高考化学一轮复习学案123常见气体的实验室制备.docx
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高考化学一轮复习学案123常见气体的实验室制备
第三节 常见气体的实验室制备
1.掌握常见气体的实验室制法（包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法）。
（高频）
2.能绘制和识别典型的实验仪器装置图。
（高频）
气体的实验室制法
1．O2的实验室制法
2．CO2的实验室制法
3．H2的实验室制法
4．NH3的实验室制法
5．Cl2的实验室制法
6．SO2的实验室制法
气体的收集方法
收集方法
排水法
向上排空气法
向下排空气法
收集原理
收集的气体不与水反应且难溶于水
收集的气体密度比空气大，与空气密度相差较大，且不与空气中的成分发生反应
收集的气体密度比空气小，与空气密度相差较大，且不与空气中的成分发生反应
收集装置
适用的气体
H2、O2、NO、CH4
Cl2、CO2、NO2、SO2
H2、NH3
1．易误诊断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）Cl2收集可用排饱和NaCl溶液方法不能用排水法（ ）
（2）CO2、H2的制备可以选用相同的发生装置（ ）
（3）Cl2、SO2、NH3均可用NaOH溶液吸收尾气（ ）
（4）除去CO2中的HCl可以将混合气通入饱和的Na2CO3溶液中（ ）
（5）Cl2、SO2、CO2、NH3均可用浓H2SO4作干燥剂（ ）
（6）Cl2、SO2的验满均可用湿润的品红试纸（ ）
【答案】
（1）√
（2）√ （3）× （4）× （5）× （6）√
2.
在实验室中制取H2、CO2、NH3、NO、NO2、SO2、Cl2、O2是否均可以用如图所示装置来制取？
答：
________________________________________________________________________。
【答案】 可以。
因为制取上述八种气体均可用固体与液体，且不需要加热的反应来制取
3．据下图所示的实验装置回答问题：
（1）实验室用高锰酸钾制取比较干燥的氧气应选用的发生装置是________，收集装置为________。
（2）实验室用双氧水制取并收集较纯的氧气时应选用的发生装置是________，收集装置为________。
（3）实验室用氯化铵与熟石灰两种固体加热制取氨气，氨气的密度比空气的小，极易溶于水。
推断：
实验室制取氨气应选用的发生装置为________，收集装置为________。
【答案】
（1）A D
（2）B C （3）A E
6个常见气体实验室制法的反应原理：
（1）O2：
2H2O2
2H2O＋O2↑。
（2）H2：
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。
（3）CO2：
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。
（4）Cl2：
MnO2＋4HCl（浓）
MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
（5）NH3：
2NH4Cl＋Ca（OH）2
CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
（6）SO2：
Na2SO3＋H2SO4（浓）===Na2SO4＋SO2↑＋H2O。
三类发生装置、干燥方法、收集方法：
（1）发生装置：
固＋固
气体、固（或液）＋液
气体、固（或液）＋液―→气。
（2）干燥剂：
酸性干燥剂（浓H2SO4）、碱性干燥剂（碱石灰）、中性干燥剂（无水CaCl2）。
（3）气体收集方法：
排水法、向上排空气法、向下排空气法。
Ｋ
气体的制备与收集
1.制备气体的操作顺序
（1）安装顺序
①由下到上（如制氯气的发生装置安装顺序是：
放铁架台→摆酒精灯→固定铁圈→放置石棉网→固定圆底烧瓶）。
②从左到右（如制氯气：
发生装置→净化装置→收集装置→尾气吸收装置）。
③先塞后定（把带导管的胶塞在烧瓶固定前塞好，以免烧瓶固定后因不宜用力而塞不紧或因用力过猛而损坏仪器）。
（2）加试剂顺序
固体先放入，液体后滴加（即先固后液）。
（3）其他操作顺序
