❶ 二氧化碳置換天然氣水合物實驗研究進展
徐坤，劉笛，趙佳飛，宋永臣，劉瑜，劉衛國，薛鎧華，葉陳誠，朱一銘
徐坤（1987－），男，碩士研究生，主要從事天然氣水合物置換開采研究，E-mail:[email protected]
大連理工大學教育部海洋能源利用與節能重點試驗室，遼寧大連116024
摘要：天然氣水合物被認為是21世紀最具有商業開采價值的新能源，全球深度在2 000 m以內的岩石圈淺部所含的天然氣水合物量，相當於現已探明的常規礦物燃料總和的2倍。作為一種集溫室氣體CO2長期儲存和天然氣開采於一體的方法，CO2置換法引起了許多研究人員的極大興趣。本文全面總結了國內外CO2置換開采天然氣水合物中CH4的實驗研究進展；論述了CO2置換開采天然氣水合物的優缺點，強調了CO2乳化液置換的優越性；介紹、分析了氣態CO2、液態CO2以及CO2乳化液置換實驗的最新進展，並且對3種置換方法進行了對比；介紹了CO2乳化液制備實驗的最新進展，並論述分析了CO2氣體、液體以及乳化液在置換開采天然氣水合物中的關鍵技術問題。
關鍵詞：天然氣水合物；二氧化碳；置換開采；乳化液
Advance in Experimental Research on Replacement of Natural Gas Hydrate with CO2
Xu Kun,Liu Di,Zhao Jiafei,Ssng Yongchen,Liu Yu,Liu Weiguo,Xue Kaihua,Ye Chencheng,Zhu Yiming
Key Laboratory of Ocean Energy Utilization and Energy Conservation of Ministry of Ecation,Dalian University of Technology,Dalian 116023,China
Abstract:Natural gas hydrate(NGH)is regarded as a kind ofnew energy with great commercial exploitation value in the 21th century,the amount of NGH in the lithosphere within 2000m around the world is about twice the total amount of the ascertained fossil energy.As a method which combines CO2long-term storageand NGH exploitation,the replacement method with CO2has caused the attention of many researchers around the world.This paper summarizes the experimental research advance on replacement of CH4from the hydrate by use of CO2,discusses the advantages and disadvantages of the method on the natural gas proctionfrom hydrate and emphasizes the superiority of CO2emulsion.Then,the latest progresses of CH4replacement experiments with gaseous CO2,liquid CO2and CO2emulsion are introced and analyzed,and the latest experiment progresses on preparation of CO2emulsion are introced.Finally,the key technical problems of the replacement methods with differentforms of CO2are demonstrated.
Key words:natural gas hydrate;carbon dioxide;replacement exploitation;emulsion
0 引言
天然氣水合物，又稱為「可燃冰」，廣泛存在於永久凍土地帶和深海底層，被認為是21世紀最具有商業開采價值的新能源，具有巨大的資源儲量[1]。目前，天然氣水合物開採的主要方法有熱激發法、減壓法和化學試劑法[2]。這些方法都是通過破壞水合物在原位條件下的相平衡，達到分解開採的目的。然而，在考慮各種開采方法的技術和經濟特徵的同時，還應該認識到，天然氣水合物作為賦存區地層的構成部分，在穩定該區域地層方面起著相當重要的作用；而上述方法在開采天然氣水合物過程中，將其分解成氣體和水，可能會造成地質失穩，從而引起地質災害[3]。與此同時，由於人類社會生產的快速發展，溫室氣體的大量排放已經成為人類必須面臨的重大環境問題，CO2封存被認為是減少CO2排向大氣，減輕全球溫室效應的有效手段。
基於以上兩點，研究人員提出了使用CO2置換天然氣水合物中的CH4的設想[4]。作為一種集溫室氣體CO2長期儲存和天然氣開采於一體的方法，該方法不僅可以避免常規開采方法的一些諸如降壓法熱量來源無法解決、加熱分解法熱量利用率低、加入抑制劑法成本高且易對地層產生傷害等缺點；還提供了一種長期儲存溫室氣體CO2和在開采天然氣過程中穩定海底地層的方法[5]，為減少地球表面的溫室氣體排放提供了一條有效途徑。
雖然CO2置換法被認為是一種前景廣闊的天然氣水合物開采方法，但是該方法存在著置換速率緩慢的缺陷。根據Masa Ki Ota[6]使用氣態CO2，在壓力為3.25 MPa，溫度從271.2 K變化至275.2 K的條件下進行置換實驗得到的數據可以得知，置換速率在反應進行大約10 h之後變得相當緩慢，若不能提高置換反應的速率，該技術將不具備實際的應用價值。
1 置換反應可行性研究
圖1是Sloan[7]繪制的關於CH4、CO2及其水合物的典型相平衡曲線圖，溫度選擇在天然氣水合物在天然沉積物中的形成條件——273 K附近。圖1中的A、B區域在冰（水）－水合物－氣態CO2（液態CO2）相平衡線之上，冰（水）－水合物－氣態CH4相平衡線之下，表明這個區域可以同時存在著氣態CH4和CO2水合物，這個區域的存在證明了使用CO2氣體置換天然氣水合物的可能性。
圖1 CH4-CO2-H2O相平衡圖（據文獻[7]）
