《创新方案》高考化学大一轮复习配套讲义物质的制备方法 高考.docx
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《创新方案》高考化学大一轮复习配套讲义物质的制备方法高考
第三节 物质的制备方法
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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)。
能识别或绘制简单的实验仪器装置图。
考点一 气体的制备和收集
1.常见气体制备的反应原理
①O2:
2KClO32KCl+3O2↑
或2H2O22H2O+O2↑;
②H2:
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑;
③NH3:
2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑;
④CO2:
CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑;
⑤Cl2:
MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O;
⑥SO2:
Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+SO2↑;
⑦NO:
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
2.常见气体制备的发生装置
选择反应装置一般需从反应物的状态、溶解性和反应条件确定制气装置类型,具体如表中所示:
3.气体的收集方法
1.实验室里能否用大理石和稀硫酸反应制取二氧化碳气体?
为什么?
提示:
不能。
因为CaCO3与稀H2SO4反应生成的CaSO4微溶于水,会覆盖在石灰石的表面,阻止反应的继续进行。
2.实验室里除用NH4Cl和熟石灰混合共热制取氨气外,还有哪些方法能制取氨气?
提示:
加热浓氨水或浓氨水与生石灰混合等。
3.实验室里能否用图1装置制取氯气?
若能,试写出反应的化学方程式。
提示:
能。
2KMnO4+16HCl===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。
4.选择合适的试剂,能否用图2所示的装置分别制取少量NO和O2?
为什么?
提示:
能制取O2,但不能制取NO,原因是NO不能用排空气法收集。
1.如图是实验室常用的气体制备、净化和收集装置。
若依据反应H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O制取一氧化碳,则合理的装置组合为 ( )
A.①⑤⑧ B.③⑤⑦ C.②⑤⑥ D.③④⑧
解析:
选D 由反应物的状态和反应条件可选③作为制取装置;除去CO2可选用④或⑤装置,要收集CO只能用⑧装置,故合理的装置组合为③④⑧或③⑤⑧。
2.下列实验装置图正确的是( )
解析:
选C A项中应用酒精灯加热,集气装置导气管也不正确;B项中温度计水银球应插入反应液中;D项中导气管末端靠近液面但不能伸入液面以下,否则会倒吸。
3.下列制备和收集气体的实验装置合理的是( )
解析:
选D A中加热的大试管管口应略向下倾斜;B中NO很容易被空气中的氧气氧化,所以采用B装置得不到NO;C中氢气的密度比空气小,所以集气瓶中的进气导管应比出气导管要短,C错误;D装置合理。
4.如图是实验室制取氢气的简易装置图。
下列有关说法中正确的是( )
A.加入盐酸时发现盐酸量少,未能与多孔塑料板上的锌粒接触,加入适量的水能让反应正常进行
B.纯碱与盐酸反应制取CO2也能使用该反应装置
C.该实验装置不必进行气密性检查
D.该装置使用普通漏斗,不能控制反应使其随时停止
解析:
选A 加入适量水可使溶液与锌粒接触进行正常反应,A正确;该装置类似于启普发生器,可通过关闭弹簧夹使反应随关随停,但纯碱会迅速溶解在盐酸中,不能控制其反应,B、D错误;存在接口连接的实验装置均需要在实验前进行气密性检查,C错误。
1.(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:
选B 该装置分别为固、液不加热制气体,向上排空气法收集气体,以及采用防倒吸的方法进行尾气处理。
氨气不能使用向上排空气法,A错误;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,C错误;制取氯气需要加热,D错误。
2.(2011·上海高考)草酸晶体(H2C2O4·2H2O)100℃开始失水,101.5℃熔化,150℃左右分解产生H2O、CO和CO2。
用加热草酸晶体的方法获取某些气体,应该选择的气体发生装置是(图中加热装置已略去)( )
解析:
