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化学实验操作

一、实验室突发事件的应对措施

1.烫伤和烧伤:轻微烫伤或烧伤时,可先用洁净的冷水处理,降低局部温度,然后涂上烫伤药膏 (若有水疱,尽量不要弄破)。严重时需及时就医。

2.创伤:用药棉把伤口清理干净 (伤口处若有碎玻璃片,先要小心除去),然后用双氧水或碘酒擦洗,最后用创可贴外敷。

3.酸或碱等腐蚀性试剂灼伤如果不慎将酸沾到皮肤上,应立即用大量水冲洗,然后用3% ~5%的NaHCO3溶液冲洗;如果不慎将碱沾到皮肤上,应立即用大量水冲洗,然后涂上1%的硼酸。

如果有少量酸 (或碱) 滴到实验桌上,应立即用湿抹布擦净,然后用水冲洗抹布。

4.着火:立即切断室内电源,移走可燃物。如果火势不大,用湿布或灭火毯覆盖火源以灭火;火势较猛时,选用合适的灭火器进行灭火,并立即与消防联系。

如果身上的衣物着火,立即用湿布灭火;如果燃烧面积较大,应躺在地上翻滚以达到灭火的目的。

二、常见废弃物的处理方法

1.废液的处理

(1) 对于酸、碱、氧化剂或还原剂的废液,应分别收集。在确定酸与碱混合、氧化剂与还原剂混合无危险时,可用中和法或氧化还原法,每次各取少量分次混合后再排放。

(2) 对于含重金属 (如铅、汞或镉等) 离子的废液,可利用沉淀法进行处理。将沉淀物 (如硫化物或氢氧化物等) 从溶液中分离,并作为废渣处理;在确定溶液中不含重金属离子后,将溶液排放。

(3) 对于有机废液,具有回收利用价值的,可以用溶剂萃取,分液后回收利用,或直接蒸馏,回收特定馏分。不需要回收利用的,可用焚烧法处理 (注意:含卤素的有机废液焚烧后的尾气处理具有特殊性,应单独处理)。

2.废渣的处理

(1) 易燃物如钠、钾、白磷等若随便丢弃易引起火灾,中学实验室中可以将未用完的钠、钾、白磷等放回原试剂瓶。

(2) 强氧化剂如KMnO4、KClO3、Na2O2等固体不能随便丢弃,可配成溶液或通过化学反应将其转化为一般化学品后,再进行常规处理。

(3) 对于实验转化后的难溶物或含有重金属的固体废渣,应当集中送至环保单位进一步处理。

试剂的保存:

  • 环境:酸碱性、水解。

  • 瓶子:材料、塞子、口径、磨口。

  • 外界:光(棕色瓶)、空气(液封、油封)。

物理分离

过滤

  • 范围:固液不互溶。

  • 仪器:烧杯、漏斗、玻璃棒。

  • 通常伴随洗涤和干燥。

结晶

单一溶质:

  • 不带结晶水且稳定的:

    • 蒸发结晶,出现大量晶体时停止加热(蒸干)。

    • 玻璃棒:搅拌,使受热均匀,防止喷溅。

  • 带结晶水或不稳定的:

    • 蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥。

    • 降温结晶:出现少量晶体或表面出现晶膜后停止。

多种溶质:

  • 得到溶解度随温度变化小的:

    • 蒸发浓缩,趁热过滤,洗涤,干燥。

    • 趁热过滤:防止杂质降温析出,减少损耗,提高浓度。

  • 得到溶解度随温度变化大的:

    • 加热浓缩,蒸发结晶。

    • 蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥。

洗涤

  • 洗涤:使固体纯净,减少测量误差、提高纯度。

  • 冰水洗涤:洗去晶体表面的杂志离子,减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。

  • 无水乙醇洗涤:除去表面水分、易于干燥。

  • 证明洗涤干净:取样,加沉淀试剂,如无沉淀则证明洗净。

  • 干燥:连续两次干燥,质量差值小于 0.1 g\pu{0.1g}

升华

  • 固固混合,其一易升华。

  • 例如 NHX4Cl\ce{NH4Cl} 受热分解,随即化合重新生成。

渗析

  • 分离胶体和溶液,详见分散系。

  • 用高浓度的盐分离蛋白质,称为盐析。

  • 利用不同物质在同种溶剂中溶解度不同,称为层析。

蒸馏

  • 蒸馏烧瓶内加入沸石防暴沸。

  • 温度计球上表面与管下表面相切。

  • 冷凝水从下进入,从上流出。

  • 不能蒸馏共沸物(例如水和乙醇)。

  • 分馏:多温度多产物,例如石油分馏。

滴定

  • 常见滴定误差分析:

    • IX\ce{I-} 会被空气中的氧气氧化,滴定 IX2\ce{I2} 偏高。

萃取

萃取剂:

  • 不与溶剂、溶质反应。

  • 与溶剂不相容。

  • 对溶质比原溶剂更有吸引力。

  • 分配系数:物质在两相中浓度为一个定值,这个比值称为分配系数。

以水为原溶剂为例:

  • 密度大于 11 的溶剂(水在上层):四氯化碳、氯仿、溴苯、二硫化碳等。

  • 密度小于 11 的溶剂(水在下层):液态的饱和烃、直馏汽油、苯及其同系物、液态环烷烃、液态饱和酯。

基本步骤:

  • 梨形分液漏斗,验漏,倒置无液体流出。

  • 混合原溶液和萃取剂,充分震荡。

  • 静置,溶质转移与分层。

  • 分液:拔塞子,上走上、下走下,凹槽对准小孔。

离心法

离心法是一种利用离心力分离悬浮液中颗粒的技术,其核心公式为离心力 F=mω2rF=m\omega^2r

离心机通过高速旋转产生远高于重力的离心力,使不同密度、大小或形状的颗粒分层或沉降,从而实现分离。

差速离心

差速离心是一种基于悬浮液中颗粒因大小、形状和密度不同而具有不同沉降速率的原理进行分离的技术。较大的和密度较高的颗粒在离心力作用下会比小的和密度较低的颗粒更快地沉降。该技术通常涉及一系列连续的离心步骤,每次以逐渐增加的速度和 / 或时间进行,以选择性地沉降不同的细胞组分。

典型的差速离心操作步骤如下:

  1. 首先,通过匀浆化等方法破坏细胞或组织,释放出需要分离的细胞组分,形成均匀的悬浮液或裂解液。

  2. 然后,将匀浆液在较低的离心速度下进行第一次离心,使较大和较密的组分(如完整的细胞核和细胞膜)沉到底部形成沉淀。小心地收集上清液,其中含有较小和密度较低的组分,并转移到新的离心管中进行后续的离心步骤。

  3. 对于收集到的上清液,以更高的离心速度和 / 或更长的离心时间进行第二次离心,这将导致中等大小和密度的组分(如线粒体和溶酶体)沉淀。

  4. 重复上述过程,每次使用更高的离心速度,可以进一步分离出更小和密度更低的组分,例如微粒体和核糖体。在每次离心后,得到的沉淀物和上清液都代表了富含特定大小和密度范围组分的级分。

  5. 为了提高分离组分的纯度,可以对沉淀物进行重悬和再次离心,这个过程称为洗涤沉淀物。

尽管差速离心操作相对简单且成本较低,使其成为许多实验室常用的初步分离方法,但由于生物颗粒的异质性以及不同组分沉降速率的潜在重叠,通过该方法获得的级分纯度有限,通常需要进一步的纯化步骤,如密度梯度离心,以获得更高纯度的分离物。差速离心的效率高度依赖于每个步骤离心力和时间的精确选择和优化,这些参数需要根据被分离的特定组分的沉降特性进行调整。

密度梯度离心

密度梯度离心是一种基于颗粒的浮力密度在密度梯度介质中迁移的原理进行分离的技术。在离心管中预先形成一个密度梯度,通常密度从顶部到底部逐渐增加。当样品在这样的梯度中进行离心时,颗粒会迁移,直到它们到达梯度中与其自身密度相等的点,此时颗粒会悬浮在该位置,形成不同的区带。常用的梯度介质包括蔗糖、氯化铯等。

