高考化学气体的实验室制备.docx

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高考化学气体的实验室制备

高考化学气体的实验室制备、净化和收集

一、常见气体的制取

1．常见气体发生装置

装置类型

装置图

适用气体

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

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

2.气体净化装置

液态干燥剂

固态干燥剂

固体，加热

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）

除杂试剂（Cu、CuO、Mg）

可干燥的气体

H2、O2、Cl2、SO2、CO2、

CO、CH4、N2

H2、O2、Cl2、SO2、

CO、CO2、

CH4　　

H2、O2、

N2、CH4、

NH3　

可除去O2、H2、

CO、N2

不可干

燥的气体

NH3、HBr、HI、H2S等

NH3

Cl2、SO2、CO2、NO2、

HCl等

3．气体的收集方法

收集方法

收集气体的类型

收集装置

可收集的气体（举例）

排水法

难溶于水或微溶于水，又不与水反应的气体

O2、H2、Cl2（饱和NaCl溶液）、NO、CO2（饱和NaHCO3溶液）、CO等

排空气法

向上

排空气法

密度大于空气且不与空气中成分反应

Cl2、SO2、NO2、CO2

向下

排空气法

密度小于空气且不与空气中的成分反应

H2、NH3

4.尾气处理装置

（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或C装置。

（3）CO、NO等气体可用点燃或收集于塑料袋（气球）中的方法除去，如图D或E。

二、气体制备装置的改进与创新

1．气体发生装置的改进与创新

（1）固体＋固体

气体装置的改进

改进的目的：

用于加热易熔化的固体物质的分解，这样可有效地防止固体熔化时造成液体的倒流。

（2）利用“启普发生器”原理的制气装置创新

①装置的优点是：

能做到随开随用，随关随停。

②使用范围：

块状固体与液体反应生成气体，反应不需要加热，且生成的气体难溶于水。

这些装置能制取的气体有H2（Zn—稀H2SO4），CO2（CaCO3—稀盐酸）、H2S（FeS—稀H2SO4）。

（3）“固体＋液体―→气体”装置的创新

（4）“固（液）＋液

气体”装置的创新

图A的改进优点是能控制反应液的温度。

图B的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利流下。

2．防堵塞装置的改进

分类

装置简图

原理及使用方法

液封式

若装置通畅，导气管内外的液面相等；若装置不通畅、堵塞，则装置中的压强会增大，压迫液体沿导气管上升

恒压式

使分液漏斗内的压强与烧瓶内的压强相同，保证漏斗中液体顺利流出

防阻式

将棉花置于导管口，防止固体粉末或糊状物进入导管

3.集气装置的创新——排液集气装置

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，在瓶A中收集到气体。

[专题集训]

集训一　气体的制取

1．下列气体发生装置，当加入适当的块状固体和液体时不具有随开随关功能的是（　　）

解析：

　A、B、C三装置原理与启普发生器相似，均具有随开随关功能；而D装置关闭止水夹后，反应仍持续进行，无法通过关闭止水夹控制反应的停止。

答案：

　D

2．（2017·西安调研）用下列装置进行对应的实验（部分仪器已省略），能达到实验目的的是（　　）

解析：

　A项，气体应“长进短出”；B项，HCl易溶于水会倒吸；C项，测馏分的温度，温度计水银球应在支管口附近。

答案：

　D

3.

双球洗气管是一种多用途仪器，常用于除杂质、气体干燥、气体吸收等实验操作。

右图是一个以双球洗气管为尾气处理装置，用吸收剂X吸收气体Y的情形，其中符合事实的组合是（　　）

选项

A

B

C

D

吸收气体Y

Cl2

HCl

SO2

NO

吸收剂X

饱和NaCl溶液

水

浓硫酸

NaOH溶液

解析：

　A项，氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度很小，不能被吸收，错误；B项，因HCl极易溶于水，则极易被吸收，正确；C项，二氧化硫能用浓硫酸干燥，但不能被吸收，错误；D项，NO有毒，不能直接排放在大气中，且NO不能与NaOH反应，不能被吸收，错误。

答案：

　B

4．下图是用于干燥、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：

　碱石灰可以吸收氯化氢气体，故不能收集得到氯化氢气体，A错误；氨气的密度比空气的密度小，故在进行收集时必须从短导管进入集气瓶中，B错误；氯化钙可以对二氧化硫进行干燥，且二氧化硫的密度比空气的大，收集时必须是长导管进入，二氧化硫是酸性氧化物，故可用氢氧化钠溶液进行吸收，C正确；一氧化氮不能用排空气法进行收集，D错误。

答案：

　C

5．用下列装置制取并收集NO2气体，其中最合理的是（　　）

解析：

　铜与浓硝酸反应的产物是NO2，其密度比空气的大，因此应利用向上排空气法收集NO2气体，导气管应长进短出，这样才能将装置中的空气排尽，且能防止倒吸，只有C项符合。

答案：

　C

6.