CH4-CO2-H2O體系相平衡實驗及理論計算表明，在溫度低於283 K時，相同溫度下CH4水合物的生成壓力大於CO2水合物的生成壓力。所以在理論上，將CO2注入地下水合物儲層後，CH4水合物會轉化為更穩定的CO2水合物，同時釋放出CH4氣體[8]。在此過程中，CO2水合物的生成和天然氣水合物的分解同時進行，Masa Ki Ota[6]的實驗數據表明，實驗過程中CO2水合物形成放出的熱量（73.3 k J/mol）遠大於CH4水合物分解所吸收的熱量（14.5 k J/mol），這樣不僅在反應過程中自行提供了CH4水合物分解過程所需要的熱量，解決了熱源問題，還避免了水合物分解過程中的自保護作用，對於天然氣水合物分解起到了促進作用[9]。根據化學熱力學基本理論，自發化學反應總是向著Gibbs自由能減小的方向進行。如Masa Ki Ota[10]所述，在溫度范圍為271.2～275.2 K、壓力為3.25 MPa的條件下，CO2置換CH4反應的Gibbs自由能為負值，置換反應將會自發進行。對於置換過程的推動力，Masa Ki Ota[10]則認為是該過程中氣相和水合物相的逸度差。
從微觀上看，CO2和CH4水合物都屬於Ⅰ型結構水合物[11],CH4水合物有6個中穴和2個小穴， CO2分子的體積比CH4大，其大小介於CH4水合物的中穴和小穴之間[12]，因此置換CH4水合物理論上的最高置換效率只能達到75%[13]。Uchida[8]等結合實驗現象認為，CO2與CH4水合物的置換反應分2個主要步驟：1)CH4水合物分解，釋放出的CH4氣體離開固相進入CO2相中；2）重新形成氣體水合物，CH4分子由於記憶效應很快佔領各晶胞小穴，CO2分子進入部分晶胞中穴。置換過程中2種客體分子的置換過程可用圖2表示。
圖2 置換過程中兩種晶穴的變化圖（據文獻[14])
2 實驗研究
2.1 氣態CO2置換開采天然氣水合物
圖3為Masa Ki Ota等[6]使用高壓氣態CO2置換CH4的實驗裝置示意圖。Ota進行了3組實驗，實驗時反應釜內壓力為3.25 MPa，恆溫系統的溫度分別設定為271.2 K、273.2 K和275.2 K，具體實驗步驟如下：1）將一定量的去離子水加入到反應釜中，然後通入CH4氣體，在一定的溫度壓力條件下，通過攪拌器的高速攪拌作用，生成CH4水合物；2）當反應釜內的壓力不再變化時，可以認為CH4水合物已經飽和，靜置一段時間之後，通入高壓CO2氣體將反應釜中剩餘的CH4氣體驅除干凈，應用拉曼光譜來測試排出的氣體，確認CH4被清除干凈，之後繼續通入CO2氣體將反應釜內加壓到預定值；3）將恆溫系統設定為實驗要求的溫度，再將反應釜置於恆溫系統中，反應開始後，在反應過程中每隔一段時間取出少量氣體樣本，應用拉曼光譜儀進行分析，計算出不同時刻反應釜內兩種氣體的摩爾量，從而計算出CH4氣體的置換量和置換速率。
圖3 CO2置換CH4裝置示意圖（據文獻[6])
1.CO2氣罐； 2.冷卻裝置；3.CO2氣囊；4.CH4氣囊；5.帶恆溫系統的反應釜；6.可視窗；7.攪拌器； 8.減壓閥；9.CH4氣罐；10.熱電偶；11.壓力表；12.背壓閥；13.拉曼光譜儀；14.集氣瓶
圖4是Masa Ki Ota實驗得到的CH4水合物分解量和CO2水合物生成量隨時間的變化曲線圖，分析3組實驗數據，可以得出以下結論：1）在壓力恆定的情況下，適當提高反應溫度，有利於置換反應的進行；2)CH4水合物的分解量和CO2水合物生成量基本一致，從而證明了置換反應是一個CO2分子占據CH4分子所在晶穴的過程；3）在反應初始階段置換速率較大，但是在反應進行了大約10 h之後，置換速率出現明顯的下降。
圖4 CH4水合物分解量和CO2水合物生成量變化曲線圖（據文獻[6]）
李遵照[4]等通過實驗證明，氣態CO2置換天然氣水合物時，溫度和壓力對於置換速率影響較大，較高的溫度和壓力能夠對反應起到促進作用。此外，當實驗的溫度達到冰點以上，CH4水合物的分解速率明顯提升。
2.2 液態CO2置換開采天然氣水合物
MasaKi Ota等[14]使用飽和液態CO2也進行了CO2置換天然氣水合物中CH4的實驗，實驗裝置同圖4相比，多了一個CO/液化裝置。該實驗的具體步驟如下：1）將一定量的去離子水加入到反應釜中，再通入CH4氣體，在一定的溫度壓力條件下，通過攪拌器的高速攪拌作用，生成CH4水合物；2）當反應釜內的壓力不再變化時，可以認為CH4水合物已經飽和，靜置一段時間之後，利用高壓CO2氣體將反應釜中剩餘的CH4氣體驅除干凈，通過拉曼光譜儀測試排出的氣體來確認反應釜內沒有CH4，之後繼續通入CO2氣體將反應釜加壓到預定值，然後往反應釜內加入飽和液態CO2; 3）當反應釜內充滿液態CO2時，將反應釜放入溫度設定為實驗要求值的恆溫系統中，置換反應開始進行。在反應開始之後每隔一段時間用拉曼光譜儀檢測水合物中CO2水合物和CH4水合物的組成以及水合物中小穴和中穴中的分子類型。
圖5是該置換反應過程中CH4水合物和CO2水合物佔全部水合物百分率的變化曲線圖。從圖中可以看出，CH4水合物的減少量與CO2水合物的增加量基本一致，證實了液態CO2置換CH4的可行性，同時說明了置換過程是一個CO2分子占據晶穴中CH4分子的過程。圖6是反應過程中CH4分子在水合物、中穴以及小穴中所佔比例的變換曲線圖。從圖中可以看出，中穴中的CH4分子減少速度比小穴中的CH4分子快得多，而且CH4分子在總的水合物中所佔的比例與其在中穴中所佔的比例變化大致相等，從而證明了置換反應只發生在CH4水合物的中穴中。
圖5 CH4、CO2水合物百分比變化曲線圖（據文獻[14]）
圖6 CH4分子在水合物、小穴和中穴中的比例變化曲線圖（據文獻[14]）
2.3 CO2乳化液置換開采天然氣水合物
對於CO2置換CH4反應速率在反應一段時間之後置換速率下降的原因，Ji-Ho Yoon等[15]認為：在開始階段，CO2分子與CH4水合物有較大的接觸面積，置換速率較大。隨著反應的進行，在CH4水合物上面形成的CO2水合物層起了屏蔽作用，阻礙了CH4水合物的繼續分解，導致了置換速率的下降直至停止。
為提高置換反應速率，Mc Grail等[16]提出了一種強化氣體水合物回收法（enhanced gas hydrate recovery，簡稱EGHR）。該方法的要點是，首先通過一定的方法製成以液態CO2為分散相、水為連續相的乳化液，然後在一定的壓力下，將乳化液注入事先在沙層中形成的CH4水合物層，使之與水合物接觸，置換出水合物中的CH4。Mc Grail等認為這樣做，可以充分利用H2O-CO2混合物體系的物理和熱力學性質，結合多孔介質中受控多相流、熱量和質量傳遞過程的優點，使置換反應得到強化。