先检验气密性，后装入药品（便于在装置漏气时进行调整或更换仪器），最后点燃酒精灯（所有准备工作完毕后）；在连接导管时，应长进短出；量气装置的导管应短进长出；干燥管应大口进，小口出。
2．常见气体制备的发生装置
反应装置类型
反应装置图
适用气体
操作注意事项
固、固加热型
O2、NH3等
①试管要干燥
②试管口略向下倾斜
③加热时先均匀加热再固定加热
固、液加热型或液、液加热型
Cl2、HCl等
①烧瓶加热时要垫石棉网
②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片
固、液不加热型或液、液不加热型
H2、CO2、SO2、NO、NO2等
①使用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下②启普发生器只适用于块状固体和液体反应，且气体不溶于水
③使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速
3.气体的收集方法
确定气体的收集方法时要考虑气体的密度、溶解性、稳定性。
（1）常用的收集方法有排水法和排空气法
（2）其他收集方法
Cl2：
排饱和食盐水；SO2：
排饱和亚硫酸氢钠溶液；
CO2：
排饱和碳酸氢钠溶液。
（2011·全国高考节选）在实验室欲制取适量NO气体。
（1）下图中最适合完成该实验的简易装置是________（填序号）。
（2）根据所选的装置完成下表（不需要的可不填）：
应加入的物质
所起的作用
A
B
C
D
（3）简单描述应观察到的实验现象____________________________________。
【解析】 实验室制取NO气体可用Cu与稀硝酸反应，由于NO很容易被空气中的氧气氧化，不可以采用排空气法收集，只能采用排水法收集。
要求收集装置中的进气管比较短，排水管尽可能插入试管底部，在四个装置中，可选用装置Ⅰ，其中：
A是反应的发生装置，B是用排水法收集气体的装置，C用于收集排出的水。
【答案】
（1）Ⅰ
（2）见下表
应加入的物质
所起的作用
A
铜屑和稀硝酸
制取NO气体
B
水
排水法收集NO气体
C
主要是接收B中排出的水
D
（3）反应开始时，A中铜表面出现无色小气泡，反应速率逐渐加快；A管上部空间由无色逐渐变为浅红棕色，随反应的进行又逐渐变为无色；A中的液体由无色变为浅蓝色；B中的水面逐渐下降，B管中的水逐渐流入烧杯C中
（1）制备同种气体时，要注意原理不同选择的装置也不同，如制备氧气，用高锰酸钾分解，选固－固加热装置；用双氧水在二氧化锰作用下分解，选择固－液不加热装置。
（2）进行气体制备时，不要忘记对装置进行气密性检验，检验时首先对装置密封，如关闭活塞、塞紧瓶塞，把导管插入到水中进行水封等。
（3）排空气法收集气体时，除了考虑气体的密度大小外，还要考虑是否与空气反应，如NO能被氧气氧化，不能用排空气法收集。
考向1 气体制备装置的选择
1．（2013·上海高考节选）实验室可用铜和浓硫酸加热或硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫。
如果用硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫，并希望能控制反应速度，上图中可选用的发生装置是________（填写字母）。
【答案】 ae
考向2 气体收集装置的选择
2．（2013·广东高考节选）在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。
（1）下列收集Cl2的正确装置是________。
（2）将Cl2通入水中，所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是________________。
（3）设计实验比较Cl2和Br2的氧化性，操作与现象是：
取少量新制氯水和CCl4于试管中，______________。
【解析】
（1）氯气的密度比空气的大，收集时采取向上排空气法，又因为氯气有毒，所以在收集装置后要有尾气处理装置（NaOH溶液）；
（2）氯气与水反应生成盐酸和次氯酸（具有较强的氧化性），溶液中溶解的Cl2也具有氧化性；（3）比较Cl2和Br2的氧化性强弱，可以通过非金属单质间的置换反应来判断，即把溴化钠溶液加入到盛有新制氯水以及四氯化碳的试管中，然后振荡，静置后可发现溶液出现分层现象，下层溶液变为橙色（说明生成了溴单质），从而说明Cl2的氧化性强于Br2。
