高考化學一輪復習 專題講座三 氣體的實驗室制備、凈化和收集-人教版高三化學試題

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1、專題講座三　氣體的實驗室制備、凈化和收集 1．氣體制備實驗的基本過程 (1)氣體制備實驗裝置一般包含以下幾部分 (2)氣體制備的一般實驗操作步驟 ①組裝(從下到上，從左到右)；②檢驗裝置的氣密性；③加入藥品；④排盡裝置內的空氣；⑤驗純；⑥反應；⑦拆除裝置。 2．氣體發(fā)生裝置 依據(jù)制備氣體所需的反應物狀態(tài)和反應條件，可將制備氣體的發(fā)生裝置分為三類： (1)固體＋固體氣體 發(fā)生裝置：如右圖 制備氣體：O2、NH3、CH4等 注意事項：①試管口應稍向下傾斜，以防止產生的水蒸氣在試管口冷凝后倒流，而使試管炸裂。 ②鐵夾應夾在距試管口1/3處。 ③固體藥品應平鋪在試管

2、底部。 ④膠塞上的導管伸入試管內不能過長，否則會影響氣體導出。 ⑤如用排水集氣法收集氣體，當停止制氣時，應先從水槽中把導管撤出，然后再撤走酒精燈，防止水倒吸。 (2)固體＋液體或液體＋液體氣體 發(fā)生裝置： (a)　 　　　　(b)　　　　　(c) 制備氣體：Cl2、C2H4等 注意事項：①燒瓶應固定在鐵架臺上。 ②先把固體藥品放入燒瓶中，再緩緩加入液體。 ③分液漏斗應蓋上蓋，注意蓋上的凹槽對準分液漏斗頸部的小孔。 ④對燒瓶加熱時要墊上石棉網。 ⑤液體＋液體氣體時要加沸石，防止暴沸，如用(b)裝置制取乙烯時需加碎瓷片。 ⑥(c)裝置中導管的作用是平衡氣壓，便于分液漏斗

3、中的液體順利滴下。 (3)固體＋液體(不加熱)―→氣體 發(fā)生裝置： 制備氣體：H2、CO2、NO2、SO2、NO等 注意事項：①塊狀固體與液體的混合物在常溫下反應制備氣體，可用啟普發(fā)生器制備，當制取氣體的量不多時，也可采用簡易裝置。 ②簡易裝置中長頸漏斗的下口應伸入液面以下，否則起不到液封作用而無法使用。 ③加入塊狀固體藥品的大小要適宜。 ④加入液體的量要適當。 ⑤最初使用時應待容器內原有的空氣排凈后，再收集氣體。 ⑥在導管口點燃氫氣或其他可燃性氣體時，必須先檢驗純度。 [例1]　(1)如圖是實驗室制取某些氣體的裝置。 ①該制氣裝置在加入反應物前，應事先進行的操作

4、是________________________________ ______________________。 ②若用該裝置制取O2，反應物除了可選擇二氧化錳和__________(填試劑名稱)，還能選擇________(填物質的化學式)和水。 ③利用該裝置還可制取____________(填字母)等氣體。 a．H2 b．CO2 c．NH3 d．SO2 (2)此裝置中加入漂白粉和濃鹽酸也可以制取Cl2。 ①寫出該反應的離子方程式：___________________________________________________。 ②若使用在空氣中放置的漂白粉和濃鹽酸

5、發(fā)生反應，則制取的Cl2中可能含有的雜質為__________________。 解析　(1)制備氣體的裝置在加入反應物之前均應先檢查裝置的氣密性。該裝置所制氣體應滿足固體和液體不需加熱制備氣體。符合此條件的制備氧氣的反應可為H2O2在MnO2作催化劑時分解，或Na2O2與H2O反應。該裝置可制備的氣體有H2、CO2、O2、NH3等。(2)ClO－、Cl－在酸性條件下可發(fā)生歸中反應生成Cl2。漂白粉在空氣中放置會部分變?yōu)镃aCO3，濃鹽酸有很強的揮發(fā)性，因而制取的Cl2中常含有HCl、CO2和H2O(g)。 答案　(1)①檢查裝置氣密性?、陔p氧水(或過氧化氫)　Na2O2?、踑bcd (

6、2)①ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O ②HCl、CO2、H2O(g) 3．氣體的除雜方法 除雜試劑選擇的依據(jù)：主體氣體和雜質氣體性質上的差異，如溶解性、酸堿性、氧化性、還原性、可燃性。除雜原則：(1)不損失主體氣體；(2)不引入新的雜質氣體；(3)在密閉裝置內進行；(4)先除易除的氣體。 一般可從以下幾個方面考慮：①易溶于水的雜質可用水吸收；②酸性雜質可用堿性物質吸收；③堿性雜質可用酸性物質吸收；④水分可用干燥劑吸收；⑤能與雜質反應生成沉淀或可溶性的物質，也可用作吸收劑。 [例2]　為下列各組氣體選擇合適的除雜試劑(括號內為雜質氣體) (1)含有HCl雜質的氣體

