高考化学一轮复习第十章化学实验第32讲常见气体的制备讲义.docx

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高考化学一轮复习第十章化学实验第32讲常见气体的制备讲义

第32讲　常见气体的制备

[考纲要求]　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）。

　2.识别典型的实验仪器装置图。

考点一　气体的制备和收集

1．常见气体制备的反应原理

（1）O2：

2KClO3

2KCl＋3O2↑

或2H2O2

2H2O＋O2↑；

（2）H2：

Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑；

（3）NH3：

2NH4Cl＋Ca（OH）2

CaCl2＋2H2O＋2NH3↑；

（4）CO2：

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑；

（5）Cl2：

MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O；

（6）SO2：

Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋SO2↑；

（7）NO：

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：

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加热时先预热再固定加热

④用KMnO4制取O2时，需在管口处塞一小团棉花

固、液加热型或液、液加热型

Cl2等

①加热烧瓶时要垫石棉网

②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片

加热型

O2、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，又可控制液体流速和用量

3.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，且与空气密度相差较大，不与空气中成分反应

收集的气体密度比空气小，且与空气密度相差较大，不与空气中成分反应

收集装置

适用的气体

H2、O2、NO、CH4

Cl2、CO2、NO2、SO2

H2、NH3

特别提醒　

（1）NO不能用排空气法收集，主要因为NO易与空气中氧气反应生成NO2。

（2）密度与空气接近，且不与水反应或不溶于水的气体最好用排水法收集，如N2、CO、乙烯等。

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）实验室制备O2、H2、CO2均需要发生氧化还原反应。

（　　）

（2）Cl2、NH3的制备可以选用相同的发生装置。

（　　）

（3）常用排水法收集Cl2、NO2、SO2。

（　　）

（4）用向下排空气法收集H2、NH3、NO。

（　　）

（5）可以用浓氨水和生石灰快速制备NH3。

（　　）

（6）Cl2收集可用排饱和NaCl溶液方法，不能用排水法。

（　　）

（7）CO2、H2的制备可以选用相同的发生装置。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）√　（6）√　（7）√

2．能否用加热NH4Cl的方法制备氨气？

答案：

不能，氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢，冷却后氨气和氯化氢重新化合生成氯化铵，最终得不到氨气。

考向1　气体制备原理及发生装置的选择

（2014·高考天津卷）实验室制备下列气体时，所用方法正确的是（　　）

A．制氧气时，用Na2O2或H2O2作反应物可选择相同的气体发生装置

B．制氯气时，用饱和NaHCO3溶液和浓硫酸净化气体

C．制乙烯时，用排水法或向上排空气法收集气体

D．制二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气

[解析]　由Na2O2、H2O2制取O2的反应分别为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑、2H2O2

2H2O＋O2↑，均可选取固体与液体在不加热条件下制取气体的装置，A正确。

Cl2通过饱和NaHCO3溶液时产生CO2气体，净化氯气时应先用饱和NaCl溶液除去HCl，再用浓硫酸进行干燥，B错误。

乙烯难溶于水，其密度小于空气，故可采用排水法或向下排空气法收集乙烯，但由于乙烯与空气的密度相差不大，故采用向下排空气法收集到的乙烯不纯净，C错误。

用水吸收NO2尾气时，发生的反应为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，产生污染性气体NO，故常用NaOH溶液吸收NO2，D错误。

[答案]　A

「思维建模」

（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

1．设计四种制备气体的方案：

①加热NH4Cl制备氨气；②加热稀盐酸和MnO2制备氯气；③用稀硫酸和大理石制备二氧化碳；④用浓硫酸和锌粒制备氢气，不宜采用的方案有（　　）

A．只有①和②　　　　　　　　B．只有②和③

C．只有③和④D．①②③④

解析：

选D。

①中NH4Cl

NH3↑＋HCl↑，冷却时，NH3＋HCl===NH4Cl；②中应使用浓盐酸；③中应使用盐酸；④中应使用稀硫酸或盐酸。

2．（2016·山东济南模拟）N2在诸多领域用途广泛。

某化学兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净N2的方法，进行了认真的准备。

请你参与交流与讨论。

[查阅资料]N2的制法有下列三种方案：

方案1：

加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。

方案2：

加热条件下，以NH3还原CuO可制得N2，同时获得活性铜粉。

方案3：

将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N2。

[实验准备]以实验室常见仪器（药品）等设计的部分装置如下图（有的夹持和加热仪器未画出）。

[分析交流]