（1）如图是实验室制取某些气体的装置。

①该制气装置在加入反应物前，应事先进行的操作是__________________。

②若用该装置制取O2，反应物除了可选择二氧化锰和________（填试剂名称）外，还能选择______（填试剂化学式）和水。

③利用该装置还可制取________（填字母）等气体。

a．H2　　　　　　　　　B．CO2

c．NH3D．SO2

（2）此装置中加入漂白粉和浓盐酸也可以制取Cl2。

①写出该反应的离子方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②若使用在空气中放置的漂白粉和浓盐酸发生反应，则制取的Cl2中可能含有的杂质为

________________________________________________________________________。

解析：

（1）制备气体的装置在加入反应物之前均应先检查装置的气密性。

该装置所制气体应满足固体（液体）和液体不需加热制备气体。

符合此条件的制备氧气的反应可为H2O2在MnO2作催化剂时分解，或Na2O2与H2O反应。

该装置可制备的气体有H2、CO2、O2、NH3等。

（2）ClO－、Cl－在酸性条件下可发生归中反应生成Cl2。

漂白粉在空气中放置会部分变为CaCO3，浓盐酸有很强的挥发性，因而制取的Cl2中常含有HCl、CO2和H2O（g）。

答案：

（1）①检查装置气密性　②双氧水（或过氧化氢）　Na2O2　③abcd

（2）①ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O　②HCl、CO2、H2O（g）

集训二　仪器的组装

7．（2017·全国卷Ⅰ，10）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H2SO4、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

解析：

　A错：

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。

B对：

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。

C错：

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。

D错：

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。

答案：

　B

8．将空气缓慢通过如图所示装置后，在试管中收集到少量稀有气体。

空气在通过a～d装置时，依次除去的气体是（　　）

A．O2、N2、H2O、CO2B．CO2、H2O、O2、N2

C．H2O、CO2、N2、O2D．N2、O2、CO2、H2O

答案：

　B

9．（2017·湖北八校第二次联考）某化学兴趣小组利用以下装置模拟合成氨并制备少量氨水

已知：

加热（85℃）NH4Cl和NaNO2饱和溶液可以制取N2。

（1）B中仪器名称是______________；

（2）为了完成实验，装置从左到右接口的连接顺序是________eadc__________；

（3）D中玻璃纤维的作用是

________________________________________________________________________；

（4）小组中甲同学认为F装置不太合理，实验中会产生倒吸。

乙同学认真分析后认为该装置无需改进，他的理由是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（2）根据实验原理N2＋3H2

2NH3，A装置产生N2（含水蒸气），B装置产生H2（含HCl和水蒸气），H2通过E装置除去HCl后与N2一同通入C装置（干燥、混合、调节两气体比例），得到N2和H2的混合气体，进入D装置，与铁触媒接触发生反应，生成的NH3中混有未反应的N2、H2，该混合气体通入F中制得氨水，尾气中的H2用G装置处理，因此装置的连接顺序是efgadbihc（或gf）kjl。

（4）弄清产生倒吸的原理本问就不难回答。

产生倒吸的原理是大量气体迅速溶于水，导致导管内气体压强迅速减小，液体被外界气压压入导管内从而产生倒吸现象。

本题中反应产生的NH3中含有大量的未反应的N2和H2，这两种气体均难溶于水，不会使导管内压强迅速减小，因而也就不会产生倒吸现象。

答案：

（1）启普发生器　

（2）bih　fg（或gf）kjl

（3）增大气体与催化剂铁触媒的接触面积

（4）该反应为可逆反应，反应物的转化率低，NH3中混有较多难溶于水的气体，装置F中不会产生倒吸

章末排查练（三）　自然界中的元素

排查

（一）　基础知识回扣

　判断正误

（1）稀盐酸可除去烧瓶内残留的MnO2（　　）

（2）富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收（　　）

（3）燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施（　　）

（4）利用NaOH溶液和浓H2SO4通过洗气的方法可以除去CO中的CO2（　　）

（5）实验室里用锌粒与稀HNO3反应制取H2（　　）

（6）Cu溶于稀HNO3反应的离子方程式：

Cu＋2H＋＋NO

===Cu2＋＋NO2↑＋H2O（　　）

（7）将可调高度的铜丝伸入稀HNO3中，溶液变蓝，说明铜与稀HNO3发生置换反应（　　）

（8）液氨用作制冷剂不涉及化学变化（　　）

（9）除去Cl2中少量HCl气体的方法是将混合气体依次通入盛有饱和食盐水和浓H2SO4的洗气瓶（　　）

（10）MnO2与浓盐酸反应制Cl2的离子方程式：

MnO2＋4HCl（浓）

Mn2＋＋2Cl－＋Cl2↑＋2H2O（　　）

（11）制取二氧化氮时，用水或NaOH溶液吸收尾气（　　）

（12）标准状况下，6.72LNO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NA（　　）

（13）硬度：

晶体硅<金刚石（　　）

（14）浓氨水可检验氯气管道漏气（　　）

（15）P2O5可用于干燥Cl2和NH3（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）√　（4）√　（5）×　（6）×