7、①CO2(HCl)：________________________________________________________________； ②SO2(HCl)：________________________________________________________________； ③Cl2(HCl)：_________________________________________________________________。 (2)中性氣體中含有酸性雜質氣體 ①O2(Cl2)：_________________________________________

8、__________________________； ②CO(CO2)：_________________________________________________________________； ③NO(NO2)：_________________________________________________________________。 (3)酸性氣體中含有其他酸性雜質氣體 CO2(SO2)：___________________________________________________________________。 (4)含有O2雜質的氣體 ①CO2

9、(O2)：__________________________________________________________________； ②N2(O2)：___________________________________________________________________。 (5)HCl(Cl2)：_________________________________________________________________。 答案　(1)①飽和NaHCO3溶液?、陲柡蚇aHSO3溶液 ③飽和食鹽水 (2)①NaOH溶液　②NaOH溶液?、跦2O (3)飽

10、和NaHCO3溶液或酸性高錳酸鉀溶液 (4)①灼熱Cu?、谧茻酑u (5)CCl4 4．氣體凈化與干燥的先后順序 (1)若采用溶液除雜，應該是除雜在前，干燥在后。其原因是：氣體除雜過程中會從溶液中帶入水蒸氣，干燥劑可除去水蒸氣。 如實驗室中利用大理石與稀鹽酸反應制備CO2，欲制得干燥、純凈的CO2，可先將產生的氣體通過飽和NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl氣體，再通過濃硫酸除去水蒸氣。 (2)若采用加熱除雜，則一般是干燥在前。如N2中混有O2、CO2、H2O(g)，可先將混合氣體通過堿石灰，除去CO2和H2O(g)，再將從干燥管中導出的氣體通過裝有灼熱銅網的硬質玻璃管，除去O2

11、，即可得到干燥、純凈的N2。若將混合氣體先通過灼熱的銅網，因氣體中混有水蒸氣，易使硬質玻璃管炸裂。 [例3]　為制備干燥、純凈的CO2，將大理石和鹽酸反應生成的氣體先后通過裝有下列物質的兩個吸收裝置，兩個裝置中應依次裝入(　　) ①飽和NaHCO3溶液；無水CaCl2固體 ②飽和NaHCO3溶液；濃硫酸 ③濃硫酸；飽和NaHCO3溶液 ④飽和Na2CO3溶液；稀硫酸 A．①② B．③④ C．①③ D．②④ 解析　用大理石和鹽酸反應制得的CO2中，含有少量HCl，可用飽和NaHCO3溶液除去；干燥CO2可用濃硫酸或無水CaCl2固體作干燥劑。注意：應先凈化，后干燥。 答案　

12、A 5．氣體的干燥 (1)選用干燥劑應根據(jù)氣體的性質和干燥劑的性質而定，其原則是干燥劑只能吸收氣體中的水分，而不能與氣體發(fā)生反應。 ①酸性干燥劑，如濃H2SO4、P2O5、硅膠等。一般用來干燥酸性或中性氣體，而不能用來干燥堿性氣體。 思考：下列氣體中不能被濃H2SO4干燥的有哪些？為什么？ NH3、H2、CO、H2S、SO2、Cl2、CO2 答案　NH3因為顯堿性而不能被濃H2SO4干燥，H2S因為有強還原性而不能被濃H2SO4干燥。 ②堿性干燥劑，如生石灰、固體NaOH、堿石灰等。堿性干燥劑不能干燥酸性氣體，如堿石灰不能干燥Cl2、CO2、HCl等。 ③中性干燥劑，如無水Ca

13、Cl2。無水CaCl2呈中性，對各類氣體一般均可干燥，但NH3能與其發(fā)生絡合反應而不能使用，其反應方程式為CaCl2＋8NH3===CaCl2·8NH3。 (2)氣體干燥凈化裝置 類型 液態(tài) 干燥劑 固態(tài) 干燥劑 固態(tài) 干燥劑 固體，加熱 裝置 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 常見 干燥劑 濃H2SO4(酸性、強氧化性) 無水氯化鈣 (中性) 堿石灰 (堿性) 除雜試劑Cu、 CuO、Mg等 當CO2中混有O2雜質時，應選用上述Ⅰ～Ⅳ中的Ⅳ裝置除O2，除雜試劑是Cu粉。 6．氣體的收集 收集 方法 收集氣體 的類型 收集裝置 可

