高中化学第52讲 常见气体的制备与收集.docx
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高中化学第52讲常见气体的制备与收集
第52讲常见气体的制备与收集
[基础篇]
考点一、几种气体实验室制备的反应原理
气体
反应原理（化学方程式）
氧气
2KClO3
2KCl+3O2↑
2KMnO4
K2MnO4+MnO2+O2↑
氨气
2NH4Cl+Ca（OH）2
CaCl2+2NH3↑+2H2O
氢气
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
CO2
CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
SO2
Na2SO3+H2SO4（浓）=Na2SO4+H2O+SO2↑
Cu+2H2SO4（浓）
CuSO4（浓）+SO2↑+2H2O
NO2
Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O
C2H2
CaC2+2H2OCa（OH）2+C2H2↑
氯气
MnO2+4HCl（浓）
MnCl2+Cl2↑+2H2O
NO
3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
C2H4
C2H5OH
C2H4↑+H2O
考点二、气体的发生装置
1．设计原则：
根据反应原理、反应物状态和反应所需条件等因素来选择反应装置。
2．装置基本类型：
装置
类型
固体反应物（加热）
固液反应物（不加热）
固液反应物（加热）
装置
示意图
主要
仪器
酒精灯、试管
启普发生器
酒精灯、烧瓶、分液漏斗
典型
气体
O2、NH3、CH4等
H2、CO2、H2S等。
Cl2
操作
要点
⑴试管口应稍向下倾斜，以防止产生的水蒸气在管口冷凝后倒流而引起试管破裂；
⑵铁夹应夹在距试管口l/3处；
⑶胶塞上的导管伸入试管里面不能太长，否则会妨碍气体的导出。
⑴在用简易装置时，如用长颈漏斗，长颈漏斗的下口应伸入液面以下，否则起不到液封的作用；
⑵加入的液体反应物（如酸）要适当；
⑶块状固体与液体的混合物在常温下反应制备气体可用启普发生器制备。
⑷制C2H2：
⑴先把固体药品加入烧瓶，然后加入液体药品；
⑵要正确使用分液漏斗。
⑶制C2H4：
考点三、气体的收集方法和装置
根据气体的密度、溶解性、稳定性可将气体的收集方法分为三种。
1、收集方法：
（1）排水集气法
凡难溶于水或微溶于水，又不与水反应的气体都可用排水法收集；
（2）向上排空气法
凡是气体的相对分子质量大于空气的平均相对分子质量的可用此法；
（3）向下排空气法
若气体的相对分子质量小于空气的平均相对分子质量，则用向下排空气法。
2、收集装置：
（1）图甲可收集O2、H2、N2、Cl2（饱和NaCl溶液）、NO、CO2（饱和NaHCO3溶液）、CO等。
（2）图乙可收集Cl2、NO2、CO2、SO2等。
（3）图丙可收集H2、NH3、CH4等。
（4）图丁从A进气相当于图乙，从B进气相当于图丙。
考点四、气体的干燥净化装置
1、气体干燥净化装置:
气体的净化、干燥装置一般常用的有洗气瓶、干燥管、U形管和双通加热管几种。
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等
可干燥
的气体
H2、Cl2、O2、SO2、N2、CO2、CO、CH4
H2、Cl2、O2、SO2、N2、CO2、CO、CH4
H2、O2、N2、CO、CH4、NH3
可除去H2、O2、N2、
CO
不可干燥
的气体
HBr、NH3、HI
NH3
Cl2、SO2、CO2、NO2等
（1）洗气瓶中一般装入液体除杂试剂。
除杂试剂应通过化学反应将杂质吸收或将杂质气体转化为所制取的气体。
常见除杂试剂有：
①强碱溶液：
如NaOH溶液可吸收CO2、SO2、H2S、Cl2、NO2等呈酸性的气体。
②饱和的酸式盐溶液，可将杂质气体吸收转化，如：
饱和NaHCO3溶液能除去CO2中混有的HCl、SO2等强酸性气体。
饱和NaHSO3溶液能除去SO2中混有的HCl、SO3等气体。
饱和NaHS溶液能除去H2S中混有的HCl气体。
③浓H2SO4：
利用它的吸水性，可除去H2、SO2、HCl、CO、NO2、CH4等气体中混有的水蒸气。