雖然CO2乳化液置換被認為是一種較好的置換方式，但是CO2乳化液的制備技術還不是很成熟。Varun V.Dhanu Ka等[17]在制備CO2乳化液時應用了一種新型乳化劑TMN-6（異構醇乙氧基化物表面活性劑），製得了以CO2為分散相、水為連續相的乳化液（C/W 型乳化液），其中CO2佔90％，在溫度低於318 K的條件下，隨著壓力的升高，乳化液的穩定性也隨之增強。
圖7 CO2乳化液制備裝置示意圖（據文獻[18])
1.CO2氣罐；2.柱塞泵；3.CO2乳化裝置；4.儲液瓶；5.帶攪拌器的可視反應釜；6.壓力表；7.電腦；8.數據採集系統
圖7是Xitang Zhou等[18]制備CO2乳化液裝置的示意圖，制備的步驟主要包括：①將一定量的去離子水、TMN-6乳化劑以及CO2氣體通入反應釜中；②通過乳化裝置將CO2氣體乳化後儲存在儲液瓶中通過柱塞泵對液體進行加壓，當壓力達到要求值（30 MPa）後，將液態CO2加入到反應釜中；③將反應釜放入恆溫系統中，設定好溫度之後，啟動攪拌器，生成CO2乳化液。
Xitang Zhou等[18]進行了CO2乳化液置換CH4的實驗，該實驗的裝置和步驟與液態CO2置換CHq相同，只需要將實驗過程中通入反應釜的液態CO2換成CO2乳化液即可。在做該實驗之前， Zhou等先進行了液態CO2置換CH4的實驗，以便與CO2乳化液置換進行對比；並將在3.25 MPa的壓力和273.2K的溫度條件下，使用液態CO2進行置換實驗得到的實驗數據與2005年Masa Ki Ota等[14]在相同條件下的實驗得到的數據進行對比，得到圖8。從圖中可以看出2次實驗的置換效率基本一致，從而可以確保之後Zhou等使用CO2乳化液進行置換實驗得到的數據同Masa Ki Ota的實驗同樣具有可比性。
圖8 液態CO2置換效率對比圖（據文獻[18])
Zhou等進行了3組CO2乳化液置換實驗，每次實驗的溫度壓力等條件一致，只改變乳化液的C/W比例，3次實驗的C/W質量比分別為9/1、7/3、5/5。圖9是這3組實驗與液態CO2置換反應的置換效率對比圖。從圖中可以看出，CO2乳化液的置換效率比液態CO2要高，並且在3種比例的CO2乳化液中，C/W質量比為9/1的乳化液置換效率最高，在同樣的反應條件下大概達到了液態CO2的1.5倍，置換速率更是達到了後者的5～7倍。
圖9 CO2乳化液和液態CO2置換CH4效率對比圖（據文獻[18]）
此外，為了證實CO2乳化液的優越性，Xitang Zhou等[19]還比較了氣態CO2和CO2乳化液的置換效率。在3種不同的實驗條件下，Zhou等在相同的實驗條件下分別使用CO2乳化液和氣態CO2進行了置換實驗，得到了置換出來的CH4氣體摩爾量的變化曲線圖，如圖10所示。圖10左邊的曲線圖表示的是氣態CO2置換實驗數據，右邊的曲線表示的是CO2乳化液置換實驗數據。從圖10中可以看出：1）使用CO2乳化液進行置換所得到的CH4氣體摩爾量明顯高於使用CO2氣體時的情況；2)CO2氣體置換反應在10 h之後置換速率大幅下降，並且反應在進行50 h之後，置換反應基本上就停止了，而使用CO2乳化液進行置換，反應進行50 h之後速率都不會出現大幅下降的現象，並且反應時間可以持續超過100 h。這是由於在氣態CO2置換反應中，CO2分子只能與CH4水合物的表面接觸發生反應，隨著反應的進行，生成的CO：水合物會起到屏蔽作用，阻礙了反應的繼續進行；而CO2乳化液具有更好的傳導率和擴散性，增加了反應面積，在置換反應中起到了強化作用，提高了置換的反應速率，同時乳化液的熱可以使熱源增強，從而使置換反應得到進一步強化，從而延長了反應的有效時間。實際開采中，在壓力差的作用下，大部分的乳化液會擴散到所有方向，使用乳化液將有利於H2O-CO2系統在物理上和熱力學上的混合，同時也有利於在多孔介質中控制多相熱流和大塊水合物的轉變，從而證明了Mc Grail強化置換的設想是可行的。
張偉等[20]指出，CO2乳化液置換天然氣水合物的置換的動力學有待進一步研究，乳化劑的含量和種類、CO2與水的比例以及CO2分散相的粒度等對置換速率的影響都是今後此方法研究的熱點。在實際開采中，還將考慮多孔滲水介質的存在、儲層CH4的富集情況、CO2乳化液的泵送等問題。
圖10 氣態CO2與CO2乳化液置換CH4摩爾量變化曲線圖（據文獻[19]）
3 結論
通過對國內外CO2置換天然氣水合物中CH4實驗的分析總結，可以得出以下結論：
1）使用CO2置換天然氣水合物中CH4是可行的，置換反應實質上是CO2分子取代CH4分子占據CH4水合物中穴的過程，但是置換反應也存在著置換速率慢、置換效率低的問題。
2)CO2乳化液同氣態CO2和液態CO2相比，具有更好的置換效果，CO2乳化液不但置換CH4氣體的速度快，而且持續時間長，為天然氣水合物的商業開采提供了一條新的思路。
3)CO2氣體置換開采天然氣水合物的成本較低，但是其置換效率低、置換速度慢的問題必須得到解決，如果將其應用於實際開采中，就必須解決實際開采天然氣水合物過程中如何提高水合物層的溫度和壓力，以促進反應的進行這一關鍵技術問題。
4)CO2液化技術與CO2乳化液技術相結合，應用於天然氣水合物置換開采，與氣態CO2相比具有很大的優勢，但是目前CO2乳化液的制備技術還不是很成熟，要想將CO2乳化液應用於實際開采中，關鍵在於對乳化劑種類、CO2和水的比例、乳化液制備過程中壓力溫度等條件的選擇，得到穩定存在並且能夠應用於實際置換開採的低成本乳化液。
參考文獻
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❷ 幫忙解決兩道化學題，急！！
小王同學自己設計了一種檢驗裝置氣密性的方法，他將制氣裝置的試管插入燒杯a中。
（1）向a中加入NaOH固體，假如裝置不漏氣，可以觀察到的現象是
____b中有氣泡冒出_____；
（2）向a中加入NH4NO3固體，假如裝置不漏氣，可以觀察到的現象是___有水進入試管______；
（3）如果小王向a中加入NaCl固體時，沒有什麼明顯現象，他得出了下列結論：
①該裝置一定漏氣
②NaCl溶解於水時沒有離子的擴散
③NaCl溶液中沒有水合離子
小王的結論不正確的是_________1）2）3）_。
你估計NaCl溶解於水時溫度沒有明顯變化的原因__物理變化吸收的熱量大致等於化學變化放出的熱量_。
第二道：
小剛分別試用以下方法清洗餐具：①只用冷水；②只用熱水；③在冷水中加幾滴洗滌劑；④在熱水中加入幾滴洗滌劑，然後清洗，並用清水把餐具上的洗滌劑漂洗干凈。