速率区带离心:是根据颗粒在预先形成的密度梯度中沉降系数的差异(主要取决于大小和质量)进行分离的。

  1. 首先,制备预先形成的密度梯度,例如通过分层不同浓度的蔗糖溶液来创建密度从顶部到底部逐渐增加的梯度。

  2. 然后,将含有待分离生物分子的样品小心地以薄层的形式加到梯度顶部,尽量减少对梯度的扰动。

  3. 接下来,在适当的速度和特定的时间进行离心,离心参数需要根据被分离生物分子的特性进行优化。

  4. 离心结束后,小心地从离心管中取出梯度,并使用细针或分数收集器从梯度中收集所需的区带或条带,每个区带包含分离出的特定生物分子,收集到的每个级分用于进一步分析。

等密度离心完全基于颗粒的浮力密度进行分离,与颗粒的大小或形状无关。

  • 在离心过程中,颗粒会迁移到梯度中与其自身密度完全相同的平衡位置,并在该位置形成区带。为了实现有效的等密度分离,梯度介质的密度范围必须覆盖待分离颗粒的密度范围。等密度离心可以利用预先形成的梯度,也可以使用在离心过程中通过梯度介质自身沉降形成的自形成梯度,例如氯化铯溶液。

  • 首先,制备密度梯度,可以通过预先分层不同密度的溶液(预形成梯度)或将样品与梯度形成介质均匀混合(自形成梯度)来实现。

  • 然后,将样品加载到预形成的梯度顶部,或者与自形成梯度介质混合。

  • 接下来,以高速进行离心,直到所有颗粒都达到其在梯度中与其密度相等的平衡位置。

  • 最后,收集不同密度的区带并进行分析以鉴定分离出的颗粒。

密度梯度离心,无论是速率区带离心还是等密度离心,与差速离心相比,都提供了更高的分辨率,尤其适用于分离密度差异细微的颗粒。速率区带离心和等密度离心是互补的技术,前者更适合根据大小 / 质量进行分离,而后者则根据密度进行分离。梯度介质的选择以及梯度形成的方法(连续与不连续,预形成与自形成)是影响密度梯度离心成功与否的关键因素,并且取决于具体的应用。

分析超速离心

分析超速离心是一种利用超速离心机产生极高离心力来分析溶液中生物大分子流体动力学和热力学性质的技术,分析超速离心主要有两种实验方法:沉降速度法和沉降平衡法。

  • 沉降速度法:沉降速度法通过观察分子在高离心场中沉降的速率来确定沉降系数、分子量、大小和形状。沉降速度实验通常采用高转速以诱导大分子快速沉降。

  • 沉降平衡法:与沉降速度法不同,沉降平衡法在较低的转速下进行较长时间,以使沉降力和扩散力之间达到热力学平衡,从而在离心管中形成稳定的分子浓度梯度。

与制备性离心不同,分析超速离心通过集成的光学检测系统实时监测沉降过程,该技术可以提供关于生物大分子的分子量、大小分布、形状以及它们在天然溶液状态下的相互作用等丰富信息。由于涉及极高的转速,分析超速离心通常在高度真空和精确的温度控制下进行,以防止摩擦生热导致样品降解并确保测量的准确性。

沉降系数

沉降系数 ss 定义为颗粒在单位离心场中的沉降速度,公式为

s=vω2rs=\dfrac{v}{\omega^2r}

单位为斯维德伯格 1 S=1013\pu{1S}=10^{-13} 秒。

反映颗粒特性:与颗粒密度、大小及形状相关。

应用场景:通过测定可推断分子量或颗粒结构,如 DNA 超螺旋构象的沉降系数差异。

关键影响因素:

  • 颗粒大小:沉降速度与粒径平方成正比(Stokes 公式)。
  • 密度差:颗粒与介质密度差越大,沉降越快。
  • 介质黏度:黏度增加会显著降低沉降速度。
  • 离心力:直接影响沉降速率,超速离心可分离纳米级颗粒。

Stokes 公式:

v=29d2Δρgηv=\dfrac{2}{9}\cdot\dfrac{d^2\Delta\rho g}{\eta}

基本实验

一定溶液配制

步骤如下:

