版高考化学一轮复习高考专题讲座2常见气体的实验室制法及其性质探究教学案鲁科doc.docx

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常见气体的实验室制法及其性质探究

[整合归纳]

1．气体制备及其性质探究的基本思路

2．常见气体的发生装置

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试管口略低于试管底；

③加热时先均匀加热再固定加强热

固、液加热型或液、液加热型

Cl2、HCl等

①烧瓶加热时要隔石棉网；

②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片（或沸石）

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.常见气体的除杂装置

（1）除杂试剂选择的依据：

主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性。

除杂原则：

①不损失主体气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④先除易除的杂质气体。

（2）气体干燥净化装置

提醒：

气体除杂的注意事项

（1）需净化的气体中含有多种杂质时，除杂顺序：

一般先除去酸性气体，如氯化氢气体、CO2、SO2等，水蒸气要在最后除去；

（2）除杂选用方法时要保证杂质完全除掉，如除CO2最好用NaOH不用Ca（OH）2溶液。

有时候为了保证气体除尽，还要验证一步，如验证混合气体中既有CO2，又有SO2，通常用品红溶液检验SO2，然后用溴水或酸性KMnO4溶液除去SO2，再用品红溶液检验是否除尽，最后用澄清石灰水检验CO2。

4．常见气体的收集方法

（1）排水法：

收集难溶于水的气体，如O2、H2、N2、NO、CO、C2H4等。

（2）排液法：

收集难溶于所选溶液的气体，如Cl2用排饱和食盐水法收集。

（3）向上排空气法：

收集气体密度比空气的大且相差较大的气体，如Cl2、CO2、NO2等。

（4）向下排空气法：

收集气体密度比空气的小的气体，如CH4、H2、NH3等。

提醒：

（1）排液集气收集装置的创新

装置（Ⅰ）从a管进气b管出水可收集难溶于水的气体，如H2、O2等。

若将广口瓶中的液体更换，还可以收集以下气体。

①饱和食盐水——收集Cl2。

②饱和NaHCO3溶液——收集CO2。

③饱和NaHS溶液——收集H2S。

④四氯化碳——收集HCl或NH3。

装置（Ⅱ）储气式集气。

气体从橡胶管进入，可将水由A瓶排入B瓶，在A瓶中收集到气体。

（2）排空法收集的连接

5．尾气处理分析

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。

（1）用水吸收的是：

NH3、HCl（注意防倒吸）。

（2）用烧碱溶液吸收的是：

Cl2、HCl、H2S、SO2、NO2。

（3）用硫酸铜溶液或醋酸铅溶液吸收的是：

H2S。

（4）用点燃法除去的是：

CO、H2、CH4。

（5）用收集法除去的是：

NO。

提醒：

溶液或水吸收尾气时防倒吸装置

[试题分类探究]

常见仪器的连接顺序

[典例导航]

（2018·专家原创）某化学小组在实验室制备CO，用制备的CO还原氧化铜，并检验反应产物。

可能用到的装置如图所示。

查阅资料：

实验室制备CO的原理：

HCOOH

CO↑＋H2O，反应过程可能有SO2、CO2生成。

请回答下列问题：

（1）为了达到实验目的，装置接口的连接顺序是______；E装置内加入的试剂为________。

（2）甲同学提出从环保角度考虑，装置不完善，改进措施为________________；乙同学认为A装置可能发生副反应生成CO2、SO2等酸性气体，理由可能是______________________________________________

___________________________________________________________（用化学方程式表示）。

[思路点拨]　①各仪器的作用：

A生成CO，B验证CO还原性，C检验CO的氧化产物CO2，D安全瓶，E吸收杂质气体（如SO2、CO2、H2O）。

②制取CO时可生成杂质气体SO2、CO2、H2O。

③验证CO还原CuO应用干燥纯净的CO，在进入B装置前应除去SO2、CO2、H2O（g）等。

④吸收SO2、CO2、H2O（g）可以用碱石灰固体干燥剂。

解析：

（1）用甲酸与浓硫酸共热制取CO，制取的CO中可能含有挥发出来的HCOOH与水蒸气，需要除去杂质后才能用于还原氧化铜，可用碱石灰除去杂质气体，则E装置应连接在A、B装置之间，C装置可用于检验氧化产物CO2，D装置为安全瓶，则接口连接顺序为a→h→i→b→c（或c→b）→f→g（或g→f）→d→e，E装置中加入的试剂为碱石灰（或生石灰、烧碱）。