选D 草酸晶体加热过程中有水生成,不能用A,否则生成的水冷凝后使仪器炸裂;过程需加热,不能用B;因草酸晶体在101.5℃熔化,在试管中流到管口,而发生堵塞,C错误。
3.(2011·全国高考)请回答下列实验室中制取气体的有关问题:
(1)如图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。
装置B、C、D的作用分别是:
B________________________________________________________________________;
C________________________________________________________________________;
D________________________________________________________________________。
(2)在实验室欲制取适量NO气体。
①图中最适宜完成该实验的简易装置是______(填序号);
②根据所选的装置完成表格(不需要的可以不填):
应加入的物质
所起的作用
A
B
续表
应加入的物质
所起的作用
C
D
③简单描述应观察到的实验现象_____________________________________。
解析:
(1)高锰酸钾具有强氧化性,能将浓盐酸中的氯离子氧化为氯气,装置B用来收集比空气重的氯气,装置D吸收尾气,装置C起到了防倒吸的作用。
(2)一氧化氮的密度与空气接近,不能用排空气法收集,一氧化氮不与水反应,可以用排水法收集,选用装置Ⅰ,A装置中盛放铜片和稀硝酸,B装置中盛放水,C装置接收排出的水。
答案:
(1)向上排空气收集氯气 安全作用,防止D中的液体倒吸进入集气管B中 吸收尾气,防止氯气扩散到空气中污染环境
(2)①Ⅰ ②
应加入的物质
所起的作用
A
铜屑和稀硝酸
产生NO气体
B
水
排水收集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棕红色,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
考点二 气体的净化和尾气处理
1.常见气体的净化方法和净化装置
(1)常见气体的净化方法:
气体的净化可分为物理方法和化学方法。
遵循的原则:
不损失原来气体,不引入新杂质。
①物理方法:
a.液化法:
利用沸点不同从空气中分离出N2和O2。
b.水洗法:
利用溶解度不同从N2和NH3的混合气体中除去NH3;利用与H2O的反应从NO和NO2的混合气体中除去NO2。
②化学方法:
a.氧化还原法:
通过灼热的铜丝网除去混合气体中的O2;通过灼热的CuO除去H2、CO等。
b.酸碱法:
将NH3和CO2的混合气体通过碱石灰除去CO2。
c.沉淀法:
除去CO2中的H2S可利用CuSO4溶液,H2S+CuSO4===CuS↓+H2SO4。
(2)常见净化装置:
a装置为加热固态试剂以除去气体中杂质的装置,为防止固体“流动”,两端用石棉或玻璃棉堵住,但要使气流通畅。
b装置一般盛液体试剂,用于洗液。
c装置一般盛固体试剂,用于气体除杂和定量计算。
(3)常见干燥剂:
液态干燥剂
固态干燥剂
装置
常见干燥剂
浓硫酸(酸性、强氧化性)
无水氯化钙(中性)
碱石灰(碱性)
不可干燥的气体
NH3、H2S、HBr、HI等还原性气体
NH3
Cl2、H2S、HCl、SO2、CO2等酸性气体
2.尾气的处理
(1)转化处理:
对有毒、有害的气体必须用适当的方法予以吸收或点燃变为无毒、无害的气体,再排放到空气中。
实验室中常见有毒气体的处理方法如表所示:
Cl2
SO2
NO2
H2S
HCl
NH3
CO
NO
NaOH溶液
CuSO4溶液或NaOH溶液
水
水或浓硫酸
点燃
与O2混合后通入NaOH溶
(2)直接排入空气中:
主要是针对无毒、无害气体的处理。
如N2、O2、CO2等。
(3)尾气处理装置:
①在水中溶解度较小的有毒气体,多数可通入烧杯中的溶液中,用某些试剂吸收除去(如图甲)。
如Cl2、NO2均可通入NaOH溶液中除去。
②某些可燃性气体可用点燃或转化的方法(如图丙)。
如CO、H2可点燃或通过灼热的CuO除去。
③收集法(如图丁)。
尾气也可以采用收集的方法,如CH4、C2H4、H2、CO等。
④对于溶解度很大吸收速率很快的气体,吸收时应防止倒吸,典型装置如图乙。
1.二氧化硫具有还原性,浓硫酸具有强氧化性,能否用浓H2SO4干燥二氧化硫气体?
提示:
能。
因为H2SO4中S元素为+6价,SO2中S元素为+4价,两者间无S的其他价态,相互不发生氧化还原反应。
2.如何除去CO2中混有的少量HCl气体?
提示:
将混合气体通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶。
3.NH4HCO3固体受热分解得NH3、CO2、H2O等混合气体,如何除去CO2、H2O得纯净的NH3?