  1. 计算、验漏。
  2. 称量或量取。
  3. 溶解和稀释。
  4. 冷却至室温。
  5. 移液至容量瓶内。
  6. 洗涤玻璃棒和烧杯。
  7. 定容。
  8. 翻转摇匀。
  9. 装瓶、贴标签。

注意事项:

  • 容量瓶一定要指定容量,例如 1000 mL\pu{1000mL} 容量瓶。
  • 定容至刻度线下 1 2cm\pu{1\sim2cm} 后用胶头滴管滴加。

中和热的测定

酸碱中和滴定

滴定是利用某些反应终点现象变化明显的反应,例如沉淀反应、中和反应、颜色反应等等,用已知浓度的溶液(称为标准液),滴定测定未知浓度的溶液(称为待测液)。以酸碱中和滴定为例:

c(待测)=V(标准)V(待测)c(标准)c(待测)=\dfrac{V(标准)}{V(待测)}c(标准)

该实验成功的关键是,准确测定标准液、待测液体积,准确判断滴定终点;由于中学阶段涉及的滴定实验,所用试剂的量通常很小,因此只要这三项有一个不准确,就会造成很大的误差。

滴定实验中需要用到的仪器有:酸式滴定管、碱式滴定管、滴定管夹或蝴蝶夹、铁架台、锥形瓶。其中,

  • 酸式滴定管通常用来盛酸性液体,还可以用来盛中性液体、氧化性液体(氢氟酸除外)、有机液体,例如酸性高锰酸钾溶液等,不能用来盛碱性液体,因为玻璃遇到强碱或生成黏性物质;

  • 碱式滴定管通常用来盛碱性液体,还可以用来盛中性液体,不能用来盛酸性液体、氧化性液体、有机液体等,因为他们会腐蚀橡胶管。

  • 此外,还有一种用聚四氟乙烯制成的滴定管,它几乎可以用于盛放任何液体(尽管通常也不要混装),甚至是氢氟酸(氢氟酸的法定容器就是聚四氟乙烯制成的)。

通常来说,滴定管的规格主要是 25 mL\pu{25mL}50 mL\pu{50mL},分度值为 0.1 mL\pu{0.1mL},读数时需要估读一位。与量筒不同的是,滴定管的零刻度线在最上方,读数时需仔细注意。另外注意,滴定管的最大刻度线位于滴定管底部,但不是滴定管的最后一块容积,也就是说,如果现在的刻度是 10 mL\pu{10mL},规格是 25 mL\pu{25mL},那么将滴定管内的所有液体放干净,放出来的液体体积是至少有,或者说大鱼 15 mL\pu{15mL} 的。

此外,滴定管通常来说,可以从任何刻度开始读数,但是其读数一定要滴定前后各读数一次。有的时候,我们通常会在滴定前标定到 0.00 mL\pu{0.00mL} 刻度线处,这样既可以方便读数,有的时候题目要求分析这样做可以让结果更准确的原因,可能是因为刻度线如果不均匀,从同一刻度开始滴定,会稍微准确一些。

洗涤和润洗:滴定管在使用前需要先用蒸馏水清洗干净,称为洗涤,然后用待测液润洗 232\sim 3 次,避免残留的蒸馏水使滴定管内盛放的液体稀释,或者挂壁。此外,有一个容易出坑的点是,滴定管内盛放的液体,虽然通常是标准液,但是如果题目明确指出或者暗示,是将待测液放入滴定管,那么需要按照这个来。常见的说法有,用已知浓度的氢氧化钠溶液滴定未知浓度的盐酸溶液,用酸式滴定管。

排气泡:对于酸式滴定管,旋转活塞,使溶液快速流出的同时,使气泡排除;对于碱式滴定管,使尖嘴向上,并挤压小球后上部的橡皮管,使溶液快速流出的同时,使气泡排除。

滴定操作:在锥形瓶下垫一张白纸,左手控制滴定管的活塞,右手轻轻摇动锥形瓶,不要把瓶中的液体摇晃洒出来,眼睛紧紧注视锥形瓶内的颜色变化。当滴入最后半滴,溶液发生颜色变化或沉淀发生颜色变化,且半分钟不变色,说明到达滴定终点。