（1）上述方法清洗餐具最干凈的是__4）______（填序號）。
（2）以上對比實驗說明了溫度越______高_（填「高」或「低」），洗滌效果越好。你的理由是____溫度越高分子的運動速度越快_________。
（3）用下列選項填空：
A.反應
B.溶解
C.乳化
D.過濾
①洗滌劑對油污有____C____作用（填序號，下同）。
②小剛認為：汽油、氫氧化鈉也能去除油污，但去污原理不同。其中汽油可以__B____油污，而氫氧化鈉能與油污發生反應。
❸ 如何提取煙中尼古丁成分
1-甲基-2（3-吡啶基）吡啶烷
尼古丁是劇毒物質，幾毫克煙鹼就會引起頭痛、嘔吐、意識模糊等嚴重中毒現象，內服或吸入40mg就能致死。
2.提取
2.1提取方法主要可以分為：溶劑萃取法、水汽蒸餾法
本實驗主要採取溶劑萃取法，依據鹼提酸沉的原理從煙草中提取尼古丁。在實驗中採用多種萃取劑：乙醚、四氯化碳和氯仿。
2.2煙鹼提取的工藝流程
2.2.1材料
煙葉(桫欏煙,煙鹼含量1.4mg)
2.2.2儀器及部分葯品
2.2.2.1儀器：
電熱恆溫水浴鍋(37~100℃,水溫波動1℃,功率1000w,電壓220v，上海醫療器械五廠) TN-1008托盤扭力天平(MAX=100g,e=d=10mg,上海第二天平儀器廠)
電子天平(MAX=210,d=0.1mg,BS210S)、燒杯、過濾裝置、分液漏斗(60ml,4個)、紗布
2.2.2.2葯品：
氫氧化鈉（化學純）(丹陽市化學試劑廠)
氯仿（益林化工）
乙醚(上海炎晨化工實業有限公司)
四氯化碳（宜興第二化學試劑廠）
乙酸(上海振興化工一廠)
甲醇(上海振興化工一廠)
乙醇(宜興市第二化學試劑廠)
2.2.3 尼古丁提取分離流程圖
煙絲20g
250ml 5%NaOH液攪拌15分鍾，減壓過濾，抽干煙絲
再加水70ml ,攪拌，過濾，合並濾液。
溶液
萃取3次
水層 萃取層
萃取劑 殘留物
加水3ml溶解，再加甲醇9ml混合，濾過
濾液 不溶物
加25ml飽和乙酸溶液，過濾
沉澱 母液
抽干
粗製尼古丁鹽
50%（v/v）乙醇溶解（飽和狀態），放置，析晶，過濾
母液 精製尼古丁鹽
2.2.4操作過程
2.2.4.1浸取
取碎煙葉20g，加入250ml 5%氫氧化鈉水溶液，攪拌浸泡15~30分鍾，濾取葯液。將濾餅置於70ml清水中混合均勻，濾取清液。
2.2.4.2萃取
將葯液移入分液漏斗中，按1：0.5(v/v)加入萃取熔劑，攪拌萃取，精置分層，收集有機相溶液，重復萃取三次,將萃取液分別合並為一處。
萃取過程中，用乙醚萃取是，收集上層萃取層，進行反復萃取，氯仿、四氯化碳作萃取時收集下層。
2.2.4.3蒸餾
在100℃水浴中加熱蒸餾，用冷凝裝置回收萃取劑，得殘留物。
2.2.4.4粗製
將殘留物置於水浴中蒸發至干，加入3ml水溶劑，再加入甲醇9ml混合，攪拌，過濾。收集濾液，加入25ml飽和乙酸溶液，過濾得沉澱物，風干，得粗製尼古丁鹽。
2.2.4.5精製
將粗品放入20ml 50%(v/v)乙醇水溶液中溶解，加熱至沸並使粗品剛好溶解，自然冷卻，放置結晶，過濾晶體得精品。
2.2.5萃取劑的篩選
首先，經過多次反復實驗及對比篩選，發現在萃取過程中，乙醚的乳化現象十分嚴重，兩相分離很困難，而氯仿、四氯化碳的乳化現象相對較小，所以適合於作為煙鹼萃取劑。其次，萃取過程中，以乙醚作萃取劑是萃取層渾濁需萃取多次方可萃取干凈，而氯仿和四氯化碳的萃取層較清晰，萃取三次比乙醚萃取三次效果好。最後，從尼古丁的提取結果看，以氯仿為萃取劑效果最好。通過萃取劑的篩選可以使煙鹼的提取工藝生產效率高，產生較好的經濟效益。
2.2.6提取結果
萃取劑 乙醚 氯仿 四氯化碳
萃取後,殘留物(g) 0.2682 0.2932 0.3363 0.3670 0.1898 0.2052
加乙酸後所得沉澱(g) 0.0534 0.0593 0.0693 0.0742 0.0398 0.0423
尼古丁鹽(g) 0.0008 0.0008 0.0009 0.0010 0.0006 0.0007
得率(%) 57.14 57.14 64.29 71.43 42.86 50
3．結論
提取結果表明,以不同萃取劑提取尼古丁的效果不同,以乙醚作提取劑的得率為57.14%,氯仿在71.43%左右,四氯化碳為50%.
❹ 求人教版初三上冊第二單元水和溶液第三單元我們周圍的空氣第四單元燃燒與燃料的知識點總結 要詳細，重點
第二單元水和溶液
知識點一：水
（1）認識水的組成。
（2）知道純水與礦泉水、硬水與軟水等的區別。
（3）知道吸附、沉澱、過濾、蒸餾等凈化水的方法。
（4）認識水是寶貴的自然資源，有保護水資源和節約用水的意識。
知識點二：溶液
（1）認識溶解現象，了解溶液、溶質、溶劑的涵義。
溶液有均一性和穩定性，由溶質和溶劑組成，是混合物。溶質可以是固、液、氣體，液液互溶，有水，水是溶劑；無水，量多的是溶劑。溶液不一定是液體，也不一定是無色的，有些溶液可以導電。
（2）知道物質的溶解伴隨有熱量的變化。
（3）知道水是最重要的溶劑，酒精、汽油等也是常見的溶劑。
（4）能說出一些常見的乳化現象。
（5）了解溶液在生活、生產中的重要意義。
知識點三：飽和溶液、溶解度
（1）了解飽和溶液的涵義。
溶液是否飽和只有指明「一定溫度」、「一定劑量」、「對某種溶質而言」才有意義。
（2）認識飽和溶液與不飽和溶液在一定條件下的相互轉化。
一般規律：（適用於絕大多數固體物質）
飽和溶液 不飽和溶液
特殊規律：（適用於氫氧化鈣）
飽和溶液 不飽和溶液
（3）判斷溶液是否飽和的依據：
a．看一定溫度下，有沒有不能繼續溶解的剩餘溶質存在。有，則是飽和溶液，反之是不飽和溶液。
b．在一定溫度下，有溶質析出的剩餘溶液一定是飽和溶液。
c．在一定溫度下的溶液中，若既沒有未溶解的固體也沒有析出的固體，可向溶液中再加入少量溶質，若溶解表明溶液不飽和，反之溶液飽和。
（4）了解溶解度的涵義。
①初中階段一般是指物質在水中的溶解度。固體溶解度概念的三個前提是：a．一定溫度；b．100g溶劑；c．達到飽和狀態。其實質是溶質的質量單位是g（克）。即溶解度指一定溫度下，100g溶劑中最多溶解的溶質的質量。
②影響固體溶解度的因素
固體溶解度的大小與溶質和溶劑的性質有關，與溶質和溶劑量的多少無關。不同物質在同一溶劑中的溶解能力不同，同一物質在不同溶劑中的溶解能力也不同。影響固體溶解度的外因只有溫度，與是否攪拌、振盪無關。
③氣體溶解度
定義：氣體在1.01×105Pa、一定溫度時溶解在一定體積水中達到飽和狀態時的氣體體積數。
影響因素：除與氣體本身因素有關外，還受溫度、壓強的影響。一般氣體溶解度隨溫度的升高而減小，隨壓強的增大而增大。