但由于浓H2SO4有强氧化性，不能用来干燥具有强还原性气体，如H2S、HBr、HI等。
④酸性KMnO4溶液：
利用它的强氧化性，可以除去具有还原性的气体，如除去混在CO2气体中的SO2、H2S等。
（2）干燥管、U形管一般装入固体的干燥剂。
常见的固体干燥剂有：
①酸性干燥剂，用来干燥酸性气体。
如P2O5、硅胶等。
②碱性干燥剂，用来干燥碱性气体。
如CaO、碱石灰、固体NaOH等。
③中性干燥剂，既能干燥碱性气体又能干燥酸性气体。
如CaCl2（但CaCl2不能干燥NH3，因易形成CaCl2·8NH3氨合物）。
（3）双通加热管一般装入固体除杂剂，除杂试剂和混合气体中的某一组分反应。
例如：
Cu和混合气体中O2反应而将O2除去。
另外还常用固体的无水CuSO4装入干燥管中，通过颜色变化检验水蒸气的存在（但不能用CuSO4作干燥剂，因CuSO4吸水率低）。
用Na2O2固体也可将CO2、H2O（气）转化为O2。
2、尾气处理装置:
尾气处理与净化、干燥的原理和装置是一样的。
（1）图甲装置中若装NaOH可吸收Cl2、SO2、NO2、CO2等酸性气体。
若装Na2SO3可吸收Cl2、SO2、NO2等。
（2）图乙和图丙装置中若装碱石灰可吸收Cl2、SO2、NO2、CO2等酸性气体，同时他们还是一个双吸收装置，应用于制取易潮解的物质，如，制无水AlCl3时，正好可吸收多余的Cl2，反应结束后冷却过程中又可吸收回流的空气以防止潮解。
（3）尾气处理还可以用下列装置：
甲乙丙
A.甲装置吸收极易溶于水的气体如HCl、NH3等。
B.乙装置吸收溶解度较小的气体如Cl2等。
C.丙装置除去可燃的有毒气体如CO等。
D.无需要吸收直接排放的气体有O2、N2、H2、CO2、CXHY，其中H2和CXHY必须排放到室外。
3、防倒吸完全装置:
4．测量气体的体积:
利用气体的不溶于某些液体的性质（如H2难溶于水，Cl2难溶于饱和食盐水）可用排液法粗略测量气体的体积。
其多种量气装置见下图。
实验操作水平的高低决定了测量误差的大小。
为减少量气误差，应注意：
装置（A），反应后应恢复到室温再读数，实验前集气瓶应充满水。
气体体积即量筒中水的体积，
装置（B）：
读数时应上下移动乙管，使甲、乙两管液面相平。
读取反应前后甲管中液面体积读数的差值即为气体体积．
装置（C）：
测量收集到气体体积，应先使气体冷却至室温，再慢慢将量筒下移，使量筒内外液面高度相同，再读取读数．
装置（D）：
实验中水面要没过漏斗颈，量筒中装满水，反应在漏斗中进行，生成气体的体积即为量筒内气体的体积。
装置（E）：
用于测量混合气体中被吸收（或不被吸收）的体积分数．读数时球形容器和量气管液面相平，量气管内增加的水的体积等于不被反应管吸收的气体的体积．
考点五、气体制备实验的基本过程
1、气体制备实验一般分为以下六个环节:
制气→安全装置→除杂→干燥→反应→尾气处理
2、气体制备实验操作的一般步骤：
（1）组装（从下到上、从左到右）
（2）检验气密性
（3）加入药品
（4）排尽装置内的空气
（5）验纯
（6）性质实验或反应
（7）拆除装置
[技能篇]
类型一、实验室制取气体的原理
例1、下列反应适用于实验室制氢气的是（ ）
①锌与稀硫酸反应 ②甲烷热分解 ③电解稀硫酸 ④赤热的炭与水蒸气反应
A．只有① B．①②C．①③D．①②④
举一反三：
【变式1】下列反应适用于实验室制备氧气的是（）
①高锰酸钾热分解2KMnO4
K2MnO4+MnO2+O2↑
②硝酸铵热分解2NH4NO3
4H2O+2N2↑+O2↑
③过氧化氢催化分解2H2O2
2H2O+O2↑
④二氧化氮热分解2NO2
2NO+O2
A.只有①B.①和②C.①和③D.①③④
【变式2】如图是实验室常见的气体制取、干燥和收集装置。
若用过氧化氢和催化剂二氧化锰制取干燥的氧气，则合理的装置组合为（ ）
A．①⑤⑧ B．③④⑦C．②⑤⑥D．②④⑧
例2、下列实验装置图正确的是（）
举一反三：
【变式1】右图是一套实验室制气装置，用于发生、干燥和收集气体。
下列各组物质中能利用这套装置进行实验的是（）
A．铜屑和浓硝酸B．二氧化锰和浓HCl
C．电石和水D．碳酸钙和稀硫酸
【变式2】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
类型二、气体的净化和干燥