（2）尾气中含有有毒的CO，排放到空气中会污染环境，题图中缺少一个尾气处理装置，可用燃烧法或用气球收集等方法处理尾气；甲酸与浓硫酸在加热条件下可能生成CO2、SO2和H2O。

答案：

（1）a→h→i→b→c→f→g→d→e（b与c、f与g可互换）　碱石灰（或生石灰、烧碱）　

（2）在最后导管口处放置一个点燃的酒精灯（或用气球收集尾气，其他合理方案均可）　HCOOH＋H2SO4（浓）CO2↑＋SO2↑＋2H2O

（1）制CO反应过程中有SO2生成，体现浓硫酸的______性。

（2）D装置的作用是________。

（3）该实验证明CO还原性的现象是________________________________。

答案：

（1）强氧化　

（2）安全瓶，防倒吸　（3）B中黑色物质变红，C中溶液变浑浊

―→

―→

―→

―→

说明：

（1）注意两处的防倒吸问题，一是气体发生和气体的除杂之间，二是气体收集或性质验证与尾气处理之间，为了防倒吸，常加一安全瓶。

（2）防堵塞安全装置

（3）防污染安全装置

[对点训练]

1．氢化钙是重要的生氢剂，遇水或酸能够引起燃烧。

利用下列装置制备CaH2固体（提供的实验仪器不得重复使用），下列说法正确的是（　　）

①　　　　②　　　③　　　　④

A．装置①在加入试剂前无需检查气密性

B．各个装置仪器接口的连接顺序为a→c→b→f→g→d→e

C．加热装置④之前必须检查气体的纯度

D．装置③的主要作用是防止空气中的CO2、H2O（g）进入装置④中

C　[装置①为启普发生器，加入试剂之前必须检查装置的气密性，A错误；装置①中产生的氢气会混有HCl、H2O（g），通过装置③可以除去这两种杂质，所以仪器接口的连接顺序为a→d→e→f→g（或g→f）→b→c，B错误；在加热前需通入氢气排尽装置④硬质玻璃管中的空气，通过检查氢气的纯度确定是否将空气排尽，C正确；装置③的作用是除去氢气中混有的HCl、H2O（g），D错误。

]

2．（2019·长郡中学模拟）实验室制备卤砂（NH4Cl）所需的装置如图所示，装置可重复选用。

A　　B　　　　　　C　　　　　　D

（1）装置接口连接顺序是________→a；b←________。

（2）C装置的作用是________，D装置盛装的物质是________。

（3）写出用上述装置制备氨气的一组试剂：

___________________________________________________________。

解析：

（1）结合实验目的及题给装置可知，从a、b接口分别向锥形瓶中通入HCl和NH3，可用B装置制备HCl，经D装置干燥后通入a，装置接口连接顺序为c→f→g→a；也可用B装置制备NH3，经C装置干燥后通入b，装置接口连接顺序为c→d→e→b。

（2）C装置用于干燥NH3，D装置用于干燥HCl，盛装的物质是浓硫酸。

（3）用B装置制备NH3可选用浓氨水和碱石灰。

答案：

（1）c→f→g　e←d←c

（2）干燥氨气　浓硫酸

（3）浓氨水和碱石灰（或其他合理答案）

以气体性质验证和物质制备为目的的综合实验探究

[典例导航]