操作注意事项:滴速先快后慢,接近终点时,应一滴一摇;滴定过程中,瓶口不能碰滴定管下端尖嘴;读数时,视线、刻度线、凹液面最低处在同一水平线上。

测量溶液的 pH\pH

  • 常见 pH\pH 试剂的变色范围。

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  • 广泛 pH\pH 试纸:

    • 试纸不能用水湿润,即使是测量蒸馏水的 pH\pH

    • 比色卡对照,只能读整数,有小数比色卡称为精密 pH\pH 试纸。

    • 无法用试纸测量的:本身颜色过深、强氧化性漂白或强腐蚀性。

  • 用强酸滴定,可以用甲基橙;用强碱滴定,可以用酚酞;强酸和强碱反应,甲基橙和酚酞都可以;无论如何,不要选择甲基红;如果有更先进的设备,电位滴定法几乎永远是由于视觉观察的。

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背诵化学指示剂颜色变化确实容易混淆,但只要掌握规律口诀,其实非常简单。

这里有几种针对甲基橙(Methyl Orange)和甲基红(Methyl Red)的高效记忆法,任选一种适合你的即可:

核心规律:统统都是“酸红碱黄”。首先,不要把它们分开背,甲基橙和甲基红在颜色变化的大方向上是完全一样的!

  • 酸性环境(pH小):红色
  • 碱性环境(pH大):黄色

口诀 1:酸红碱黄

想象一下:

  • 很危险,像是红灯(色)。
  • 比较温和像光,或者联想“碱黄”(捡黄豆),变成了色。
指示剂谁更酸?变色范围 (pH)< 范围 (酸)范围内 (中)> 范围 (碱)
甲基橙更酸3.1 ~ 4.4
甲基红稍酸4.4 ~ 6.2

终极背诵口诀(背这个就够了):

甲基兄弟是一家,酸红碱黄不分家。 三一四四是甲橙,四四六二是甲红。

避坑指南:千万不要和石蕊(酸红碱蓝)或酚酞(酸无碱红)搞混。

  • 看到“甲基”,就想“酸红碱黄”。
  • 看到“酚酞”,就想“脸红”(只有碱性才红)。

电位滴定法(Potentiometric Titration) 是一种通过测量滴定过程中电池电动势(电位)的变化来确定滴定终点的容量分析方法。与传统的指示剂法(依靠颜色变化)不同,它依靠的是电化学信号。

电位滴定法基于能斯特方程(Nernst Equation)。在滴定过程中,我们将两根电极插入被测溶液中,构成一个原电池:

  • 指示电极(Indicator Electrode): 其电位随被测离子浓度的变化而变化。
  • 参比电极(Reference Electrode): 其电位保持恒定,不随溶液成分变化(如饱和甘汞电极 SCE 或 银/氯化银电极)。

随着滴定剂(Titrant)的加入,被测离子的浓度发生变化,导致指示电极的电位发生变化。

  • 在滴定初期和后期,浓度变化引起的电位变化较平缓。
  • 化学计量点(Equivalence Point)附近,被测离子浓度发生数量级的突变(称为滴定突跃),导致电池电动势发生急剧变化。

通过记录电位(EE)随滴定剂体积(VV)的变化,找出电位突变最大的点,即为滴定终点。根据反应类型的不同,需要选择不同的指示电极

滴定反应类型指示电极参比电极备注
酸碱滴定玻璃电极 (Glass Electrode)饱和甘汞电极 (SCE) 或 Ag / AgCl响应 HX+\ce{H+} 浓度
氧化还原滴定铂电极 (Pt Electrode)饱和甘汞电极 (SCE)铂作为惰性导体传递电子
沉淀滴定银电极 (Ag) 或 离子选择性电极 (ISE)双液接甘汞电极防止参比电极液漏出干扰测定(如 ClX\ce{Cl-}
络合滴定离子选择性电极 (ISE) 或 汞电极饱和甘汞电极 (SCE)响应金属离子浓度

主要应用类型:

  1. 酸碱滴定 (Acid-Base Titration)

    • 最常见,使用 pH 玻璃电极。
    • 特长: 可以分辨多元酸(如磷酸 H3PO4H_3PO_4)的多个解离步骤,曲线上会出现多个突跃点。也可以滴定极弱的酸或碱(非水溶液滴定)。
  2. 氧化还原滴定 (Redox Titration)