（1）若以方案1制得N2，应选择的发生装置是________。

（2）若按方案2制得干燥、纯净的N2，且需要的NH3以生石灰和浓氨水作原料，整套制气装置按气流从左到右的连接顺序是（填写序号）________________。

获得N2的反应原理是（写反应方程式）________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）若以排水法收集N2，其中会混入水蒸气。

但也不宜用排空气法，其原因是________________________________________________________________________。

你提出的收集方法是______________________________。

（4）上述三个方案中，制得的N2纯度最差的是________。

在N2纯度要求不甚严格的情况下，有人建议将方案2和方案3结合使用，你认为其优点是________________________________________________________________________。

解析：

（1）采用反应器的特点与反应物的状态以及反应条件有关，方案1为加热两种液态物质，符合此条件的只有A设备。

（2）方案2为固体和气体的反应，且需加热反应器应选择B，但要求通入的氨气干燥且纯净，利用浓氨水和生石灰反应制取氨气为固液不加热的装置，应选择E，但同时有水蒸气生成，因此利用碱石灰来干燥，反应完毕后产生的水蒸气与没有参与反应的氨气与氮气一同导出，利用浓硫酸既可以除去水，又可以除去氨气。

（3）排气法收集气体主要是利用气体密度的差别，因此可以利用直接排空内部空气的装置来收集氮气。

（4）方案3利用了除去空气中的氧气即得氮气的原理，空气中除了氧气和氮气外还有二氧化碳和稀有气体，因此所得N2纯度最差。

答案：

（1）A

（2）E→D→B→C　2NH3＋3CuO

3Cu＋N2＋3H2O

（3）N2的相对分子质量为28，与空气的平均相对分子质量相近（用气体密度大小比较回答问题也可）　用气囊收集（其他合理答案也可）

（4）方案3　CuO和Cu可循环利用，节省药品

制备同种气体时，要注意发生装置是根据反应原理进行选择的。

如用加热KMnO4制备O2、加热CaOH2和NH4Cl制备NH3均选用固—固加热装置；用双氧水在MnO2作用下制O2、用浓氨水和CaO制备NH3均选用固—液不加热装置。

考向2　气体收集装置的选择和利用

（2016·北京西城区质检）某学生想利用如图所示装置（烧瓶位置不能移动）收集下列气体：

①H2；②Cl2；③CH4；④HCl；⑤NH3；⑥NO；⑦NO2；⑧SO2，下列操作正确的是（　　）

A．烧瓶是干燥的，由A进气收集①③⑤

B．烧瓶是干燥的，由B进气收集②④⑥⑦⑧

C．在烧瓶中充满水，由A进气收集①③⑤⑦

D．在烧瓶中充满水，由B进气收集⑥

[解析]　难溶于水的气体均能用排水法收集，易溶于水的气体则用排空气法收集；向下排空气法收集密度比空气小的气体，向上排空气法收集密度比空气大的气体，密度与空气接近的气体则不能用排空气法收集。

分析可得A正确，B、C错误；用排水法收集气体时应该“短进长出”，D错误。

[答案]　A

3．（2016·广东广州四校联考）以下集气装置中不正确的是（　　）

解析：

选D。

二氧化碳的密度大于空气的密度，宜采用向上排空气法，A正确；NO难溶于水，也不与水反应，可以用排水法收集，B正确；氨气极易溶于水，只能用向下排空气法收集，C正确；氯气能溶于水，应该用排饱和食盐水法收集，D错误。

4．某化学课外活动小组的同学们组装了如图所示的仪器和装置，欲经过简单连接，制备中学化学常见的4种不同的气体（暂不考虑尾气的吸收）。

试回答下列问题：

（1）甲同学用橡胶管连接了装置A→D→E，请用化学反应方程式表示这一连接装置可能制备的一种气体________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）乙同学用橡胶管连接了装置B→F，请用化学反应方程式表示这一连接装置可能制备的一种气体________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）丙同学用橡胶管连接了装置C→D→E，请用化学反应方程式表示这一连接装置可能制备的一种气体________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）丁同学用橡胶管连接了装置C→D→G，请用化学反应方程式表示这一连接装置可能制备的一种气体________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：