（5）利用溶解性表或溶解度曲線，查閱有關物質的溶解性或溶解度。
知識點四：能進行溶質質量分數的簡單計算
溶質質量分數＝溶質質量／溶液質量×100％
溶質質量分數＝溶解度／（溶解度＋100）×100％（適用於一定溫度下的飽和溶液）
（1）下列變化對飽和溶液的溶質質量分數的影響（判斷溶質質量分數的變化關鍵是看溶質質量與溶液質量的變化）
①增加溶質：溶質不再溶解，溶質質量分數不變。
②增加溶劑：溶質質量分數減小。
③降溫：晶體析出，對大多數固體物質而言溶質質量減少，溶劑質量不變，溶質質量分數減小。
④升溫：溶質質量、溶劑質量均不變，溶質質量分數不變。
⑤恆溫蒸發水：溶劑減少，晶體析出，溶液仍為飽和，溶質質量分數不變。
（2）溶質質量分數計算時應注意：
①溶質質量是指已溶解的質量，不一定等於加入溶劑的物質質量。
②當溶劑中所溶解的溶質不止一種時，其中某溶質的質量分數，應是這種溶質質量佔全部溶液質量的百分比。
③溶質質量分數只有在溶解度的范圍內才有意義。如：20℃時，氯化鈉的溶解度是36g，則該溫度時，將40g氯化鈉加入100g水中所得溶液的溶質質量分數是36／136×100％＝26.5％而不是40／140×100％＝28.6％。
④溶液混合時，質量可以相加，體積不能相加。
1．對溶液的概念、組成、特徵這一考點知識的理解，比較困難，是難點，也是中考的熱點。
（1）以選擇題的形式來考查溶液的概念與特性，掌握這一考點最根本的是掌握溶液的均一性、穩定性這兩個基本特徵。中考試題圍繞這一主題，往往給定生產、生活中的實例，判斷其是否屬於溶液；根據溶液的組成，判斷溶液中溶質和溶劑的種類，以及分析溶質和溶劑的量的變化。
（2）運用理化綜合知識，分析、判斷某些物質溶於水後造成的溫度、壓強、體積等的變化，能簡要敘述造成這些變化的原因。
2．根據外界條件的變化分析飽和溶液和不飽和溶液及其相互轉化是中考的考試熱點。
（1）以選擇、填空等形式考查飽和溶液、不飽和溶液的概念及其相互轉化的條件和方法。中考命題往往根據飽和溶液、不飽和溶液的概念，判斷溶液的飽和性；根據溫度、溶質的量、溶劑的量的改變，選擇相互轉化的條件；將化學反應引入飽和溶液中的各種量（溶質、溶劑的質量、溶質的質量分數、密度等）的分析。
（2）對溶解度概念的理解程度的考查，對影響溶解度因素的分析和認識的考查。
（3）對於溶解度曲線的認識與利用能力以及看圖、識圖能力的考查。
（4）影響氣體物質溶解度的因素的分析及以此解釋生活中的某些現象。
3．正確理解溶解度的概念、溶解度曲線上點的意義，並運用溶解度曲線解決實際問題是中考必考試題。
中考命題往往圍繞這一主題，設計試題：給出物質的溶解度，判斷物質的溶解性（難溶、微溶、可溶、易溶）；或正確描述物質溶解度的含義；給出不同物質的溶解度曲線，比較同一溫度下溶解度的大小；或判斷物質的溶解度隨溫度的變化趨勢，確定從混合物中提純物質的方法（蒸發溶劑、冷卻熱飽和溶液）；或給出一組數據，分析分離物質的最佳溫度。
4．溶質質量分數的計算是中考必考知識點。
（1）以選擇、填空等形式來考查有關溶質質量分數的簡單計算。
（2）聯系生活實際，分析、判斷不同「溶質」溶於水時所引起的溶質質量分數的變化情況。
（3）以計算題的形式考查把溶質質量分數的計算和化學方程式聯系起來。
（4）依據公式進行溶液配製實驗誤差的分析。
第三單元我們周圍的空氣
知識點一：空氣成分的發現史
17世紀中葉以前，人們對空氣和氣體的認識還是模糊的，到了18世紀，通過對燃燒現象和呼吸作用的深入研究，人們才開始認識到氣體的多樣性和空氣的復雜性。其中研究空氣成分有代表性的科學家有瑞典的舍勒和英國的普利斯特里，不過他們都沒有最終確定空氣的成分。
一直到18世紀70年代，法國化學家拉瓦錫以其嫻熟的實驗技術、縝密的實驗設計方案和鍥而不舍的精神，才破解了「零七」組成之謎。下面是拉瓦錫的實驗裝置圖：
這個著名實驗是∶把少量的水銀放在一個密閉的容器里連續加熱12天，結果發現有一部分銀白色的液態汞變成了紅色粉末，同時容器里空氣的體積減少了約1/5，他研究了剩餘的那部分氣體，發現它既不能供動物呼吸，也不支持燃燒，這正是氮氣。 他把汞表面生成的紅色粉末收集起來，放在另一個容器里加熱，除了得到汞以外，還得到了氧氣，而且氧氣的體積恰好等於密閉容器里減少的氣體體積。他把得到的氧氣加到前一個容器里剩下的約4/5體積的氣體里，結果得到的氣體與空氣的性質完全一樣。
拉瓦錫是最早通過實驗得出空氣由氮氣和氧氣組成的結論的。
後來英國物理學家雷利、法國天文學家嚴森、拉姆塞、德國物理學教授道恩等又陸續發現了稀有氣體。
知識點二：空氣中氧氣含量的測定
1．實驗原理——燃燒法：
利用可燃物——紅磷在密閉容器中燃燒消耗氧氣，生成白色固體五氧化二磷而無氣體生成，因而容器內氣體壓強減小，進而通過進入集氣瓶中水的體積來確定空氣中氧氣的含量。
2．實驗裝置：如圖2-1所示。
根據實驗原理還可以設計出其他的裝置，如後面的圖2-5、圖2-6B、圖2-9所示。
3．實驗步驟：
（1）檢查裝置的氣密性；
（2）在集氣瓶中裝入少量的水，再把剩餘的容積分成五等份並用橡皮筋做上記號；
（3）點燃燃燒匙內的紅磷，立即伸入瓶中並把塞子塞緊；
（4）紅磷燃燒停止，慢慢白煙消失，等瓶內恢復到常溫後，打開彈簧夾。
4．實驗現象及結論：
現象：
（1）紅磷燃燒時發黃白光，放熱並產生大量的白煙。
（2）打開彈簧夾，燒杯中的水進入集氣瓶，進水的體積約等於集氣瓶中原空氣體積的1/5。
結論：氧氣約占空氣體積的1/5。瓶中剩餘氣體具有不燃燒不支持燃燒；難溶於水的性質。
討論：集氣瓶內剩餘的氣體主要是氮氣，它能支持燃燒嗎？它能溶於水嗎？
【要點詮釋】
①葯品不能選用碳、硫等，因為碳、硫燃燒後有氣體生成，容器內壓強變化不大，水不能進入容器內；
②紅磷要足量，要使容器內氧氣消耗完，避免容器內有剩餘氧氣而造成實驗誤差大；
③裝置氣密性要良好，以免因裝置漏氣而影響測量結果；
④紅磷燃燒停止後，要等集氣瓶內溫度降至室溫，白煙消失後，方可打開彈簧夾
⑤止水夾要夾緊，如果不加緊，紅磷燃燒放出的熱量會使一部分空氣由導管進入燒杯中，最後造成水進入集氣瓶的體積大於1/5。
討論答案：氮氣不燃燒也不支持燃燒，不能溶於水。
知識點三：空氣的主要成分和組成：
空氣的主要成分是氮氣和氧氣，分別約占空氣體積的4/5和1/5。按體積分數計算，大約是：氮氣78%、氧氣21%、稀有氣體0.94%、二氧化碳0.03%、其它氣體和雜質0.03%。
【要點詮釋】
空氣中各氣體的含量是體積分數，不能說質量分數。空氣是一種由多種物質組成的混合物。空氣的主要成分一般在近地層是比較固定的，這是因為動植物的呼吸、物質的燃燒、動植物的腐爛、鋼鐵的銹蝕都需要消耗大量的氧氣；但是綠色植物在日光下進行光合作用，會放出大量的氧氣；這樣氧氣量可以保持相對平衡。高原地區空氣稀薄，但氧氣的體積分數仍然為21%。
