗(yàn)室制備硫化氫可由硫化鐵和鹽酸、硫化鈣和鹽酸、硫化鈣和氯化鎂、硫氫化鈉和氯化鎂以及硫化鈉和磷酸等相互作用的方法?,F(xiàn)以用硫化鈣與氯化鎂相互作用制備硫化氫的方法為例。
(6)一氧化碳的制備和凈化
一氧化碳毒性極強(qiáng),無(wú)色、無(wú)臭,熔點(diǎn)-205.0℃,沸點(diǎn)-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(diǎn)609℃,在空氣中爆炸范圍,下限為12.5%(體積分?jǐn)?shù))。
(7)二氧化碳的凈化
二氧化碳是一種無(wú)色無(wú)臭的氣體。升華點(diǎn)為-78.48℃,熔點(diǎn)為-55.7℃,在lOOml水中的溶解度:0℃時(shí)為171ml;20℃時(shí)為88ml;60℃時(shí)為36ml二氧化碳。0℃時(shí)氣態(tài)密度為1.977g/L。液態(tài)密度0℃時(shí)為0.914g/cm3。
鋼瓶裝的二氧化碳可能含有的雜質(zhì)是:水蒸氣、一氧化碳、氧、氮,在少數(shù)情況下含有痕量的硫化氫、二氧化硫等。
瓶裝二氧化磷的提純方法如下:使二氧化碳?xì)怏w依次通過(guò)兩個(gè)裝有乙酸鉻(II)的溶液的洗滌瓶,用以除去大部分氧。再通過(guò)裝著小塊的碳酸氫鉀的U形管,用以陰德去酸蒸氣。通過(guò)裝著高錳酸鉀溶液的洗滌瓶用以除去硫化氫。再通過(guò)盛有濃硫酸的洗滌瓶進(jìn)行干燥。最后再通過(guò)裝有活性銅和氧化銅并加熱至200℃的管,借以除去最近殘余的氧和一氧化碳。倘若二氧化碳中不含這些雜質(zhì)的某一種,則可免去相應(yīng)的那個(gè)容器。
(8)一氧化二氮的制備和凈化
一氧化二氮為無(wú)色氣體,熔點(diǎn)-90.6℃,沸點(diǎn)-88.5℃。常溫時(shí)在水中的溶解度和二氧化碳相同,1個(gè)何種的水可溶解1個(gè)何種的氣體。
純度相當(dāng)高的一氧化二氮在原子吸收光譜分析中用作助燃劑,在醫(yī)學(xué)上用作麻醉劑。已有鋼瓶市售。若再行提純時(shí),可將這種一氧化二氮在五氧化磷上通過(guò)之后,用掩體空氣冷凝,用減壓分餾蒸餾即可。
一氧化二氮的制備是用硝酸銨分解法。將純硝酸銨放在電烘箱中,在160-170℃加熱使其完全脫水,將其熔融物放在玻璃干燥器中使用其凝固。將它研成粉末裝到帶有支管的圓底燒瓶里,燒瓶上部繞上加熱線圈,以防止反應(yīng)中生成的水冷凝回流到硝酸銨熔融物里。在支管上接上一氧化二氮冷凝捕集器,用冷水冷卻,使生成的水大部分冷凝下來(lái),燒瓶在金屬網(wǎng)上加熱要非常注意,在170℃開(kāi)始反應(yīng),為了防止產(chǎn)生氮?dú)饧把趸?,溫度不得超過(guò)250℃。因?yàn)槭欠艧岱磻?yīng),加熱過(guò)急或燒瓶中硝酸銨過(guò)多都有引起爆炸性反應(yīng)的危險(xiǎn),所以避免這種情況。產(chǎn)生的一氧化二氮在KOH水溶液和硫酸溶液中通過(guò)得以洗滌。微量氧用堿性連二硫酸鹽水溶液洗滌除去。因?yàn)橐谎趸谒械娜芙舛认喈?dāng)大,故應(yīng)將氣體收集在先充滿食鹽飽和溶液或熱水的貯氣器中。