（1）MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

（2）2KClO3

2KCl＋3O2↑

（3）CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O

（4）Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑（合理答案均可）

考点二　气体的净化与尾气吸收

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。

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

NH3

Cl2、H2S、HCl、SO2、CO2等

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

H2SO4

溶液

点燃

与O2混合后通入NaOH溶液

（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吸收型：

②燃烧型：

③贮存型：

特别提醒　选择气体干燥剂应注意的事项

（1）酸性干燥剂（如浓硫酸、P2O5等）不能用来干燥碱性气体。

（2）碱性干燥剂（如碱石灰、生石灰、固体NaOH等）不能用来干燥酸性气体（如CO2）。

（3）有氧化性的干燥剂（如浓硫酸）不能干燥有还原性的气体（如H2S、HI等）。

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）除去CO2中混有的HCl，可将混合气通入饱和Na2CO3溶液。

（　　）

（2）除去Cl2中混有的HCl，可将混合气通入饱和食盐水。

（　　）

（3）Cl2、SO2、CO2、H2S、NH3均可用浓硫酸干燥。

（　　）

（4）除去CO2中混有的少量CO可用点燃法。

（　　）

（5）Cl2、SO2、NH3均可用NaOH溶液进行尾气吸收。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×

2．

（1）有下列五套气体的干燥（及净化）装置

（2）有下列三套尾气的吸收装置

（3）利用

（1）、

（2）提供的装置连接组装以下气体的净化及尾气的处理装置：

①Cl2[含HCl、H2O（g）]装置的连接为：

Cl2

________接________接________。

②SO2[含HCl、H2O（g）]装置的连接为：

SO2

________接________接________。

③NH3[H2O（g）]装置的连接为：

NH3

________接________接________。

④CO[含H2O（g）]装置的连接为：

CO

________接________接________。

答案：

①D　A或B　甲　②E　A或B　乙　③C　乙　④A或B或C　丙

考向1　气体的净化

（2014·高考上海卷）如图是用于干燥、收集并吸收多余气体的装置，下列方案正确的是（　　）

选项

X

收集气体

Y

A

碱石灰

氯化氢

水

B

碱石灰

氨气

水

C

氯化钙

二氧化硫

氢氧化钠

D

氯化钙

一氧化氮

氢氧化钠

[解析]　A．氯化氢是酸性气体，能和碱性干燥剂碱石灰发生反应，不能用碱石灰干燥，A错误；B.氨气密度小于空气，采用此方法收集氨气时应该是短导管进，长导管出，B错误；C.二氧化硫是酸性气体，能用中性干燥剂氯化钙干燥，且二氧化硫的密度大于空气，用向上排空气法收集，C正确；D.一氧化氮极易被空气中的氧气氧化生成二氧化氮，不能用排空气法收集，D错误。

[答案]　C

「思维建模」　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。

1．（2016·东北三校联考）为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体，从下图中选择合适的装置并连接，合理的是（　　）

A．a－a′→d－d′→e　　　　B．b－b′→d－d′→g

C．c－c′→d－d′→gD．d－d′→c－c′→f

解析：

选C。

由盐酸和大理石制得的CO2气体中混有HCl和H2O，HCl可用饱和碳酸氢钠溶液除去，H2O可用浓硫酸吸收。

由于CO2气体能溶于水，因此不能用排水法收集，考虑到CO2气体的密度比空气大，故用向上排空气法收集，综合以上几点可得选项C正确。

2．（2016·江苏苏州八校联考）当氢气中混有氯化氢、硫化氢、二氧化碳和水蒸气时，为得到干燥纯净的氢气，操作步骤和顺序完全正确的是（每一步只除去一种杂质）（　　）

