論氣體實驗室制取試劑和條件的選擇

在高考中，實驗部分所占的比重相當大，這是中學化學教學的重點、難點。物質制備實驗方案的設計與實驗方法的評價是當今高考的熱點之一，而氣體的實驗室制取是物質制備實驗的基點，熟練掌握了這些氣體的制取原理，對于提高實驗題的解題能力十分重要。所以，在高三教學中，我們要強化實驗教學，建立實驗的知識結構。下面談談回歸課本，充分利用課本資源發散復習，延伸、歸納和總結有關氣體實驗室制取的試劑和條件的選擇。

案例：化學1專題四中“硫和含硫化合物的相互轉化”——“交流與討論”欄目“2.寫出下列含硫物質發生轉化的化學方程式。（2）工業上或實驗室用亞硫酸鈉與濃硫酸反應制備二氧化硫。”

如果純粹將化學反應方程式呈現給學生，則根本起不了什么作用，只能讓學生死記硬背而已。如果設計一些問題讓學生加以思考和探究，則不僅能讓學生掌握制備二氧化硫的反應原理，更能進一步培養學生多方面的能力。比如能培養學生不停留在表面看問題，挖掘問題背后深層次原因的習慣。所以，在講評本題時，我設置了以下思考題：

請分析解答以下問題，然后選擇該實驗的制取裝置和收集裝置。

1.濃硫酸具有哪些性質？該反應主要利用了濃硫酸的什么性質？（強酸性和吸水性）

2.該反應能得到二氧化硫氣體，其原理是什么？（利用了強酸制弱酸的原理和亞硫酸的不穩定性）

3.題中強調用“濃硫酸”，使用稀硫酸能否順利收集到二氧化硫氣體？（不能。因為二氧化硫在水中的溶解度為1∶40，屬于易溶性氣體，不利于二氧化硫從溶液中揮發出來。）能否用質量分數90%以上的濃硫酸？（不能。）為什么？（90%以上的濃硫酸絕大多數以分子形式存在，主要體現的是強氧化性、脫水性和吸水性，該反應主要利用了它的強酸性和吸水性，所以選擇的濃度可以在70%～80%即可，既保證了較高濃度，又保證了較快的反應速率）

4.為了順利收集二氧化硫氣體，實驗中亞硫酸鈉應選擇溶液或固體？（固體。溶液不利于二氧化硫從溶液中揮發。）

5.依據以上分析，制備時是否需要加熱？（可以不加熱，但加熱能減小二氧化硫的溶解度，利于氣體的揮發）

通過以上題目，我們明確了實驗室制取氣體應該從多角度分析試劑選擇的依據，如物質的狀態、試劑的濃度、溫度的選擇等。試劑選擇要把握以下原則：①科學性，必須能通過化學反應制取所需氣體；②反應條件不能太苛刻，反應速度要適中，便于實驗室操作，且也比較容易收集；③價格要便宜。綜合考慮上述原則，關鍵在于反應條件的選擇。反應的“環境”即條件有濃度（濃、稀）、溫度（高溫、加熱、點燃）、壓強、狀態（溶液、氣體、固體，固體的狀態即塊狀、粉末狀）、催化劑、試劑的用量、溶液的酸堿性即介質、物質的揮發性（鹽酸、硫酸等）、水溶性、接觸面積、放電、通電等。在實驗室制取中，如高溫、高壓、放電、通電等條件是不宜選擇的。在明確了選擇的依據后，將其余氣體的實驗原理和實驗條件的選擇作詳細的對比、歸納和總結。比如在反應中為什么有的選擇濃溶液、有的選擇稀溶液（如濃鹽酸、稀鹽酸、濃硫酸、稀硫酸），有的選擇加熱、有的不需要加熱，有的選擇粉末、有的選擇塊狀或顆粒狀，有的還需選擇催化劑，等等。具體如下：