【答案】
（1）C
（2）HClO、Cl2、ClO－
（3）用胶头滴管向试管中滴加溴化钠溶液，振荡使其充分反应，静置后发现溶液出现分层现象，下层溶液变为橙色
气体制备过程中注意的问题
1.装置气密性的检查
（1）气密性检查在整个实验过程中的位次
凡是有导气管的实验装置（特别是有毒气体通过的装置），都需要进行气密性检查。
这一步骤在安装好整套装置之后、装入药品之前进行。
（2）气密性检查的原理
装置气密性检查的基本原理：
封闭在装置里的气体与外界大气形成压强差。
（3）造成装置内外压强差的措施
①升高装置中气体的温度——加热法
②缩小装置中气体的体积——加水法（液差法）
③增大装置中气体的物质的量——吹气法
（4）几种常见制气装置气密性的检查
如图甲、乙、丙三种装置的气密性检查：
装置
准备工作
加压方法
气密性良好的现象说明
甲
塞紧橡皮塞，将导气管末端伸入盛水的烧杯中
用手捂热（或用酒精灯微热）试管
烧杯中有气泡产生，松开手（或停止加热）冷却后，导气管末端形成一段水柱，且保持一段时间不下降
乙
方法一
塞紧橡皮塞，关闭分液漏斗活塞，导气管末端伸入盛水的烧杯中
用手捂热（或用酒精灯微热）烧瓶
烧杯中有气泡产生，松开手（或停止加热）冷却后，导气管末端形成一段水柱，且保持一段时间不下降
方法二
塞紧橡皮塞，用止水夹夹住导气橡皮管
从分液漏斗向烧瓶中注入水
一段时间后，分液漏斗中液面不下降
丙
方法一
塞紧橡皮塞，用止水夹夹住导气管的橡皮管部分
从长颈漏斗向试管中注入水至水将漏斗下口封住
一段时间后，长颈漏斗中液面高于试管中液面，且一段时间内液面差不改变
方法二
塞紧橡皮塞，从长颈漏斗上方向试管中加水至浸没长颈漏斗下端管口
从导气管向试管中吹气，将液体压入漏斗中，迅速用止水夹夹住导气管的橡皮管
长颈漏斗中液面保持不下降
2.气体的净化
（1）净化原则：
不减少被净化气体的量，不引入新的杂质，操作简便，易于分离。
（2）气体的净化装置与方法
①易溶于水或能与水反应不生成其他气体的杂质用水吸收。
如H2（HCl）、N2（NH3）、NO（NO2）（括号内为杂质气体，下同），可将混合气体通过盛水的a装置来除去杂质气体。
②酸性杂质用碱性吸收剂、碱性杂质用酸性吸收剂来吸收。
如CO（CO2），可将混合气体通过盛NaOH溶液的a或盛碱石灰的b或c或d来除去杂质。
③还原性杂质，可用氧化性较强的物质来吸收或转化；氧化性杂质，可用还原性较强的物质来吸收。
例如CO2（CO），可将混合气体通过盛灼热CuO的e来除去杂质。
④选用能与气体中的杂质反应生成难溶性物质或可溶性物质的试剂做吸收剂来除去杂质。
如O2（H2S），可将混合气体通过盛有CuSO4溶液的a除去杂质。
3．尾气的吸收
对于有毒、有害、污染空气的气体尾气必须进行处理，用溶液吸收或点燃使它们变为无毒、无害、无污染的物质。
（1）吸收原则
①能充分吸收气体；
②防止倒吸。
（2）常见装置
①吸收溶解度较小的尾气（如Cl2、SO2等）用图A装置。
②吸收溶解度较大的尾气（如HCl、NH3等）用图B、C装置。
③CO等气体可用点燃或收集于塑料袋中的方法除去，如图D、E。
某校化学兴趣小组设计实验制备O3并验证其氧化性强于I2，实验室现提供以下仪器和药品。
已知：
高压放电时O2可转化为O3，O3浓度超标时会因其强氧化性而对人体产生毒副作用。
请回答以下问题：
（1）请选择以上仪器进行实验，按从左到右的顺序将其填入下表，并填写其中应加入的试剂（可不填满，仪器E中不加试剂）。
仪器
加入的试剂
A
B
（2）实验开始时，取下分液漏斗的塞子，断开电源开关K，再旋开分液漏斗的活塞，持续通入气体一段时间，其目的是_________________________、____________________。
（3）合上电源开关K后，预测装置C中可能观察到的现象及对应结论：
装置
现象
结论
C
（4）请指出该实验装置中的不妥之处并改进：
_______________________________。
【解析】
（1）仪器E的作用是利用氧气产生臭氧，仪器A、B组成的装置的作用是制备氧气，仪器C的作用是验证O3的氧化性强于I2，仪器D的作用是除去氧气中的水，故装置的连接顺序为ABDEC。
（2）“持续通入气体一段时间”，通入的是氧气，可以排出装置中的N2，防止生成氮氧化物干扰实验结果，同时，O2进入淀粉 KI溶液中，不能使淀粉 KI溶液变蓝，与通入O3形成对比实验。
（3）KI具有还原性，若无色溶液变蓝色，则证明O3有强氧化性。