（2019·黄冈调研）氮化镓（GaN）被称为第三代半导体材料，其应用已经取得了突破性的进展。

已知：

（ⅰ）氮化镓性质稳定，不与水、酸反应，只在加热时溶于浓碱。

（ⅱ）NiCl2溶液在加热时，先转化为Ni（OH）2，后分解为NiO。

（ⅲ）制备氮化镓的反应为2Ga＋2NH3

2GaN＋3H2。

某学校化学兴趣小组实验制备氮化镓，设计实验装置如图所示：

设计实验步骤如下：

①滴加几滴NiCl2溶液润湿金属镓粉末，置于反应器内。

②先通入一段时间的H2，再加热。

③停止通氢气，改通入氨气，继续加热一段时间。

④停止加热，继续通入氨气，直至冷却。

⑤将反应器内的固体转移到盛有盐酸的烧杯中，充分反应后过滤、洗涤、干燥。

（1）仪器X中的试剂是______，仪器Y的名称是______。

（2）该套装置中存在一处明显的错误是____________________________

___________________________________________________________。

（3）步骤①中选择NiCl2溶液不选择氧化镍的原因是________。

a．增大接触面积，加快化学反应速率

b．使镍能均匀附着在镓粉的表面，提高催化效率

c．能更好地形成原电池，加快反应速率

（4）请写出步骤⑤中检验产品氮化镓固体洗涤干净的操作___________________________________________________________

___________________________________________________________。

（5）镓元素与铝元素同族，其性质与铝类似，请写出氮化镓溶于热NaOH溶液的离子方程式：

______________________________________________

__________________________________________________________。

[思路点拨]　①部分装置作用：

A装置产生H2排空气，C装置产生NH3与Ga反应，B、Y装置除杂，E装置为反应器，F装置吸收尾气NH3。

解析：

（1）实验前先通入一段时间H2可排出装置中的空气，故A装置用来制备H2，停止通入H2后改通NH3，则装置C用来制备NH3，故仪器X中的试剂应为浓氨水。

仪器Y为球形干燥管，可装碱石灰，目的是干燥NH3。

（2）直接将过量的NH3通入装置F中的稀硫酸中，NH3极易溶于稀硫酸，会引起倒吸。

（3）步骤①中选择NiCl2溶液而不选择氧化镍，一方面因为能增大接触面积，从而加快反应速率；另一方面可使镍能均匀地附着在镓粉表面，提高催化效率。

（4）制备的氮化镓固体表面会含有杂质Cl－，故检验产品氮化镓固体洗涤干净的操作为：

取最后一次洗涤液于试管中，滴加AgNO3溶液，若无白色沉淀，则证明产品氮化镓固体已洗涤干净。

（5）根据Ga与Al性质相似，类比可知，GaN与热NaOH溶液反应的离子方程式为GaN＋OH－＋H2OGaO

＋NH3↑。

答案：

（1）浓氨水　球形干燥管

（2）装置F中的溶液会发生倒吸

（3）ab

（4）取最后一次洗涤液于试管中，滴加AgNO3溶液，若无白色沉淀，则证明产品氮化镓固体已洗涤干净

（5）GaN＋OH－＋H2OGaO

＋NH3↑

（1）A、C装置中连接分液漏斗上口的橡胶管作用是：

_______________

___________________________________________________________。

（2）若C中固体为CaO，则C中反应方程式为___________________________

___________________________________________________________。

（3）Y中试剂为________。

答案：

（1）保证上下压强相同，便于液体顺利流下

（2）CaO＋2NH3·H2O===2NH3↑＋Ca（OH）2

（3）碱石灰（或CaO或NaOH）

（1）爆炸：

可燃性气体的点燃、不纯气体受热、气体导管堵塞导致。

（2）炸裂：

玻璃仪器的骤冷骤热、受热不均等导致。

（3）倒吸：

气体在用液体吸收或与液态试剂反应时，由于极易溶解或反应导致。

（4）堵塞：

生成的蒸气易凝结、生成气体的同时产生粉尘等导致。

（5）空气污染：

生成的气体有毒、缺少尾气处理措施或措施不当导致。

（6）若制备物质易水解，要注意防止外界空气进入。

（7）实验开始时先检查装置气密性，再加药品，后点燃酒精灯。

[对点训练]