知識點四：空氣是一種寶貴的自然資源
<1>
1.氮氣：
在通常情況下，氮氣是無色、無味的氣體，密度比空氣略小，難溶於水。氮氣的化學性質不活潑。其用途有作保護氣、制硝酸和化肥的原料、醫療上作麻醉劑、超導材料在液氮環境下能顯示出超導性能等。如圖2-2所示。
2.氧氣：
重要用途有呼吸、醫療、潛水、氣焊、煉鋼、宇航等。如圖2-3所示。
3.稀有氣體：
氦、氖、氬、氪、氙等氣體的總稱。在通常情況下，無色、無味的氣體；化學性質穩定，一般情況下不與其他物質反應。通常作保護氣、製成多種電光源、用於激光技術。氦用於製造低溫環境；氙用於醫療麻醉。
4.空氣的污染與防治
（1）空氣的污染源：有害氣體（二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等）和煙塵。
（2）危害：①嚴重損害人體的健康；②影響作物的生長；
③破壞生態平衡；④導致全球氣候變暖、臭氧層破壞和酸雨等。
（3）防治措施：①加強大氣質量監測；②改善環境狀況；
③使用清潔能源；④積極植樹、造林、種草等。
（4）空氣日報質量：空氣日報質量包括「空氣污染指數」、「首要污染物」（ 首要污染物包括：二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、可吸入顆粒物等）、「空氣質量級別」、「空氣質量狀況」等；人們可以通過新聞媒體發布的《空氣日報質量》及時了解各地的環境信息，增強環保意識，提高生活質量。
【要點詮釋】
氮氣和稀有氣體作為保護氣，是利用它們的穩定性，但是穩定是相對而不是絕對的。在一定條件下，氮氣也能與某些物質發生化學反應；有些稀有氣體也能與某些物質發生化學反應，生成其他物質。
知識點五：純凈物和混合物
比較純凈物與混合物：
物質 純凈物 混合物
概念 由一種物質組成 由兩種或多種物質混合而成
特性 具有固定的組成和性質，如熔點、沸點等；
可以用化學式表示 沒有固定的組成和性質如熔點、沸點等；
不能用化學式表示
舉例 氧氣（O2）、氮氣（N2）、二氧化碳（CO2） 空氣、鹽水、糖水
聯系
【要點詮釋】
混合物是由純凈物混合而成。可記為「純單混雜」既純凈物成分單一，混合物成分復雜。研究任何一種物質的性質，都必須取用純凈物，因為雜質可能掩蓋物質的本質屬性。物質的純凈與否是相對的，沒有絕對的純凈物。
知識點六：氧氣的性質
1．物理性質：
在通常狀況下，氧氣是一種無色無味的氣體。在標准狀況下，密度比空氣略大，不易溶於水。河水、海水中的魚蝦等能生存，可以證明自然界的水中溶有氧氣。
在降溫，加壓的條件下，氧氣可以變為淡藍色液體，甚至淡藍色雪花狀固體。工業生產的氧氣通常以液態形式貯存在藍色鋼瓶中（如右圖所示）。
2．化學性質：
比較活潑，在一定條件下，可與許多物質發生化學反應，同時放出熱量。氧氣具有氧化性，在反應中提供氧，是一種常見的氧化劑。
氧氣的化學性質和實驗現象如下表：
反應物 條
件 反應現象 反應的文字表達式
空氣 氧氣 反應後
木炭和
氧氣 點
燃 持續紅熱 劇烈燃燒，發出白光，放出熱量 生成使澄清石灰水變渾的氣體 碳+氧氣二氧化碳
CO2 CO2
硫磺和
氧氣 發出微弱的淡藍色火焰 明亮的藍
紫色火焰 生成有刺激性氣味的氣體 硫+氧氣二氧化硫
S O2 SO2
紅磷 發黃白光 發出耀眼
的白光 產生大量
的白煙 磷+氧氣五氧化二磷
P O2 P2O5
鐵和
氧氣 灼燒至紅熱，離火後迅速變涼 劇烈燃燒，
火星四射 生成黑色固體 鐵+氧氣四氧化三鐵
Fe O2 Fe3O4
【要點詮釋】
①做硫、磷等物質在氧氣中燃燒的實驗時，盛有可燃物的燃燒匙等儀器應自上而下慢慢伸入到集氣瓶的中下部，如果迅速伸入到瓶底，物質燃燒放出的熱量使氧氣受熱膨脹，瓶中大量的氧氣擴散到空氣中，可燃物將不能持續燃燒。
②做鐵在氧氣中燃燒實驗時要必須用細鐵絲，鐵絲表面要用砂紙打磨光亮；細鐵絲要繞成螺旋狀，下端要系根火柴；必須待火柴快要燒盡時，才可將鐵絲伸入集氣瓶中。如果火柴一著火就立即伸入瓶內，火柴燃燒會耗盡瓶內的氧氣，而觀察不到鐵在氧氣中燃燒的現象。同時，氧氣瓶底要預先放一些細沙或水，防止生成物熔化後濺落下來炸裂瓶底。可燃物不能接觸集氣瓶壁，否則會引起集氣瓶炸裂。
知識點六：化合反應和氧化反應
化合反應：由兩種或兩種以上物質生成另一種物質的反應。化合反應的類型可以用下面的通式來表示：A+B+……→AB……可以簡稱為：「多變一」。
氧化反應：物質跟氧發生的化學反應。這里的「氧」包括氧氣和某些含氧物質。物質在氧氣中燃燒是劇烈的氧化反應，還有些氧化反應進行的很慢、不易被察覺，這種氧化反應叫緩慢氧化。如：鐵生銹、動植物呼吸、食物腐爛等。
【要點詮釋】
化合反應不一定是氧化反應，氧化反應也不一定是化合反應，兩者沒有必然的聯系。
如：氧化鈣＋水氫氧化鈣（是化合反應但不是氧化反應）
石蠟＋氧氣 二氧化碳＋水（是氧化反應但不是化合反應）
而鐵+氧氣四氧化三鐵即是物質跟氧氣發生的反應，且生成物只有一種，這樣的化學反應既是化合反應，又是氧化反應。
<2>
知識點一：實驗室製取氧氣
（1）反應原理：用分解過氧化氫溶液或加熱氯酸鉀（白色固體）或加熱高錳酸鉀（紫黑色固體）的方法製取氧氣。使用過氧化氫或者氯酸鉀時常常需要加入催化劑——二氧化錳（黑色粉末）。
反應的文字表達式為（名稱下面符號是該物質的化學式）：
氯酸鉀 氯化鉀＋氧氣
KClO3KCl O2
高錳酸鉀 錳酸鉀＋二氧化錳＋氧氣
KMnO4 K2MnO4MnO2 O2
過氧化氫 水＋氧氣
H2O2H2OO2
（2）實驗裝置：如圖2-1，2-2a，2-2b所示
分解過氧化氫製取氧氣的發生裝置也可以使用如圖2-3所示裝置，這樣就可以通過調節分液漏斗的活塞來控制液體的滴加速度，從而可以控制反應速率，得到比較穩定的氧氣流。
（3）收集方法：
a．排水法如下圖2-4A（因為氧氣不易溶於水）
b．向上排空氣法如下圖2-4B（因為氧氣密度比空氣大）
驗滿方法：
排水法：當有氣泡從集氣瓶口冒出來，說明已滿。
向上排空氣法：把帶火星的木條靠近集氣瓶口，如果木條復燃，說明已滿，否則未滿，繼續收集。
（4）檢驗方法：將帶火星的木條伸入集氣瓶內，如果木條復燃，說明該瓶內氣體是氧氣。
（5）操作步驟：（以加熱高錳酸鉀製取氧氣為例）
①查：檢查裝置的氣密性；②裝：把葯品裝入試管內，使之平鋪在試管底部；
③定：把試管固定在鐵架台上；④點：點燃酒精燈加熱；
⑤收：收集氣體（用向上排空氣法或排水法）；⑥離：把導氣管撤離水槽；⑦熄：熄滅酒精燈。