（4）臭氧浓度超标时会因其强氧化性而对人体产生毒副作用，故没有反应完的臭氧应进行尾气处理，在装置C后增加尾气收集装置。
【答案】
（1）
仪器
加入的试剂
A
H2O2（H2O）
B
MnO2（Na2O2）
D
碱石灰
E
C
淀粉 KI溶液
（2）排出装置中的N2，防止生成氮氧化物干扰实验结果 导入O2进行对比实验，保证结果的准确性
（3）无色溶液变蓝色 证明O3氧化性强于I2
（4）缺少尾气处理装置，应在装置C后增加尾气收集装置
（1）对气体提纯时若用溶液做除杂质的试剂，要注意溶液中含水，应先除杂质后干燥；用加热法除去杂质时，应先干燥后加热。
（2）气体净化时，除考虑除去杂质外，最好是把杂质转化成要提纯的物质，如用饱和碳酸氢钠溶液除去CO2中的HCl。
（3）若制备的物质（如FeCl3、AlCl3等）易潮解时，不要忽视空气中水蒸气的影响，应在制备装置后连接一个干燥装置，如图。
考向 气体的除杂和尾气处理
3．（2010·山东高考节选）实验室制备、收集干燥的SO2，所需仪器如下。
装置A产生SO2，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→____→____→____→____→f。
装置D的作用是________，装置E中NaOH溶液的作用是_________。
【解析】 发生装置中生成的SO2混有水蒸气，要先用浓H2SO4干燥后再用向上排空气法收集，在制备有毒气体时应连接尾气处理装置，SO2在NaOH溶液中溶解度较大，故D为安全瓶，防止倒吸。
【答案】 d→e→c→b 防止倒吸 吸收多余的SO2
组成检测型实验题
【典题例证】 （2012·四川高考）甲、乙两个研究性学习小组为测定氨分子中氮、氢原子个数比，设计了如下实验流程：
→
→
→
→
实验中，先用制得的氨气排尽洗气瓶前所有装置中的空气，再连接洗气瓶和气体收集装置，立即加热氧化铜。
反应完成后，黑色的氧化铜转化为红色的铜。
下图A、B、C为甲、乙两小组制取氨气时可能用到的装置，D为盛有浓硫酸的洗气瓶。
甲小组测得：
反应前氧化铜的质量m1g、氧化铜反应后剩余固体的质量m2g、生成氮气在标准状况下的体积V1L。
乙小组测得：
洗气前装置D的质量m3g、洗气后装置D的质量m4g、生成氮气在标准状况下的体积V2L。
请回答下列问题：
（1）写出仪器a的名称：
________。
（2）检查A装置气密性的操作是________________________________________________________________________。
（3）甲、乙两小组选择了不同的方法制取氨气，请将实验装置的字母编号和制备原理填写在下表的空格中。
实验装置
实验药品
制备原理
甲小组
A
氢氧化钙、硫酸铵
反应的化学方程式为：
①__________________。
乙小组
②____
浓氨水、氢氧化钠
用化学平衡原理分析氢氧化钠的作用：
③__________________。
（4）甲小组用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比为________。
（5）乙小组用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比明显小于理论值，其原因是__________________。
为此，乙小组在原有实验的基础上增加了一个装有某药品的实验仪器，重新实验。
根据实验前后该药品的质量变化及生成氮气的体积，得出了合理的实验结果。
该药品的名称是________。
解题关键点：
明确实验流程中各步环节的作用及原理：
制取氨气——固体＋固体
气体，即加热铵盐和熟石灰两种固体制NH3，也可利用：
固体＋液体―→气体，即利用浓氨水与CaO、NaOH混合制NH3；干燥管——用碱石灰除去NH3中混有的水蒸气；装氧化铜的硬质玻璃管——氧化铜氧化NH3：
3CuO＋2NH3
3Cu＋3H2O＋N2；盛浓H2SO4的洗气瓶——吸收反应生成的H2O的质量，测H原子质量；测定N2的体积——测N原子质量。
（1）要明确常见仪器的名称及用途
圆底烧瓶与蒸馏烧瓶的区别。
（2）明确装置气密性检查的原理
让一定量气体形成液封，利用温度对气体体积的影响，通过改变气体温度观察气体体积的变化。
（3）明确B、C两装置的区别
C装置为简易启普发生装置，固体反应物必须为块状固体，生石灰和NaOH均为粉末状固体。
（4）明确甲小组测定H原子数的原理