①通过装浓硫酸的洗气瓶，②通过装水的洗气瓶，③通过装NaOH溶液的洗气瓶，④通过灼热的氧化铜，⑤通过装硫酸铜溶液的洗气瓶，⑥通过装有五氧化二磷的干燥管

A．②⑤③①B．①③④⑤

C．②④③①D．①②⑤⑥

解析：

选A。

浓H2SO4—除水，水—除HCl，NaOH溶液—除CO2，CuSO4溶液—除H2S。

注意由每一步只除去一种杂质定除杂顺序。

1干燥气体时选择干燥剂的原则①不减原则：

即通过干燥操作之后，目标气体的量不能减少；②不反应原则：

干燥剂不能与目标气体反应。

2气体除杂原则①先除杂质后干燥；用加热法除去杂质时，应先干燥后加热。

②用洗气瓶吸收气体杂质时，气流方向是长管进，短管出。

用干燥管吸收气体杂质时，气流方向是大口进，小口出。

③若气体中含有多种酸性气体杂质时，应先将酸性较强的杂质气体除去，再除酸性较弱的杂质气体。

考向2　气体的尾气处理

（2016·河北衡水模拟）可用如图所示装置干燥、收集及尾气处理的气体是（　　）

①H2S　②HCl　③NH3　④Cl2　⑤SO2　⑥C2H4

A．①和②B．②和⑤

C．③和④D．⑤和⑥

[解析]　H2S和NH3不能用浓H2SO4干燥，C2H4不能用排空气法收集，Cl2应用NaOH溶液进行尾气处理。

[答案]　B

3．以下各种尾气吸收装置中，不适合于吸收HCl气体，且不能防止倒吸的是（　　）

解析：

选B。

B项，漏斗插入液面太深，不能防止倒吸。

4．实验室制备、收集干燥的SO2，所需仪器如下图。

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：

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

5．（2016·河北沧州质检）从固体混合物A出发可以发生如图所示的一系列变化：

（1）在实验室中常用反应①制取气体C。

若要收集气体C，可选择下图装置中的________（填字母）。

（2）操作②的名称是________，在操作②中所使用的玻璃仪器的名称是________________________________________________________________________。

（3）写出下列反应的方程式：

反应①的化学方程式：

________________________________________________________________________，

反应③的化学方程式：

________________________________________________________________________。

（4）在实验室中，要获得干燥纯净的黄绿色气体F，可以将它通过下图中的装置，其中瓶Ⅰ中盛放的是________，瓶Ⅱ中盛放的是________。

（5）实验中必须吸收多余的气体，以免污染空气。

下图是实验室用NaOH溶液吸收气体F的装置，合理的装置是________________________________（填选项字母）。

解析：

由框图中气体F为黄绿色，可知气体F是Cl2，固体D＋I（浓溶液）→Cl2，则固体D为MnO2，I为HCl，由转化关系知G为H2，结合元素化合物知识推知E为活泼金属氯化物，推测A为KClO3与MnO2的混合物，加热产生气体C为O2，E为KCl，H为KOH。

（1）由于O2不易溶于水、比空气的密度大，故收集O2可用向上排空气法或排水法，即可选装置A和B。

（2）操作②的名称是过滤；过滤所用的玻璃仪器为漏斗、烧杯和玻璃棒。

（3）2KClO3

2KCl＋3O2↑；MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋2H2O＋Cl2↑。

（4）要获得干燥纯净的黄绿色气体Cl2，先用饱和食盐水除去HCl，再用浓H2SO4除去H2O。

（5）Cl2在NaOH溶液中溶解度不大，不用防倒吸，B装置可以防倒吸。

答案：

（1）AB

（2）过滤　漏斗、烧杯、玻璃棒

（3）2KClO3

2KCl＋3O2↑

MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋2H2O＋Cl2↑

（4）饱和食盐水　浓H2SO4

（5）A

气体制备实验中应注意的6项安全问题

（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）暴沸：

大火加热液体、受热液体沸点低等导致；

（4）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；

（5）堵塞：

生成的蒸气易凝结、生成气体的同时产生粉尘等导致；

（6）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。

1．（2014·高考上海卷）下列分离方法中，和物质的溶解度无关的是（　　）

A．升华　　B．萃取　　

C．纸上层析　　D．重结晶

[导学号32390402]　解析：

选A。

A.物质从固态直接变成气态的过程（物理变化）叫升华，所以升华分离法只与物质的熔、沸点有关，与溶解度无关，A正确；B.萃取指利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中，经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来的方法，B错；C.纸上层析是利用混合物中各组分在固定相和流动相中的溶解度不同而达到分离目的，常用滤纸作载体，滤纸上所吸收的水分作固定相，有机溶剂作流动相，当流动相流过固定相时，各组分以不同的速度移动，从而使混合物分离，C错；D.重结晶法就是利用不同物质在同一溶剂中的溶解度随温度变化的差异，通过先浓缩混合物，使混合物中的各物质含量达到一定比例时，一种物质形成饱和溶液从溶液中结