可簡記為：茶莊定點收利息（每個字代表一個步驟：①查②裝③定④點⑤收⑥離⑦熄）。
【要點詮釋】
實驗操作中的注意事項：
①葯品要平鋪在試管底部，使其均勻受熱；
②鐵夾要在距離試管口1/3處；
③導管不宜伸入試管過長，不利於氣體導出；
④試管口應略向下傾斜，防止冷凝水倒流，炸裂試管；
⑤如果實驗所用葯品為高錳酸鉀，通常要在試管口塞上一團棉花，以防止加熱時高錳酸鉀隨氧氣進入導氣管；
⑥排水法集氣時，當氣泡連續且均勻從導管口放出時再收集，否則收集的氣體混有空氣。制備出的氧氣收集後，集氣瓶應正立放置在桌面上；
⑦實驗結束，應先移導氣管，後移酒精燈，以防止水倒流造成試管炸裂。
知識點二：催化劑和催化作用
在化學反應里能改變其他物質的化學反應速率，而本身的質量和化學性質在反應前後都沒有發生變化的物質叫做催化劑（又叫作觸媒）。催化劑在化學反應中所起的作用叫催化作用。
【要點詮釋】
（1）催化劑能改變其他化學反應速率，這里「改變」包括加快和減慢，也就是有時用催化劑是加快反應速率，也有時是用它減慢反應速率。
（2）催化劑的質量和化學性質沒有改變（注意：催化劑的物理性質可能改變。）
（3）在化學反應前後化學性質沒有改變，但催化劑參與了化學反應。
（4）催化劑具有「選擇性」如過氧化氫分解還可以用氧化鐵、硫酸銅等，二氧化錳的效果最好；在不同的化學反應中，催化劑也不同，不是一種物質可以催化無數反應。
（5）催化劑是反應條件，不是反應物，也不是生成物。
（6）催化劑只能改變物質的反應速率，不能增加或減少生成物的質量。
知識點三：分解反應
由一種物質生成兩種或兩種以上其它物質的反應叫做分解反應。分解反應的類型可以用下面的通式簡明地來表示：AB……→A+B+……可以簡稱為「一變多」。
【要點詮釋】
化合反應和分解反應都屬於化學反應的基本類型，判斷反應類型時要抓住其特點：化合反應是多變一，分解反應是一變多。
知識點四：工業製取氧氣
工業上多採用分離液態空氣法製取氧氣。具體做法是：在低溫條件下加壓，使空氣轉變為液態空氣，然後蒸發。由於液態氮的沸點比液態氧的沸點低，因此氮氣首先從液態空氣中蒸發出來，剩下的主要就是液態氧。
近年來膜分離技術得到迅速發展。利用這種技術，在一定壓力下，讓空氣通過具有富集氧氣功能的薄膜，可得到含氧較高的富氧空氣。利用這種膜進行多級分離，可以得到含氧90%以上的富氧空氣。
【要點詮釋】
（1）實驗室製取氧氣發生了化學變化，工業製取氧氣發生的是物理變化。
（2）實驗室製得的氧氣純凈但成本高，不易大量製取，工業製得的氧氣不純凈，但成本低。
第四單元燃燒與燃料
知識點一：碳的單質（金剛石、石墨）的物理性質和用途
金剛石 石墨
外觀 無色透明正八面體狀晶體 深灰色磷片狀固體
光澤 加工琢磨後有光澤 略有金屬光澤
硬度 最硬 軟
導電性 無 良好
導熱性 良好 良好
用途 鑽探機鑽頭、刻刀、裝飾品等 電極、鉛筆芯、潤滑劑等
註：由於碳原子排列方式不同，導致金剛石和石墨在物理性質上存在較大差異。
知識點二：CO2和CO的比較
CO2 CO
物理性質 無色、無味氣體，可溶於水，密度比空氣大，乾冰易吸熱升華。 無色無味氣體，難溶於水，密度與空氣接近，略小於空氣密度。
化學性質 可燃性 一般情況下既不能燃燒，也不支持燃燒。 有可燃性
2CO+O22CO2
還原性 沒有還原性，有較弱的氧化性
C+CO22CO 有還原性
CO+CuOCu+CO2
與水反應 與水反應CO2+H2O===H2CO3 不能與水反應
與石灰水的反應 與石灰水反應
CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O 不能與石灰水反應
毒性 無毒 有劇毒
主要用途 可制汽水，作製冷劑，滅火，氣體肥料。 可作氣體燃料和冶金工業的還原劑。
註：由於CO和CO2的分子構成不同，決定了二者性質的不同。
知識點三：一氧化碳和單質碳性質的比較
C CO
相似點 都具有可燃性、還原性，常用作燃料和作還原劑冶煉金屬
不同點 屬於固體單質，常溫下具有穩定性 屬於氣體化合物，具有毒性
知識點四：實驗室製取二氧化碳時需注意的幾個問題
（1）正確選擇製取二氧化碳的葯品
實驗室製取二氧化碳用大理石或石灰石（主要成分是碳酸鈣）和稀鹽酸。不用稀硫酸、濃鹽酸代替稀鹽酸，不用碳酸鈉、純凈碳酸鈣代替大理石或石灰石（要會分析原因）。
原因：
①用大理石或石灰石跟稀鹽酸反應，速度適中，便於收集CO2氣體；大理石或石灰石原料價低易得。
②不用稀硫酸與大理石反應的理由：剛開始二者反應生成微溶於水的硫酸鈣覆蓋在大理石的表面，阻止了酸與大理石的接觸，使反應不能持續進行下去。
③不用濃鹽酸的原因：濃鹽酸易揮發出HCl氣體，會使生成的CO2中混有HCl氣體，使製得的CO2不純。
④不用純CaCO3或Na2CO3等代替大理石（或石灰石）是因為它們與稀鹽酸反應速度太快，很難控制，且葯品價格比石灰石要貴（成本較高）。
（2）掌握製取二氧化碳的發生裝置選擇的依據
製取二氧化碳的反應原理是：CaCO3＋2HCl====CaCl2＋CO2↑＋H2O，反應物是塊狀固體和液體，在常溫下進行反應，因此製取CO2的裝置與用過氧化氫溶液和二氧化錳製取O2的發生裝置相同。一般情況下，由於製取CO2時所需反應物的量較大，常用下列儀器代替試管作為反應器（如：大試管、錐形瓶、廣口瓶、平底燒瓶、圓底燒瓶、啟普發生器）。CO2能溶於水，且密度比空氣大，因此一般只用向上排空氣法收集。
（3）檢驗二氧化碳的方法
①准確檢驗該氣體是否是CO2氣體，可以把該氣體通入到澄清石灰水中，若澄清石灰水變渾濁，證明生成的氣體是CO2。
②驗證CO2氣體是否收集滿時，可以將燃著的木條放在集氣瓶口，利用CO2既不燃燒也不支持燃燒的性質，可以方便快捷地驗滿。
❺ 最大泡壓法測表面張力 儀器常數K
溶液的吸附作用和液體表面張力的測定
一．實驗目的
1．用最大泡壓法測定不同濃度的表面活性物質（正丁醇）溶液在一定溫度下的表面張力；
2．應用Gibbs和Langmuir吸附方程式進行精確作圖和圖解微分，計算不同濃度正丁醇溶液的表面吸附量和正丁醇分子截面積，以加深對溶液吸附理論的理解；
3．掌握作圖法的要點，提高作圖水平。
二．實驗原理
當液體中加入某種溶質時，其表面張力要發生變化。例如在水中溶入醇、醛、酮等有機化合物，水的表面張力要減小；若加入某些無機物，則水的表面張力稍有增大。溶液系統可通過自動調節不同組分在表面層中的量來降低表面Gibbs能，使系統趨於穩定。因此，若加入的溶質能夠降低溶液的表面張力，則該溶質力圖濃集在表面上；反之，則該溶質在表面層中的濃度一定低於溶液的內部，這種表面層中某物質的含量與溶液本體中不同的現象，稱之為表面吸附作用。當表面層中物質的量大於本體溶液中的量，叫做發生了正吸附，反之為發生負吸附，Gibbs用熱力學方法導出了一定溫度下，吸附量的定量公式——Gibbs吸附等溫式：