3．（2017·全国卷Ⅰ，T10）实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示（Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气）。

下列说法正确的是（　　）

A．①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、浓硫酸、焦性没食子酸溶液

B．管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度

C．结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热

D．装置Q（启普发生器）也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气

B　[A项，若③中为焦性没食子酸溶液，则进入④中的气体还会有水蒸气，错误；B项，若在④处收集气体点燃，发出“噗”声，则证明制取的氢气较纯，可以加热管式炉，正确；C项，为了防止生成的W被氧化，反应结束时应先停止加热，待管式炉冷却后再关闭活塞K，错误；D项，二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气需要加热，而启普发生器不能加热，错误。

]

4．（2018·专家原创）磺酰氯（SO2Cl2）是一种重要的有机合成试剂，实验室可利用SO2与Cl2在活性炭作用下反应制取少量的SO2Cl2，装置如图所示（部分夹持装置省略）。

已知SO2Cl2的熔点为－54.1℃，沸点为69.1℃，遇水能发生剧烈的水解反应，并产生白雾。

（1）SO2Cl2中S元素的化合价为________。

（2）仪器B的名称为________，由仪器B的使用可知SO2与Cl2反应的ΔH________0（填“＞”或“＜”），仪器C的作用是___________________________________________________________。

（3）试剂X、Y的组合最好是________。

a．18.4mol·L－1H2SO4溶液＋Cu

b．4mol·L－1HNO3溶液＋Na2SO3

c．75%H2SO4溶液＋K2SO3

（4）本实验中制取Cl2的离子方程式为____________________________

___________________________________________________________。

（5）反应结束后，将丙中产物分离的实验操作是________。

（6）分离产物后，向获得的SO2Cl2中加入足量NaOH溶液，振荡、静置得到无色溶液w。

①写出该反应的离子方程式：

__________________________________。

②检验溶液w中存在SO

的方法是_____________________________

___________________________________________________________。

（7）若反应中消耗的氯气的体积为896mL（已转化为标准状况，SO2足量），最后得到纯净的磺酰氯3.3g，则磺酰氯的产率为________（保留三位有效数字）。

解析：

（1）根据化合物中各元素化合价的代数和为0，可判断出S的化合价为＋6，注意书写规范，“＋”不能省略。

（2）球形冷凝管B起冷凝回流作用，故可推出丙中SO2与Cl2的反应为放热反应，ΔH＜0，仪器C为盛有碱石灰的干燥管，其作用一是可吸收未反应完的污染性气体SO2与Cl2，二是可避免空气中的水蒸气进入丙装置引起SO2Cl2的水解。

（3）由题图可知，甲为SO2的发生装置。

a项，Cu与浓硫酸反应制取SO2需要加热；b项，HNO3与Na2SO3会发生氧化还原反应；c项，涉及的反应为H2SO4＋K2SO3===K2SO4＋SO2↑＋H2O，故本题选c。

（4）本实验制取Cl2的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。

（6）①根据信息SO2Cl2遇水剧烈水解并产生白雾可推知SO2Cl2＋2H2O===H2SO4＋2HCl，进而可推出SO2Cl2与NaOH溶液反应的化学方程式为SO2Cl2＋4NaOH===Na2SO4＋2NaCl＋2H2O。

②由题可知，溶液中可直接加入BaCl2溶液检验。

（7）n（Cl2）＝0.04mol，根据化学方程式SO2＋Cl2===SO2Cl2可计算出理论上生成m（SO2Cl2）＝135g·mol－1×0.04mol＝5.4g，则磺酰氯的产率为

×100%≈61.1%。

答案：

（1）＋6

（2）球形冷凝管　<　吸收尾气Cl2、SO2，防止污染环境，同时防止空气中的水蒸气进入反应体系，引起磺酰氯水解

（3）c

（4）MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

（5）蒸馏

（6）①SO2Cl2＋4OH－===SO

＋2Cl－＋2H2O　②取少量w溶液于试管中，加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，则溶液w中存在SO

（7）61.1%