例3、下列物质的除杂试剂的选择（括号内为杂质）不正确的是（ ）
物质及其杂质
除杂
A.Cl2（HCl）
饱和食盐水
B.NaHCO3溶液（Na2CO3）
过量CO2
C.CO2（HCl）
饱和Na2CO3溶液
D.NO（NO2）
水
举一反三：
【变式1】既能用浓H2SO4干燥，又可用CaO干燥的气体有（ ）
①H2 ②O2 ③N2 ④SO2 ⑤H2S ⑥CH4 ⑦NH3 ⑧CO2
A．①②③⑥B．①②③⑧C．④⑤⑥D．④⑤
【变式2】为下列各组气体选择合适的除杂试剂（括号内为杂质气体）
（1）含有HCl杂质的气体
①CO2（HCl）：
_______________________________________________________________；
②SO2（HCl）：
_______________________________________________________________
③Cl2（HCl）：
________________________________________________________________
（2）中性气体中含有酸性杂质气体
①O2（Cl2）：
__________________________________________________________________；
②CO（CO2）：
________________________________________________________________
③NO（NO2）：
________________________________________________________________；
（3）酸性气体中含有其他酸性杂质气体
CO2（SO2）：
__________________________________________________________________；
（4）含有O2杂质的气体
①CO2（O2）：
________________________________________________________________；
②N2（O2）：
_________________________________________________________________。
类型三、气体的收集
例4、用如图所示装置进行如下实验，不能达到实验目的的是（ ）
A．瓶中盛满水，从B口进气，用排水法收集H2
B．瓶中盛适量浓硫酸，从A口进气来干燥CO2
C．从B口进气，用排空气法收集NO2
D．瓶中装满水，A口连导管并伸入量筒中，从B口进气，用排水法测量生成O2的体积
举一反三：
【变式1】只能用排水法收集的气体是（）
A．H2 B．HCl C．NO D．CH4
【变式2】利用如右图所示的装置收集以下8种气体：
①H2；②Cl2；③O2；④HCl；⑤NH3；⑥NO；⑦SO2；⑧NO2。
（1）若烧瓶是干燥的，则由B口进气，可收集的气体有________，若由A口进气，可收集的气体有________。
（2）若在烧瓶内充满水，可收集的气体有________，气体应由________口进入。
（3）若烧瓶中装入适量浓硫酸，可以用它来干燥的气体有________，气体应由________口进入。
例5、下列各组气体在常温下能共存且能用向上排空气法收集的是（）
A．NO和O2B．HCl和NH3C．H2和COD．SO2和CO2
举一反三：
【变式1】实验室常见的几种气体发生装置如图A、B、C所示：
（1）实验室可以用B或C装置制取氨气，如果用C装置，通常使用的药品是________________；检查C装置气密性的操作方法是_________________________________________________________________。
（2）气体的性质是选择气体收集方法的主要依据。
下列气体的性质与收集方法无关的是________（填序号，下同）。
①密度 ②颜色 ③溶解性 ④热稳定性⑤是否与氧气反应
下图是某学生设计收集气体的几种装置，其中不可行的是________。
（3）若用A装置与D装置相连制取收集X气体，则X可能是下列气体中的________；
①CO2 ②NO ③Cl2 ④H2