＝－
式中， 為表面吸附量（mol/m2）；γ為表面張力（N/m或J/ m2）；T為熱力學溫度（K）；c為溶液本體的平衡濃度（mol/L）；R為氣體常數[J/(mol•K)]。
能使溶劑水的表面張力降低的溶質通常稱為表面活性物質。工業上和生活中所用的去污劑、起泡劑、乳化劑及潤滑劑等都是表面活性物質。表面活性物質的分子是由親水的極性部分和憎水的非極性部分構成的，正丁醇分子為ROH型一元醇，其羥基為親水基，烴基為憎水基，當它溶於水後，在溶液表面層形成羥基朝下，烴基朝上的正丁醇單分子層。當溶液濃度增加時，表面吸附量也增加；當濃度足夠大時，吸附量達極大值 ，表面溶液的表面吸附達飽和狀態。 可近似看成表面上定向排滿單分子層時單位表面積中正丁醇的物質量。
正丁醇溶液的γ-c曲線示於圖一。從曲線可求得不同濃度下的dγ/dc值，將各值待入Gibbs公式可計算不同濃度時表面吸附量 。如果作 -c曲線，可求得飽和吸附量 ，並由下式計算出正丁醇的分子截面積：
S=
式中，N0為Avgodro常數（6.02×1023/mol）。
實際上將 -c曲線外推求 比較困難。設氣固單分子層吸附的Langmuir吸附等溫式適用於溶液的表面吸附，並以表面吸附量 （表面超量）代替單位表面上所含正丁醇的物質量，則有：
θ＝
或
式中，θ為吸附分數，c為溶液本體的平衡濃度，K為與溶液表面吸附有關的經驗常數。由 ～c作圖可得一直線，由直線斜率求 ，進而可求分子的截面積S。
圖一 γ～c曲線、 ～ c曲線和 ～c曲線
圖二 最大泡壓法測液體表面張力儀器裝置圖
用最大泡壓法測表面張力方法如下：測定液體表面張力的方法很多，如毛細管升高法、滴重法、環法、滴外形法等等。本實驗採用最大泡壓法，實驗裝置如圖二所示。
圖二中A為充滿水的抽氣瓶；B為直徑為0.2～0.3mm的毛細管；C為樣品管；D為U型壓力計，內裝水以測壓差；E為放空管；F為恆溫槽。
將毛細管豎直放置，使滴口瓶面與液面相切，液體即沿毛細管上升，打開抽氣瓶的活栓，讓水緩緩滴下，使樣品管中液面上的壓力漸小於毛細管內液體上的壓力（即室壓），毛細管內外液面形成一壓差，此時毛細管內氣體將液體壓出，在管口形成氣泡並逐漸脹大，當壓力差在毛細管口所產生的作用力稍大於毛細管口液體的表面張力時，氣泡破裂，壓差的最大值可由U型壓力計上讀出。
若毛細管的半徑為r，氣泡從毛細管出來時受到向下的壓力為：
式中，△h為U型壓力計所示最大液柱高度差，g為重力加速度，ρ為壓力計所貯液體的密度。氣泡在毛細管口所受到的由表面張力引起的作用力為2πr•γ，氣泡剛脫離管口時，上述二力相等：
若將表面張力分別為 和 的兩種液體用同一支毛細管和壓力計用上法測出各自的 和 ，則有如下關系：
即
對同一支毛細管來說，K值為一常數，其值可借一表面張力已知的液體標定。本實驗用純水作為基準物質，20.0℃時純水的表面張力為7.275×10－2N/m(或J/m2)。
三．儀器和試劑
表面張力測定裝置（包括恆溫槽）1套；容量瓶100ml1個，50ml5個；1ml刻度移液管1支；吸耳球1個；正丁醇（二級）；去離子水。
四．實驗步驟
1．溶液配製
按表分2次配製9份溶液，第一次1～5號，第二次配製6～9號。
表 － 正丁醇表面張力測定溶液配製方法
樣品號數
1
2
3
4
5
6
7
8
9
容量瓶體積/cm3
100
50
50
50
50
50
50
50
50
/cm3
0.10
0.10
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2．如圖裝配儀器，恆溫槽溫度調至20.0℃，樣品管內置待測液體，毛細管豎直放置，毛細管口與液面相切。恆溫5min以上，測定液體的表面張力。
3．測定毛細管常數。樣品管內加入一定量蒸餾水（以放入毛細管後管口剛好與液面相切為准），旋動抽氣瓶活栓讓水緩緩滴下，使氣泡從毛細管均勻逸出，以3～5s逸出1個氣泡為宜，記錄壓力計兩側液面之最高和最低讀數各三次，取 的平均值計算毛細管常數K值。
4．同法測定各正丁醇溶液的 值，測量順序由稀到濃，每次測量前用樣品沖洗樣品管和毛細管數次。
五．數據處理
1．計算各濃度正丁醇溶液的表面張力，並作γ-c曲線；
樣品號數
1
2
3
4
5
6
7
8
9
溶液濃度c
2．用雙玻璃棒法求六個以上切點（均勻分布）的 ）值；
3．計算 值，並求c/ 值；
4．作c/ ～c圖，得一直線，由直線斜率求 值；
5．計算出正丁醇的分子截面積。文獻記載直鏈醇類的分子截面積約為2.2×10-19m2，並以此求出相對誤差。
❻ 關於重結晶
1 重結晶 『提取最純有機化合物的最好方法』
由有機反應或由天然物提取得到的固體有機化合物往往是不純的，最常用的純化方法是
重結晶。
重結晶方法是利用固體混合物中各組分在某種溶劑中的溶解度不同而使其相互分
離。
進行重結晶的簡單程序是先將不純固體物質溶解於適當的熱的溶劑中製成接近飽和
的溶液，趁熱過濾除去不溶性雜質，冷卻濾液，使晶體自過飽和溶液中析出，而易溶性
雜質仍
留於母液小，抽氣過濾，將晶體從母液中分出，乾燥後測定熔點，如純度仍不符合要
求，可再次進行重結晶，直至符合要求為止。
關於溶劑的選擇
選擇適當的溶劑對於重結晶操作的成功具有重大的意義，一個良好的溶劑必須符合
下面兒個條件：
1、不與被提純物質起化學反應
2、在較高溫度時能溶解多量的被提純物質而在室溫或更低溫度時只能溶解很少量；
3．對雜質的溶解度非常大或非常小，前一種情況雜質留於母液內，後一種情況趁熱
過濾時雜質被濾除；
4．溶劑的沸點不宜太低，也不宜過高。溶劑沸點過低時製成溶液和冷卻結晶兩步操
作溫差小，團體物溶解度改變不大，影響收率，而且低沸點溶劑操作也不方便。溶劑沸
點過高，附著於晶體表面的溶劑不易除去。
5．能給出較好的結晶。
在幾種溶劑都適用時，則應根據結晶的回收率、操作的難
易、溶劑的毒性大小及是否易燃、價格高低等擇優選用。
關於晶體的析出
過濾得到的濾液冷卻後，晶體就會析出。用冷水或冰水迅速冷卻並劇烈攪動溶液
時，可得到顆粒很小的晶體，將熱溶液在空溫條件下靜置使之緩緩冷卻，則可得到均勻
而較大的品體。
如果溶液冷卻後晶體仍不析出，可用玻璃抹摩控液面下的容器壁，也可加入品種，
或進一步降低溶液溫度(用冰水或其它冷凍溶液冷卻)。
如果溶液冷卻後不析出品體而得到油狀物時，可重新加熱，至形成澄清的熱溶液
後，任其自行冷卻，並不斷用玻璃棒攪拌溶液，摩擦器壁或投人品種，以加速品體的析
出。若仍有
油狀物開始忻出，應立即劇烈攪拌使油滴分散