    • 使用铂电极。
    • 例子:用 KMnO4KMnO_4 滴定 Fe2+Fe^{2+},或者碘量法。电位取决于溶液中氧化态和还原态物质浓度的比值。
  3. 沉淀滴定 (Precipitation Titration)

    • 通常涉及银离子,使用银电极。
    • 例子:用 AgNO3AgNO_3 滴定卤素离子 (Cl,Br,ICl^-, Br^-, I^-)。可以同时测定混合卤素离子(因为 KspK_{sp} 不同,会出现分步沉淀和多个突跃)。
  4. 络合滴定 (Complexometric Titration)

    • 使用离子选择性电极(ISE)。
    • 例子:EDTA 滴定金属离子(如 Ca2+,Mg2+Ca^{2+}, Mg^{2+})。

优点:

  1. 适用于有色或浑浊溶液: 对于深色废液、浑浊果汁等,肉眼无法观察指示剂颜色变化,电位法不受影响。
  2. 准确度高: 避免了人眼对颜色判断的主观误差(尤其是在颜色变化不敏锐时)。
  3. 可用于微量分析: 灵敏度较高。
  4. 能解决难点滴定: 如弱酸弱碱滴定、非水溶液滴定、连续滴定(混合物分析)。
  5. 易于自动化: 现代自动电位滴定仪可以自动加液、自动记录数据、自动计算终点。

缺点:

  1. 设备成本较高: 需要电位计和电极。
  2. 操作耗时: 手动操作时,需要逐点记录数据并绘图(自动滴定仪解决了这个问题)。
  3. 维护要求: 电极(尤其是玻璃电极和参比电极)需要精心维护、清洗和活化。

电位滴定法是分析化学中一种非常重要且精密的手段。它将化学反应与电信号结合,使得滴定分析不再依赖于肉眼观察,特别适合处理复杂基质(如药物、环境水样、石油产品)中的成分分析。对于现代实验室而言,全自动电位滴定仪已成为标准配置。

结晶水的测定

有机物的燃烧

氧化焰和还原焰:

  • 氧化焰是有过量氧气的环境下产生的火焰。当氧气量增加时,火焰的持续时间会缩短,颜色变暗,并发出嘶嘶声和咆哮声。

  • 还原焰是在低氧环境下产生的火焰。由于碳或碳氢化合物会与用火加工的材料中所含的氧结合(还原),所以还原焰的颜色偏黄。

  • 中性焰是氧气量刚好可以燃烧的火焰,既不发生氧化反应也不发生还原反应,一个拥有好的氧气平衡的火焰是蓝色的。

金属碳酸根盐

直接加入碳酸钠溶液中,则可能会因为碱性过强产生金属氢氧化物沉淀;因此通常与碳酸氢铵反应,应当为将碳酸氢铵稀溶液逐滴加入金属阳离子的盐溶液中,并不断搅拌。

气体的制取

发生原理

此处只放非七种元素相关的气体制取方法。

气体方程式
HX2\ce{H2}Zn+HX2SOX4HX2+ZnSOX4\ce{Zn + H2SO4 -> H2 ^ + ZnSO4}
COX2\ce{CO2}CaCOX3+2HClCaClX2+HX2O+COX2\ce{CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + H2O + CO2 ^}
NaX2COX3+HX2SOX4NaX2SOX4+HX2O+COX2\ce{Na2CO3 + H2SO4 -> Na2SO4 + H2O + CO2 ^}
OX2\ce{O2}2HX2OX2MnOX22HX2O+OX2\ce{2H2O2 ->[MnO2] 2H2O + O2 ^}
2KClOX3MnOX22KCl+3OX2\ce{2KClO3 ->[MnO2] 2KCl + 3O2 ^}
2KMnOX4KX2MnOX4+MnOX2+OX2\ce{2KMnO4 ->[\triangle] K2MnO4 + MnO2 + O2 ^}
HCl\ce{HCl}2NaCl+HX2SOX4()NaX2SOX4+2HCl\ce{2NaCl + H2SO4(浓) ->[\triangle] Na2SO4 + 2HCl}
浓硫酸滴到浓盐酸里(吸水放热、溶剂减少)
HX\ce{HX}Br/I\ce{Br/I}3NaX+HX3POX4()NaX3POX4+3HX\ce{3NaX + H3PO4(浓) ->[\triangle] Na3PO4 + 3HX}

