向上排空气法和向下排空气法都是化学实验中常用的收集气体的方法,它们的原理主要取决于制取气体的密度与空气的密度的比较。
向上排空气法的原理是:当制取的气体密度大于空气密度时,该气体会比较重,会沉在集气瓶底部。此时,我们通入气体后,会将空气从集气瓶的上方排出,从而收集到纯净的制取气体。例如,氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、氯气(Cl2)等都是密度大于空气且不与空气反应的气体,适合采用向上排空气法收集。向下排空气法的原理则正好相反:当制取的气体密度小于空气密度时,该气体会比较轻,会浮在集气瓶顶部。此时,我们通入气体后,会将空气从集气瓶的下方排出,从而收集到纯净的制取气体。例如,氢气(H2)、氨气(NH3)、甲烷(CH4)等都是密度小于空气且不与空气反应的气体,适合采用向下排空气法收集。这两种方法的适用范围是收集那些易溶于水而不与空气中的成分(特别是氧气)反应的气体。