在臺灣

偶爾會看到工安意外的新聞

像是在2021年時

有多起氨氣外洩的意外事件發生

造成現場人員死亡或受傷

當氨氣外洩時

通常會使用大量的水噴灑

來快速降低空氣中氨氣的濃度

以抑制傷害繼續擴大

而根據國內外的勞工安全措施相關指示

要防止氨氣外洩

必須設置灑水系統

當外洩意外發生時

可立即以大量清水噴灑來吸收氨氣

而會採用這種方法是利用氨氣容易溶於水的特性

想想看

如果我們要收集氨氣的話

應該用什麼方式才能有效地收集到呢？

每一種氣體的收集方式都一樣嗎？

由於大部分氣體很難用肉眼看得到

且各種氣體具有不同的性質

因此

我們在實驗室欲製造某種氣體時

可以根據氣體的特性

採用最適切的方法來進行收集

同學

你還記得嗎？

在國中的理化課

我們曾在化學實驗中

將預先裝滿水的廣口瓶倒置在水槽內

再將雙氧水慢慢加入已經放有二氧化錳作為催化劑的抽濾瓶

生成的氧氣再以導管導入裝滿水的廣口瓶

此時廣口瓶裡的水

會因氣體壓力且氣體佔有體積

而從瓶中被往下排出來

最後廣口瓶內可以得到較純淨的氧氣

這種收集氣體的方法是利用氣體難溶於水的特質來進行收集

稱為排水集氣法

排水集氣法適用於難溶於水的氣體

例如 : 氫氣、氧氣、一氧化碳、氮氣、一氧化氮、乙炔

以及要收集比較純的二氧化碳時

可以採用這個方法

當鹽酸與碳酸鈣或大理石反應時

會產生二氧化碳氣體

由於二氧化碳微溶於水

因此

以排水集氣法收集二氧化碳會損失一些二氧化碳

但伴隨的優點是我們可以容易觀察到何時集氣瓶已收集滿了

所得到的二氧化碳純度也比較高

但若是氣體易溶於水

則採用排水集氣法的過程中

氣體就會直接溶進水裡

故該氣體就不適合使用排水集氣法來收集

此時必須改用向上排空氣法或向下排空氣法

由於空氣中約含有80%的氮氣和20%的氧氣

因此

空氣的平均分子量約為28×0.8＋32×0.2＝28.8

若欲收集的氣體易溶於

且分子量大於28.8

則表示該氣體的密度比空氣大

此時

若將化學反應所產生的氣體

以導管導入覆蓋玻璃片的集氣瓶底部

氣體會慢慢由瓶底堆積

將原本瓶中的空氣向上推擠出來

最後該氣體充滿整個集氣瓶

此即為向上排空氣法

向上排空氣法適用於收集易溶於水

且分子量大於空氣平均分子量的氣體

例如：氯化氫、氯氣、二氧化硫、二氧化氮

若欲收集的氣體易溶於水

且分子量小於28.8

則表示該氣體的密度比空氣小

此時

先將集氣瓶的瓶口朝下

再用玻璃片覆蓋住瓶口

將化學反應所產生的氣體以導管導入集氣瓶的底部

此時氣體會慢慢地從瓶底堆積

將原本瓶中的空氣向下推擠出來

最後該氣體充滿整個集氣瓶

此即為向下排空氣法

向下排空氣法適合用於收集易溶於水

分子量小於空氣的平均分子量的氣體

例如：氨氣

試試看

你學會了嗎？

若加熱氯酸鉀與二氧化錳混合的粉末

所產生的氣體

用何種方式收集最適當呢？

加熱氯酸鉀時

二氧化錳扮演催化劑的角色

此時反應所產生的氣體是氧氣

氯酸鉀加熱後反應為：氯酸鉀加熱產生氯化鉀加氧氣

然而因為氧氣難溶於水

故此時應使用排水集氣法來收集

同學們

在做這個實驗時要特別注意

1、將氯酸鉀與二氧化錳粉末混合後放入硬試管底部中加熱

硬試管的管口約略朝下傾斜10度

以避免試藥裡面的水分經過加熱後所變成的水蒸氣

在硬試管管口凝結之後回流到試管底部

造成試管破裂

2、任何製造氣體的實驗一開始所產生的氣體內含大量空氣

所以不要收集

等待一小段時間之後

才開始進行收集

3、此外

若是反應所生成的氣體有毒性

例如：氯氣、二氧化硫、二氧化氮…等氣體

則實驗應該在通風櫥中進行

以避免氣體外洩而造成危險

整理一下我們今天所學到的收集氣體的方法

在實驗室中

收集氣體的最佳方法是排水集氣法

因為很容易藉由肉眼觀察到集氣瓶中的氣體收集完成與否

但是缺點是所收集到的氣體會含有很多的水蒸氣

若是欲收集的氣體易溶於水

則我們會根據氣體的密度大於28.8來決定採用向上排空氣法

或是向下排空氣法來收集氣體

同學們

看完本單元你是否已經學會收集氣體的方法了呢？

歡迎到留言區與我們分享你的學習心得喔

我們下次再見