发生装置

加热常温
固固烧杯或试管烧杯或试管
固液烧杯或试管烧杯或试管
固气硬质玻璃管玻璃管
液液烧杯或试管烧杯或试管
液气烧杯或试管烧杯或试管
气气集气瓶集气瓶

检查气密性

  • 前提:有封闭气体生成。

  • 理论:气压差。

  • 方法:加热有气泡、冷却回流,封闭水柱。

净化装置

  • 杂质的主要原因:水溶液挥发、副反应等。

  • 净化原理:溶解性、酸碱性反应、干燥等。

  • 净化的主要方式:洗气,粗进细出,长进短出。

收集装置

  • 排气法:

    • 根据密度和是否与空气反应选择。
    长进短出短进长出
    向上排空气法密度大密度小
    向下排空气法密度小密度大
  • 排液法:

    • 排水法:不与水反应。

    • 排油等不与气体反应的物质法。

量气装置

量气

  • 上图为业余测量装置,测量结果会被压强、温度影响。

  • 专业的量气装置,读数前需要冷却,调整左右液面向平后读数。

防堵塞装置

  • 恒压分液漏斗。

  • 在导管口放置棉花团,防止粉末堵塞试管。

  • 下图左下。

防倒吸装置

防倒吸装置

尾气处理

燃烧式处理:

  • 燃着的酒精灯:OX2,HX2\ce{O2,H2}

吸收式处理(注意防倒吸):

  • 碱性溶液(NaOH\ce{NaOH} 溶液):SOX2,ClX2\ce{SO2,Cl2}

  • 酸性溶液(稀硫酸):NHX3\ce{NH3}

  • 水(严格注意防倒吸):极易溶于水的 NHX3,HCl\ce{NH3,HCl}

万能式处理:

  • 气球收集。

  • 然后扔给化学老师(雾)。

检验和鉴别

气体的检验方法:

气体检验方法
COX2\ce{CO2}使澄清石灰水变浑浊
HX2O\ce{H2O}使无水硫酸铜变蓝
CO\ce{CO}还原氧化铜后,检验二氧化碳
HX2\ce{H2}还原氧化铜后,检验水
HCl\ce{HCl}使蓝色石蕊试纸变红,使硝酸银溶液产生沉淀
NHX3\ce{NH3}使红色石蕊试纸变红,有刺激性气味
SOX2\ce{SO2}使澄清石灰水变浑浊,使品红溶液褪色且可恢复,使酸性高锰酸钾溶液褪色
ClX2\ce{Cl2}黄绿色,使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,使品红溶液褪色且不可恢复

气体的检验步骤:

  • 检验先验水。

  • [TODO]。

气体的除杂

常见除杂方法:

除杂方法
COX2(HCl)\ce{CO2(HCl)}饱和 NaHCOX3\ce{NaHCO3}
COX2(SOX2)\ce{CO2(SO2)}饱和 NaHCOX3\ce{NaHCO3},酸性高锰酸钾
HX2(HCl)\ce{H2(HCl)}NaOH\ce{NaOH} 或水
HCl(ClX2)\ce{HCl(Cl2)}灼热铜网,生成 CuClX2\ce{CuCl2} 后除杂
ClX2(HCl)\ce{Cl2(HCl)}饱和 NaCl\ce{NaCl}
NX2(OX2)\ce{N2(O2)}灼热铜网
NHX3(COX2)\ce{NH3(CO2)}碱石灰
NO(NOX2)\ce{NO(NO2)}

干燥装置:

固体干燥剂(球形干燥管、U 形管)液体干燥剂(洗气瓶)
酸性干燥剂五氧化二磷(氧化性)浓硫酸(氧化性)
碱性干燥剂碱石灰(生石灰、氢氧化钠)
中性干燥剂无水氯化钙(和氨气配合反应)

气体的除杂步骤:

  • 除杂后除水。

  • [TODO]。