提示:
可让混合气体通过装有足量碱石灰的干燥管。
4.实验室制得Cl2中往往含H2O、HCl等杂质,如何得到纯净的Cl2?
提示:
可让气体先通过装有饱和食盐水的洗气瓶除HCl杂质,再通过装有浓硫酸的洗气瓶除水蒸气杂质,两者顺序不能颠倒。
命题角度一 气体的净化
1.下列实验装置、选用的试剂或实验操作都正确的是( )
A.实验室用装置A制取NH3
B.可用B装置吸收NH3,并防止倒吸
C.可用C装置稀释浓硫酸
D.可用D装置除去CO2中的HCl
解析:
选B NH4Cl受热分解生成的NH3和HCl在试管口会重新生成NH4Cl,A错误;倒置的漏斗可防止倒吸,B正确;不能在量筒中稀释浓硫酸,C错误;饱和Na2CO3溶液能吸收CO2,D错误。
2.图中装置可以用来制备、洗涤、干燥、收集(不考虑尾气处理)气体。
该装置可用于 ( )
A.锌和盐酸生成氢气
B.亚硫酸钠和浓硫酸生成二氧化硫
C.碳酸钙和盐酸生成二氧化碳
D.浓氨水和烧碱制取氨气
解析:
选A A项,此装置可用于锌和盐酸生成氢气,正确;B项,二氧化硫能溶于水,且密度比空气大,错误;C项,二氧化碳能溶于水且密度比空气大,错误;D项,氨气极易溶于水,错误。
3.为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体,从图中选择合适的装置并连接。
其中连接顺序合理的是 ( )
A.a—a′→d′—d→e B.c—c′→d—d′→g
C.b—b′→d—d′→gD.d—d′→c—c′→f
解析:
选B 盐酸和大理石制得的CO2气体含有氯化氢和水蒸气,除氯化氢用饱和碳酸氢钠溶液,干燥用浓硫酸,二氧化碳比空气密度大,所以用向上排空气法。
命题角度二 气体的尾气处理
4.图中各种尾气吸收装置中,不适合于吸收HCl气体,而且不能防止倒吸的是( )
解析:
选B B项,倒扣的漏斗伸入液面以下太多,不能起到防倒吸的作用。
5.(2014·烟台模拟)下列有关图示装置的叙述不正确的是 ( )
A.装置①可用于吸收实验中多余的SO2
B.装置②可用于收集H2、NH3、Cl2、NO2等
C.装置③中X为苯,可用于吸收NH3或HCl气体
D.装置④可用于收集NH3,并吸收多余的NH3
解析:
选C SO2和NaOH溶液会发生反应,故用NaOH溶液吸收SO2可以防止污染,A正确;装置②中如果气体从长导管通入,只能收集密度比空气大且不能与空气中的成分发生反应的气体,此时可以收集Cl2、NO2等;如果气体从短导管通入,只能收集密度比空气小且不能与空气中的成分发生反应的气体,此时可以收集H2、NH3等,B正确;装置③中如果X为苯,因为苯的密度比水的小,故苯应该在上层,C错误;装置④中先用盛有碱石灰的干燥管除去氨气中的水蒸气,然后用排空气法收集NH3,最后用防倒吸的装置吸收多余的NH3,D正确。
1.(2010·上海高考)正确的实验操作是实验成功的重要因素,下列实验操作错误的是( )
解析:
选D 此题考查了化学实验知识。
分析所给操作,A、B、C均正确;但是除去氯气中的氯化氢时,选取饱和食盐水可以达到目的,但是气体进入洗气瓶时应该是长进短出,否则气体会将洗气瓶中的食盐水赶出来,D错误。
2.(2010·山东高考节选)实验室制备、收集干燥的SO2,所需仪器如图。
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:
收集干燥的SO2,应先干燥,再收集(SO2密度比空气的大,要从c口进气),最后进行尾气处理;因为SO2易与NaOH反应,故D的作用是安全瓶,防止倒吸。
答案:
decb 防止倒吸 吸收多余的SO2
考点三 物质制备的综合性实验
二氧化氯(ClO2)作为一种高效强氧化剂已被联合国世界卫生组织(WHO)列为A1级消毒剂。
常温下二氧化氯为黄绿色或橘黄色气体,性质非常不稳定,温度过高、二氧化氯的水溶液中溶质质量分数高于30%等均有可能引起爆炸。
某研究小组设计如图所示实验装置制备ClO2。
(1)如图所示,在烧瓶中先放入12.25gKClO3和9.00g草酸(H2C2O4),然后加入足量的稀硫酸,水浴加热。
反应后产物中有ClO2、CO2和一种酸式盐,该反应的化学方程式为________________________________________________________________________,