其中在D装置中连接小烧杯的目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
【变式2】关于下列各装置图的叙述，不正确的是（ ）
A．装置①可验证HCl气体在水中的溶解性B．装置②可用于收集H2、NH3、Cl2、HCl、NO2、NO等
C．装置③中X为四氯化碳，可用于吸收NH3或HClD．装置④中用于干燥、收集NH3，并吸收多余的NH3
[竞技篇]
1、如图所示，集气瓶内充满某混合气体，置于光亮处，将滴管内的水挤入集气瓶后，烧杯中的水会进入集气瓶，集气瓶内气体是（ ）
①CO、O2②Cl2、CH4
③NO2、O2④N2、H2
A．①②B．②④C．③④D．②③
2、图中装置可以用来制取、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
3、实验室制取下列气体时，尾气处理装置正确的是（）
4、拟用如图所示装置制取四种干燥、纯净的气体（图中加热装置和气体的收集装置均已略去；必要时可以加热；a、b、c、d表示相应仪器中加入的物质）。
其中不能达到目的的是（ ）
选项
制取气体
a
b
c
d
A
NO
稀硝酸
铜片
H2O
浓硫酸
B
O2
双氧水
MnO2
H2O
浓硫酸
C
NH3
浓氨水
碱石灰
浓硫酸
H2O
D
SO2
浓盐酸
Na2SO3
粉末
溶液
浓硫酸
5、如图装置可用于收集SO2并验证其某些化学性质，下列说法正确的是（ ）
选项
试剂
现象
结论
A
酸性KMnO4溶液
溶液褪色
SO2有氧化性
B
品红溶液
溶液褪色
SO2有漂白性
C
NaOH溶液
无明显现象
SO2与NaOH溶液不反应
D
紫色石蕊试液
溶液变红后不褪色
SO2有酸性、没有漂白性
6、如图装置，将溶液A逐滴加入固体B中，下列叙述正确的是（ ）
A．若A为浓盐酸，B为MnO2，C中盛品红溶液，则C中溶液褪色
B．若A为醋酸，B为贝壳，C中盛过量澄清石灰水，则C中溶液变浑浊
C．若A为浓氨水，B为生石灰，C中盛AlCl3溶液，则C中先产生白色沉淀后沉淀又溶解
D．若A为浓硫酸，B为Na2SO3固体，C中盛石蕊试液，则C中溶液先变红后褪色
7、下列装置或操作能达到实验目的的是（ ）
8、下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中正确的是（ ）
9、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），还能选择________（填物质的化学式）和水。
（3）利用该装置还可制取________（选填下列字母序号）等气体。
A．H2B．CO2C．C2H4D．NH3
10、请回答下列实验室中制取气体的有关问题。
（1）下图是用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
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
11、现有下列仪器或装置，请回答下列问题：
（1）仪器①的名称是____________，②的名称是__________________。
（2）用上图仪器组装成气体发生装置：
用KClO3和MnO2制O2应选的装置是________（填字母，下同）；用废H2O2与MnO2制O2，并控制产生O2的速率，应选的装置是________。
（3）若用装置X进行“排空气法”收集制取的O2，氧气应从____（填“b”或“c”，下同）端导入。
若瓶中装满水，用排水法收集氧气，氧气应从__________端导入。
（4）若用F装置进行CO还原Fe2O3的实验，实验室制取CO的方法一般采取甲酸脱水法（HCOOH
CO↑＋H2O），用纯净的CO完成该实验。
①除F、X外还需要的装置有________，X中应加入的试剂是________，X与其他导管连接的顺序是______________________（填导管口的序号）；
②实验时，a处的可能的现象为________________________________________________；
F装置中气球的作用是___________________________________________________。
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