（7）×　（8）√　（9）√　（10）×　（11）×　（12）×

（13）√　（14）√　（15）×

排查

（二）氮及其化合物转化中主要反应

（1）知识网络构建

（2）重要反应必练

写出下列反应的方程式，是离子反应的写离子方程式。

①N2和H2的反应

________________________________________________________________________；

②把NH3通入水中

________________________________________________________________________；

③实验室利用NH4Cl固体、Ca（OH）2固体混合加热制备NH3

________________________________________________________________________；

④NH3的催化氧化

________________________________________________________________________；

⑤NH4HCO3溶液中加入过量稀NaOH溶液

________________________________________________________________________；

⑥NO2溶于水

________________________________________________________________________；

⑦NO2被烧碱溶液吸收生成两种钠盐

________________________________________________________________________；

⑧物质的量之比为1∶1的NO和NO2混合气体恰好被烧碱溶液吸收生成一种钠盐

________________________________________________________________________；

⑨Cu和稀HNO3的反应

________________________________________________________________________；

⑩Cu和浓HNO3的反应

________________________________________________________________________；

⑪Fe和过量稀HNO3的反应

________________________________________________________________________；

⑫C和浓HNO3的反应

________________________________________________________________________；

⑬浓硝酸见光分解（化学方程式）

________________________________________________________________________。

答案：

　①N2＋3H2

2NH3

②NH3＋H2O

NH3·H2O

NH

＋OH－

③2NH4Cl＋Ca（OH）2

2NH3↑＋2H2O＋CaCl2

④4NH3＋5O2

4NO＋6H2O

⑤NH

＋HCO

＋2OH－===NH3·H2O＋CO

＋H2O

⑥3NO2＋H2O===2H＋＋2NO

＋NO

⑦2NO2＋2OH－===NO

＋NO

＋H2O

⑧NO＋NO2＋2OH－===2NO

＋H2O

⑨3Cu＋8H＋＋2NO

===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O

⑩Cu＋4H＋＋2NO

===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O

⑪Fe＋4H＋＋NO

===Fe3＋＋NO↑＋2H2O

⑫C＋4H＋＋4NO

CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

⑬4HNO3（浓）

4NO2↑＋O2↑＋2H2O

排查（三）硫及其化合物转化中主要反应

（1）知识网络构建

（2）重要反应必练

写出下列反应的方程式，是离子反应的写离子方程式。

①S溶于热的烧碱溶液生成两种钠盐

________________________________________________________________________；

②把H2S气体通入CuSO4溶液中

________________________________________________________________________；

③Na2S溶液在空气中放置变浑浊

________________________________________________________________________；

④铜丝在硫蒸气中燃烧

________________________________________________________________________；

⑤将SO2气体通入到氢硫酸中

________________________________________________________________________；

⑥把H2S气体通入到FeCl3溶液中

________________________________________________________________________；

⑦SO2通入足量的澄清石灰水中

________________________________________________________________________；

⑧SO2通入溴水中，使溴水褪色

________________________________________________________________________；

⑨用足量氨水吸收SO2尾气

________________________________________________________________________；

⑩Cu和浓硫酸的反应

________________________________________________________________________；

⑪C和浓硫酸的反应

________________________________________________________________________；

⑫把浓H2SO4滴到Na2SO3固体上

________________________________________________________________________。

答案：

（2）①3S＋6OH－

2S2－＋SO

＋3H2O

②H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋

③2S2－＋O2＋2H2O===2S↓＋4OH－

④2Cu＋S

Cu2S　⑤SO2＋2H2S===3S↓＋2H2O

⑥H2S＋2Fe3＋===S↓＋2Fe2＋＋2H＋

⑦SO2＋Ca2＋＋2OH－===CaSO3↓＋H2O

⑧SO2＋Br2＋2H2O===SO

＋2Br－＋4H＋

⑨2NH3·H2O＋SO2===2NH

＋SO

＋H2O

⑩Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O

⑪C＋2H2SO4（浓）

CO2↑＋2SO2↑＋2H2O

⑫H2SO4（浓）＋Na2SO3===Na2SO4＋H2O＋SO2↑