（1）H：Zn+HSO=ZnSO+H↑（若選濃硫酸，將產生SO氣體；選稀鹽酸將使H中混有HCl氣體；選顆粒狀的鋅，反應較為溫和，利于收集。）

（2）O：2HOMnO=2HO+O↑（濃溶液，30%左右；MnO為粉末狀，不需加熱，速度較快且易于控制實驗的進行。適用于實驗室快速制取較多的O。）

2KMnO=KMnO+MnO+O↑

2KClO2KCl+3O↑（均為加熱固體粉末）

（3）Cl：4HCl（濃）+MnO=Cl↑+MnCl+2HO（MnO氧化性相對較弱，不加熱或選稀鹽酸難以反應；MnO為粉末狀。）

16HCl（濃）+2KMnO=5Cl↑+2KCl+2MnCl+8HO

6HCl（濃）+KClO=3Cl↑+KCl+3HO

14HCl（濃）+KCrO=3Cl↑+2CrCl+2KCl+7HO（KMnO、KClO和KCrO為粉末狀或晶狀固體，不選擇溶液，且均有較強的氧化性，在不加熱時即使選擇稀鹽酸也能反應，但因氯氣能溶于水中，選擇濃溶液有利于氯氣的揮發收集。）

（4）CO：CaCO+2HCl=CaCl+HO+CO↑（一般選擇塊狀的大理石，也有選擇粉末狀的碳酸鈣；不選擇硫酸是因為產物硫酸鈣微溶，覆蓋在碳酸鈣表面使反應難以繼續進行；不選擇稀鹽酸可以避免CO中混有太多的HCl；不需加熱。但亦應注意，實驗表明若選擇粉末狀的碳酸鈣與稀硫酸，則反應也能順利進行。）

（5）NH：從平衡“NH+HO？葑NH·HO？葑NH+OH”出發，升溫、分離或減少HO和NH、增加NH·HO、NH+或OH的濃度均有利于氨氣的揮發和收集，所以可以選擇如下方案：

Ca（OH）+2NHCl=CaCl+2NH↑+HO（固體混合物，不利于控制反應的進行。）

NH·HO（濃）=NH↑+HO

NH·HO（濃）+CaO=NH↑+Ca（OH）（不需要再加熱，后兩個方案速度較快且易于控制實驗的進行。適用于實驗室快速制取較多的NH。）

（6）NO：3Cu+8HNO（稀）=3Cu（NO）+4HO+2NO↑（選擇銅片和稀硝酸，加熱可以加快反應進行。）

（7）NO：Cu+4HNO（濃）=Cu（NO）+2HO+2NO↑（選擇銅片和濃硝酸，不加熱能順利進行，但注意硝酸濃度的減小，否則將混入NO氣體。）

（8）SO：NaSO+HSO（濃）=NaSO+HO+SO↑（略）

Cu+2HSO（濃）=CuSO+2HO+SO↑（選擇銅片，稀硫酸不與銅直接反應）

（9）HS：（塊狀固體，若選擇濃硫酸將氧化HS氣體，則選擇稀鹽酸或濃鹽酸將混有HCl氣體。）

（10）HCl：NaCl（s）+HSO（濃）=NaHSO+HCl↑（難揮發性酸制揮發性氣體）

（11）CO：HCOOHCO↑+HO（選擇濃硫酸，利用其脫水性和吸水性。）

（12）CH：CHCHOHCH=CH↑+HO（可以選擇濃硫酸做催化劑，也利用了脫水性和吸水性。）

（13）CH：CaC+2HO→CH↑+Ca（OH）（螢石，一般為塊狀固體，反應很劇烈，放出大量的熱。）

（14）CH：CHCOONa+NaOHCH↑+NaCO（無水醋酸鈉與堿石灰的混合物加熱）

高考中，物質制備實驗方案設計與評價主要針對藥品的選擇與使用、儀器的選擇與使用、氣體的凈化與除雜等方面。突破了氣體實驗室制取的原理和試劑、條件選擇問題，舉一反三，定當有事半功倍之效。借助課本中的習題進行復習鞏固，我們不僅發現了課本習題的針對性、代表性、探索性、能力性和應用性，更重要的是幫助學生完善了氣體的實驗室制取原理選擇、試劑、條件和儀器裝置的選擇的知識結構，并使學生的實驗題解題能力得以進一步提高。同時，引導學生在高三復習中不斷從題海中解脫出來，借“題”發揮構建知識網絡。