14、收集的氣體 (舉例) 排水法 難溶于水或微溶于水，又不與水反應的氣體 O2、H2、Cl2(飽和NaCl溶液)、NO、CO2(飽和NaHCO3溶液)、CO 排空 氣法 向上排 空氣法 密度大于空氣 Cl2、SO2、NO2、CO2 向下排 空氣法 密度小于空氣 H2、NH3 7．尾氣的吸收 此處內容見本書第11頁。 題組一　常見氣體制備原理及裝置的選擇 1．有下列幾種氣體：①O2、②NH3、③H2、④CO2、⑤SO2、⑥NO2、⑦Cl2、⑧HCl、⑨NO、⑩H2S、?HBr、?HI Ⅰ.給上述①～⑦的氣體選擇適當?shù)闹苽溲b置 (1)此裝置適

15、用于制備①②。 (2)此裝置適用于制備③④。 (3)此裝置適用于制備①②③④⑤⑥⑦⑨⑩。 (4)此裝置適用于制備⑦。 Ⅱ.對上述全部氣體選擇常用的干燥劑： (1)能用濃硫酸干燥的是①③④⑤⑥⑦⑧⑨。 (2)能用堿石灰干燥的是①②③⑨。 2．以下氣體發(fā)生裝置中，不易控制反應產生氣體的量的是(　　) 答案　B 解析　A項可通過控制加入液體的量來控制產生氣體的量；C、D兩項中裝置類似于啟普發(fā)生器，可通過活塞的開關調節(jié)反應器的壓強，控制反應與否，來控制產生氣體的量。 3．(2013·安徽理綜，8)實驗室中某些氣體的制取、收集及尾氣處理裝置如圖所示(省略夾持和凈化裝置)。僅用此裝

16、置和表中提供的物質完成相關實驗，最合理的選項是(　　) 選項 a中的物質 b中的物質 c中收集 的氣體 d中的物質 A 濃氨水 CaO NH3 H2O B 濃硫酸 Na2SO3 SO2 NaOH溶液 C 稀硝酸 Cu NO2 H2O D 濃鹽酸 MnO2 Cl2 NaOH溶液 答案　B 解析　由題給裝置可知，本裝置可以用于固體和液體不加熱型、收集方法為向上排空氣法、防倒吸型尾氣處理方式的氣體的制取。A項，NH3的密度比空氣的小，收集應用向下排空氣法，不符合；C項，銅和稀硝酸反應不能產生NO2，且NO2的吸收不能用水，可以用NaOH溶液

17、；D項，用濃鹽酸與MnO2反應制Cl2需要加熱，本裝置不能滿足。 4．實驗室常用的幾種氣體發(fā)生裝置如圖A、B、C所示： (1)實驗室可以用B或C裝置制取氨氣，如果用C裝置，通常使用的試劑是____________。 (2)氣體的性質是氣體收集方法選擇的主要依據(jù)。下列性質與收集方法無關的是________(填序號，下同)。 ①密度?、陬伾、廴芙庑浴、軣岱€(wěn)定性?、菖c氧氣反應 (3)若用A裝置與D裝置相連制取并收集X氣體，則X可能是下列氣體中的________。 ①CO2　?、贜O　?、跜l2　?、蹾2 答案　(1)濃氨水、CaO固體(或NaOH固體) (2)②④　(3)③

18、題組二　裝置的組合與連接 5．(2013·海南，6)下圖所示儀器可用于實驗室制備少量無水FeCl3，儀器連接順序正確的是(　　) A．a－b－c－d－e－e－f－g－h(huán) B．a－e－d－c－b－h(huán)－i－g C．a－d－e－c－b－h(huán)－i－g D．a－c－b－d－e－h(huán)－i－f 答案　B 解析　裝置順序為制氯氣、除雜(HCl、水蒸氣)、反應制備、尾氣處理，注意洗氣瓶中導管為“長進短出”。 6．N2在諸多領域用途廣泛。某化學興趣小組為探究在實驗室制備較為純凈N2的方法，進行了認真的準備。請你參與交流與討論。 [查閱資料]N2的制法有下列三種方案： 方案1：加熱NaNO2

19、和NH4Cl的濃溶液制得N2。 方案2：加熱條件下，以NH3還原CuO可制得N2，同時獲得活性銅粉。 方案3：將空氣緩緩通過灼熱的銅粉獲得較純的N2。 [實驗準備]以實驗室常見儀器(藥品)等設計的部分裝置如下圖(有的夾持和加熱儀器未畫出)。 [分析交流] (1)若以方案1制得N2，應選擇的發(fā)生裝置是___________________________________。 (2)若按方案2制得干燥、純凈的N2，且需要的NH3以生石灰和濃氨水作原料，整套制氣裝置按氣流從左到右的連接順序是______________(填序號)。獲得N2的反應原理是________________