氧化产物与还原产物的物质的量之比为________________。
(2)在反应开始之前将烧杯中的水加热到80℃,然后停止加热,并使其保持在60℃~80℃之间。
控制温度的目的是______________________________________,图示装置中缺少的一种必需的玻璃仪器是__________________。
(3)装置A用于吸收产生的二氧化氯,其中最好盛放________(填序号,下同),装置B中盛放________。
①50mL60℃的温水 ②50mL冰水
③50mL饱和食盐水④50mLNaOH溶液
(4)将二氧化氯溶液加入到硫化氢溶液中,加入少量的稀盐酸酸化过的氯化钡溶液,发现有白色沉淀生成。
请写出有关反应的离子方程式:
________________________________________________________________________。
(5)从所制得的二氧化氯水溶液溶质质量分数的角度看,是否存在安全隐患,并简述原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(用数据说明)。
解析:
(1)根据提供信息,草酸被氧化,因此酸式盐为KHSO4,根据C由+3→+4,Cl由+5→+4,因此氧化产物(CO2)与还原产物(ClO2)的物质的量之比为1∶1。
(2)控制温度是为了防止生成的ClO2爆炸,由于要控制温度,因此缺少温度计。
(3)温度过高ClO2会爆炸,应选择冰水吸收ClO2,装置B用于吸收CO2,选择NaOH溶液。
(4)根据提供信息,该沉淀为BaSO4,因此ClO2与H2S反应生成H2SO4和HCl。
(5)通过计算可知草酸过量,生成的m(ClO2)=mol×67.5g/mol=6.75g,则溶液中二氧化氯的质量分数为×100%≈11.9%,因此不存在安全隐患。
答案:
(1)2KClO3+H2C2O4+2H2SO42CO2↑+2ClO2↑+2KHSO4+2H2O 1∶1
(2)使反应正常进行,并防止温度过高引起爆炸 温度计
(3)② ④
(4)8ClO2+5H2S+4H2O+5Ba2+===5BaSO4↓+8Cl-+18H+
(5)通过计算可知草酸过量,生成的m(ClO2)=mol×67.5g/mol=6.75g,则溶液中二氧化氯的质量分数为×100%≈11.9%,因此不存在安全隐患
1.利用反应I2(s)+Cl2(g)===2ICl(l),实验室可用如图所示装置(加热、夹持仪器已略去)制取少量ICl。
已知:
ICl的熔点为13.9℃,沸点为97.4℃,易水解,且能发生反应ICl(l)+Cl2(g)===ICl3(l)。
(1)装置A中发生反应的化学方程式是____________________________________。
(2)装置B的作用是__________________。
不能用装置F代替装置E,理由是________________________。
(3)所制得的ICl中溶有少量ICl3杂质,提纯的方法是________(填字母编号)。
A.过滤 B.蒸发结晶 C.蒸馏 D.分液
解析:
(1)装置A用于制Cl2,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+2H2O+Cl2↑。
(2)浓盐酸具有挥发性,制得的Cl2中含有HCl、H2O杂质气体,应在与碘反应前将杂质除去。
(3)根据二者的沸点的差别,可以用蒸馏的方法去ICl中溶有少量ICl3杂质。
答案:
(1)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)除去氯气中的氯化氢杂质 装置F中的水蒸气会进入装置D中,使ICl水解(其他合理答案亦可) (3)C
2.(2014·温州模拟)某课外活动小组将AlCl3溶液小心加热蒸干,得到一种白色固体。
对该白色固体的成分,同学们有不同意见:
甲同学认为是带结晶水的AlCl3,乙同学认为是Al(OH)3。
(1)你认为________同学正确,请你设计简单实验,验证你的观点:
___________________。
(2)该小组同学打开了实验室中的一瓶无水AlCl3,发现立即产生大量白雾,并有刺激性气味,则产生白雾的原因是____________________________________________(用化学方程式和必要的文字说明)。