利用CuO～Cu减少氧原子质量进而测定氢原子数。
（5）明确乙小组测定H原子数的原理
利用浓H2SO4吸收水的质量测H原子数，干扰因素：
2NH3＋H2SO4===（NH4）2SO4；故选用试剂须防止NH3的干扰。
解题疑惑点：
（1）a为圆底烧瓶。
（2）检验装置的气密性可以用微热法：
连接导气管，将导气管插入水中；加热试管，导管口有气泡产生；停止加热，导管内有水回流并形成一段稳定的水柱。
（3）①（NH4）2SO4与Ca（OH）2反应的方程式为（NH4）2SO4＋Ca（OH）2
CaSO4＋2NH3↑＋2H2O；②快速制备氨气，可以将浓氨水滴加到NaOH固体上，故应选择装置B；③氨水中存在的平衡为：
NH3＋H2ONH3·H2ONH
＋OH－，NaOH溶于水后放热且增大了c（OH－），使平衡逆向移动，从而生成氨气。
（4）该实验的原理为：
2NH3＋3CuO
3Cu＋N2＋3H2O。
由甲小组的方法可知，（m1－m2）g为CuO减少的O原子的质量，其物质的量为
mol，则生成的H2O中H原子的物质的量为
mol；生成N2的体积为V1L，其物质的量为
mol，则N原子的物质的量为
mol，故N、H的原子个数比为
。
（5）因为NH3与CuO反应时，NH3不可能完全反应，未反应的NH3被浓H2SO4吸收，使得代入计算式中氢元素的质量偏高。
可以改用只吸收水而不吸收NH3的干燥剂，例如碱石灰、氢氧化钠固体、氧化钙固体等。
【答案】
（1）圆底烧瓶
（2）连接导管，将导管插入水中；加热试管，导管口有气泡产生；停止加热，导管内有水回流并形成一段稳定的水柱
（3）①（NH4）2SO4＋Ca（OH）2
2NH3↑＋2H2O＋CaSO4 ②B ③氢氧化钠溶于氨水后放热、增加氢氧根浓度，使NH3＋H2O
NH3·H2O
NH
＋OH－向逆方向移动，加快氨气逸出
（4）5V1∶7（m1－m2）
（5）浓硫酸吸收了未反应的氨气，从而使计算的氢的量偏高 碱石灰（氢氧化钠、氧化钙等）
气体的制备
高考母题
（2013·安徽高考）实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示（省略夹持和净化装置）。
仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是（ ）
选项
a中的物质
b中的物质
c中收集的气体
d中的物质
A
浓氨水
CaO
NH3
H2O
B
浓硫酸
Na2SO3
SO2
NaOH溶液
C
稀硝酸
Cu
NO2
H2O
D
浓盐酸
MnO2
Cl2
NaOH溶液
【解析】 A项，可以利用题目提供的试剂制取氨气，氨气的密度比空气的小，收集氨气时，c中的导管应“短进长出”，所以错误。
B项，实验室可以用浓硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫，且收集装置和尾气吸收装置均正确。
C项，稀硝酸和铜反应生成的是NO而不是NO2，要制取NO2应选择浓硝酸和铜反应，所以错误。
D项，浓盐酸和二氧化锰反应可以制取氯气，但此反应需要加热，而图中并没有加热装置，所以错误。
【答案】 B
教材溯源
教材中制备气体的三类发生装置
①制NH3 ②制Cl2 ③制H2、CO2
命题展望
气体的实验室制法，包括反应原理、实验装置是考纲明确要求的重要考点，特别是H2、NH3、CO2、O2、Cl2的实验室制备原理和装置更是每年高考命题的热点。
初中教材详细介绍H2、CO2、O2的制备，高中教材详细介绍NH3、Cl2的制备。
而高考命题却将这些知识拓展到依据反应物的状态、反应条件来选择气体的发生装置，以及利用实验装置寻找实验室制取氨气的其他方法，从而开阔了考生的视野，提高了考生的创新意识及创新思维。
高考中还可能从以下几点设问：
1．用实验室制NH3的气体发生装置还可以制备哪些气体？
其反应原理是什么？
【提示】 O2、CH4。
固体或固体混合物，受热制取气体。
2．能否用加热分解NH4Cl制备NH3？
解释原因。
【提示】 不能。
NH4Cl受热分解产生NH3、HCl，遇冷后会再次化合为NH4Cl，不能制取NH3。
3.
如图为一种“随开随用，随关随停”的气体发生装置，利用该装置制备气体时，所制气体需要满足什么条件？
【提示】 难溶性固体与液态反应，不需要加热，生成难溶于水的气体。
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