20、________________________________________________________(寫反應方程式)。 (3)若以排水法收集N2，其中會混入水蒸氣。但也不宜用排空氣法，其原因是________________________________________________________________________。 你提出的收集方法是__________________________________________________________。 答案　(1)A (2)E→D→B→C　2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O (3)N2與空氣密度

21、大小接近，收集的氮氣中易混入氧氣等成分　用真空氣囊收集(其他合理答案也可) 解析　(1)方案1為加熱兩種液態(tài)物質，符合此條件的只有A裝置。(2)方案2為固體和氣體的反應，反應器應選擇B，但要求通入的氨氣干燥且純凈，利用濃氨水和生石灰反應制取氨氣為固液不加熱的裝置，選擇E，但同時有水蒸氣生成，因此利用堿石灰來干燥，反應完畢后產生的水蒸氣與沒有參與反應的氨氣與氮氣一同導出，利用濃硫酸既可以除去水，又可以除去氨氣。(3)排氣法收集氣體主要是利用氣體密度的差別。因此利用可以直接排空內部空氣的裝置來收集氮氣。 題組三　氣體制備與性質實驗組合 7．如圖所示的裝置常用于制取氣體并檢驗氣體的性質。下列有

22、關說法正確的是(　　) A．關閉分液漏斗的活塞，將干燥管末端放入水中，微熱燒瓶，有氣泡從水中冒出，停止加熱后，干燥管內有水柱形成，表明裝置不漏氣 B．若裝置用于制取氯氣并驗證其具有漂白性，則A中所用試劑為稀鹽酸，B中所用藥品為KMnO4固體，C中為品紅溶液 C．若裝置用于制取SO2并驗證其具有漂白性，則A中所用試劑為濃硫酸，B中所用藥品為Na2SO3固體，C中為酸性KMnO4溶液 D．若實驗時B中盛放固體NaOH，A中為濃氨水，C中為稀AgNO3溶液，則實驗過程中，C試管中看不到明顯的實驗現(xiàn)象 答案　A 解析　A項，由于裝置的體積較大，可用酒精燈微熱燒瓶，加熱時干燥管口有氣泡冒

23、出，冷卻后干燥管口有水柱形成，說明裝置的氣密性良好，正確；B項，制氯氣時應用濃鹽酸，錯誤；C項，SO2使酸性KMnO4溶液褪色的原因是SO2能將KMnO4還原，表現(xiàn)還原性，不表現(xiàn)漂白性，錯誤；D項，實驗過程中C試管中有沉淀出現(xiàn)，若NH3過量，則可觀察到沉淀溶解，錯誤。 8．“84”消毒液與硫酸溶液反應可以制取氯氣(NaClO＋NaCl＋H2SO4Na2SO4＋Cl2↑＋H2O)，為探究氯氣的性質，某同學利用此原理制氯氣并設計了如下所示的實驗裝置。 請回答下列問題： (1)從①②③裝置中選擇合適的制氣裝置(A處)________(填序號)。 (2)裝置B、C中依次放的是干燥的紅色

24、布條和濕潤的紅色布條，實驗過程中該同學發(fā)現(xiàn)裝置B中的布條也褪色，其原因可能是________________________，說明該裝置存在明顯的缺陷，請?zhí)岢龊侠淼母倪M方法：_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)為了驗證氯氣的氧化性，將氯氣通入Na2SO3溶液中，寫出氯氣與Na2SO3溶液反應的離子方程式：____________________________

25、____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)將氯氣通入飽和NaHCO3溶液中能產生無色氣體，已知酸性：鹽酸>碳酸>次氯酸，該實驗證明氯氣與水反應的生成物中含有________。 答案　(1)② (2)產生的氯氣中含有水蒸氣，兩者反應生成次氯酸　在裝置A、B之間增加盛有濃硫酸的洗氣瓶(或干燥裝置) (3)Cl2＋SO＋H2O===SO＋2Cl－＋2H＋ (4)HCl(或鹽酸) 解析　本題考查了氯氣的制備及性質的檢驗，意在考查學生運用科學的方法了解化學變化的規(guī)律并對化學現(xiàn)象提出科學合理解釋的能力。(1)根據(jù)給出的化學方程式可知反應物為液體，所以不能選用裝置①；反應需要加熱，所以只能選裝置②。(2)氯氣中混有水蒸氣時，會生成具有漂白性的HClO；為了檢驗具有漂白性的是次氯酸，而不是氯氣，通入裝置B中的應是干燥的氯氣，因此需加干燥裝置。(3)氯氣通入亞硫酸鈉溶液中，亞硫酸鈉被氧化成硫酸鈉，氯氣被還原為氯離子。(4)酸性：鹽酸>碳酸>次氯酸，所以鹽酸能與碳酸氫鈉溶液反應生成CO2，而次氯酸與碳酸氫鈉溶液不反應。