(3)该小组同学利用干燥的氯气和铝片在加热的条件下制取无水AlCl3固体,装置如图所示。
实验时打开分液漏斗活塞,使浓盐酸滴入圆底烧瓶中,然后点燃酒精灯,不久就会看到在铝粉表面出现白烟,移去酒精灯,几分钟后在试管壁上出现一层较厚的白色固体。
稍冷却,收集该白色固体放在干燥的试剂瓶中,并用石蜡密封。
①加药品前首先要进行的操作是___________________________________。
②圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为_________________________________。
③洗气瓶中盛放的试剂是________(填试剂名称);烧杯中NaOH溶液的作用是______________________,该实验装置在设计上存在一个明显不合理之处,请指出不合理之处:
__________________________________________,请给出改进方案:
_________________。
④实验时先打开分液漏斗活塞,然后点燃酒精灯,这样做的目的是_____________。
解析:
(1)AlCl3属于强酸弱碱盐,会发生水解反应:
AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl,加热促进水解,且HCl易挥发,故最终得到Al(OH)3固体;最简单的鉴别方法是检验其溶解性,能溶解说明是AlCl3,不能溶解说明是Al(OH)3。
(3)③因AlCl3极易水解,所以Cl2必须干燥,可通过含有浓硫酸的洗气瓶除去水蒸气;Cl2有毒,多余的Cl2用NaOH溶液来吸收;该装置只能保障Cl2是干燥的,但无法保证尾气处理时NaOH溶液中的水蒸气进入体系,所以应在尾气处理前加一个干燥装置。
④先打开活塞的目的是先产生Cl2,用Cl2充满体系来赶走空气,以避免在加热过程中Al与空气中的O2反应。
答案:
(1)乙 向白色固体加水,白色固体不溶解
(2)无水AlCl3遇空气中的水蒸气发生剧烈水解反应:
AlCl3+3H2O===Al(OH)3↓+3HCl,生成的HCl气体与空气中的水蒸气形成盐酸小液滴,出现白雾
(3)①检查装置的气密性
②2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
③浓硫酸 吸收未反应的氯气
具支试管的支管直接插入NaOH溶液液面以下
在具支试管与烧杯之间增加一个干燥装置
④用产生的Cl2将装置中的空气排尽
【总结提升】
制备实验的基本思路
(1)制备实验方案设计的基本思路
(2)有气体参加的反应实验方案设计(装置连接)的基本思路
―→―→
(3)气体除杂的一般思路
气体的除杂,首先要判断气体中的杂质,判断气体中的杂质的方法:
①看反应物的性质,如用盐酸制取的气体中应含有HCl气体杂质;②看气体是否完全反应,如用CO2与Na2O2反应制取的氧气中应含有CO2杂质;③看反应实质,如C和浓硫酸加热制取的SO2中一定含有CO2;④看是否有副反应发生等。
最后再根据杂质的性质选择合适的试剂及装置。
(4)要排除干扰
如制取易潮解、易水解的物质(如AlCl3)时,往往在装置末端再接一个干燥装置,以防止空气中的水蒸气进入干扰实验。
1.(2013·山东高考节选)TiO2既是制备其他含钛化合物的原料,又是一种性能优异的白色颜料。
实验室利用反应TiO2(s)+CCl4(g)TiCl4(g)+CO2(g),在无水无氧条件下制备TiCl4,实验装置如图所示:
有关物质性质如表所示:
物质
熔点/℃
沸点/℃
其他
CCl4
-23
76
与TiCl4互溶
TiCl4
-25
136
遇潮湿空气产生白雾
仪器A的名称是________。
装置E中的试剂是________。
反应开始前依次进行如下操作:
组装仪器、________、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。
反应结束后的操作包括:
①停止通N2 ②熄灭酒精灯 ③冷却至室温,正确的顺序为________(填序号)。
欲分离D中的液态混合物,所采用操作的名称是________。
解析:
由于制备TiCl4需要在无水无氧条件下进行,所以仪器A是干燥管,吸收氮气中的水蒸气,通入的氮气将装置内的空气排出。
为防止反应完毕后生成的TiCl4接触空气中