2019版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第四章 非金屬及其化合物 專題講座二 氣體的實驗室制備、凈化和收集學(xué)案.doc

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專題講座二　氣體的實驗室制備、凈化和收集 1．氣體制備實驗的基本思路 2．重要氣體的發(fā)生裝置 依據(jù)制備氣體所需的反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)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： 制備氣體：O2、NH3、CH4等。 (2)固體＋液體或液體＋液體氣體 發(fā)生裝置： 制備氣體：Cl2、C2H4等。 (3)固體＋液體(不加熱)―→氣體 發(fā)生裝置： 制備氣體：選擇合適的藥品和裝置能制取中學(xué)化學(xué)中常見的氣體。 3．氣體制備裝置的改進 (1) 改進的目的：用于加熱易熔化的固體物質(zhì)的分解，這樣可有效地防止固體熔化時造成液體的倒流，如草酸晶體受熱分解制取CO2氣體。 (2)“固體＋液體―→氣體”裝置的創(chuàng)新 (3)“固(液)＋液氣體”裝置的創(chuàng)新 圖A的改進優(yōu)點是能控制反應(yīng)液的溫度。 圖B的改進優(yōu)點是使圓底燒瓶和分液漏斗中的氣體壓強相等，便于液體順利流下。 4．氣體的除雜方法 (1)除雜試劑選擇的依據(jù)：主體氣體和雜質(zhì)氣體性質(zhì)上的差異，如溶解性、酸堿性、氧化性、還原性。 除雜原則：①不損失主體氣體；②不引入新的雜質(zhì)氣體；③在密閉裝置內(nèi)進行；④先除易除的雜質(zhì)氣體。 (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(zhì)時，應(yīng)選用上述Ⅰ～Ⅳ中的Ⅳ裝置除O2，除雜試劑是Cu粉。 5．氣體的收集方法 收集方法 收集氣體的類型 收集裝置 可收集的氣體(舉例) 排水法 難溶于水或微溶于水，又不與水反應(yīng)的氣體 O2、H2、NO、CO等 排空氣法 向上排空氣法 密度大于空氣且不與空氣中的成分反應(yīng) Cl2、SO2、NO2、CO2 向下排空氣法 密度小于空氣且不與空氣中的成分反應(yīng) H2、NH3 6.集氣裝置的創(chuàng)新——排液集氣裝置 裝置(Ⅰ)從a管進氣b管出水可收集難溶于水的氣體，如H2、O2等。若將廣口瓶中的液體更換，還可以收集以下氣體。 ①飽和食鹽水——收集Cl2。 ②飽和NaHCO3溶液——收集CO2。 ③飽和NaHS溶液——收集H2S。 ④四氯化碳——收集HCl或NH3。 裝置(Ⅱ)儲氣式集氣。氣體從橡膠管進入，可將水由A瓶排入B瓶，在瓶A中收集到氣體。 7．尾氣處理的原因、方法及裝置 (1)原因：有些氣體有毒或有可燃性，任其逸散到空氣中，會污染空氣或者引發(fā)火災(zāi)、爆炸等災(zāi)害。 (2)處理方法：一般根據(jù)氣體的相關(guān)性質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化為非氣態(tài)物質(zhì)或無毒物質(zhì)，如酸性有毒氣體用堿溶液吸收，可燃性氣體用點燃等措施。 (3)尾氣處理裝置(見下圖a、b、c) ①實驗室制取Cl2時，尾氣的處理可采用b裝置。 ②制取CO時，尾氣處理可采用ac裝置。 ③制取H2時，尾氣處理可采用ac裝置。 題組一　氣體的制備與性質(zhì)探究 1．(2017臨沂市高三上學(xué)期期中考試)用下圖所示裝置進行實驗，下列實驗現(xiàn)象描述錯誤的是(　　) 實驗 試劑甲 試劑乙 試劑丙 丙中的現(xiàn)象 A 稀鹽酸 CaCO3 Na2SiO3溶液 有白色沉淀生成 B 濃硫酸 Na2SO3 BaCl2溶液 有白色沉淀生成 C 過氧化氫 MnO2 酸性KI淀粉溶液 溶液變?yōu)樗{色 D 濃鹽酸 KMnO4 Na2S溶液 有淡黃色沉淀生成 答案　B 解析　A項，鹽酸和碳酸鈣反應(yīng)生成CO2，CO2與硅酸鈉溶液反應(yīng)生成硅酸白色沉淀，正確；B項，濃硫酸與亞硫酸鈉反應(yīng)生成SO2，但SO2與氯化鋇不反應(yīng)，錯誤；C項，過氧化氫在二氧化錳的作用下分解生成氧氣，氧氣把碘化鉀氧化為單質(zhì)碘，碘遇淀粉顯藍色，正確；D項，濃鹽酸與高錳酸鉀混合生成氯氣，氯氣把硫化鈉氧化為單質(zhì)S，產(chǎn)生淡黃色沉淀，正確。 2．(2018曲阜市高三檢測)用如圖所示裝置和相應(yīng)試劑能達到實驗?zāi)康牡氖?　　) 選項 實驗?zāi)康? 試劑a 試劑b 試劑c 裝置 A 驗證非金屬性：S>C>Si 稀硫酸 Na2CO3 Na2SiO3溶液 B 制備純凈的氯氣 濃鹽酸 MnO2 飽和食鹽水 C 檢驗溶液X中含有CO 鹽酸 溶液X 澄清石灰水 D 除去Na2SO3中的Na2SO4 氯水 混合物 NaOH溶液 答案　A 解析　A項，裝置b中出現(xiàn)氣體，說明硫酸的酸性強于碳酸，裝置c中出現(xiàn)沉淀，說明碳酸的酸性強于硅酸，最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性越強，非金屬性越強，即S>C>Si，正確；B項，MnO2和濃鹽酸反應(yīng)，需要加熱，此裝置中沒有加熱裝置，飽和食鹽水除去氯氣中的HCl，從裝置c中出來的氯氣中混有水蒸氣，不是純凈的，錯誤；C項，裝置b中加入鹽酸，出現(xiàn)能使澄清石灰水變渾濁的氣體，不能說明X中含有CO，可能含有HCO或SO或HSO，錯誤；D項，氯水具有強氧化性，能把SO氧化成SO，不能達到實驗?zāi)康?，錯誤。 3．(2017湖北省部分重點高中協(xié)作體高三上學(xué)期聯(lián)考)利用如圖所示裝置進行下列實驗，能得到相應(yīng)實驗結(jié)論的是(　　) 選項 ① ② ③ 實驗結(jié)論 A 濃硫酸 Na2SO3 KMnO4溶液褪色 SO2有漂白性 B 濃鹽酸 KMnO4 FeBr2溶液變?yōu)辄S色 氧化性：Cl2>Br2 C 稀硫酸 碳酸鈉 CaCl2溶液無明顯變化 CO2不與CaCl2反應(yīng) D 濃硫酸 蔗糖 溴水褪色 濃硫酸具有脫水性、吸水性 答案　C 解析　A項，二氧化硫使酸性高錳酸鉀溶液褪色表現(xiàn)的是二氧化硫的還原性，錯誤；B項，氯氣通入溴化亞鐵溶液先氧化亞鐵離子，使溶液變?yōu)辄S色，錯誤；C項，碳酸的酸性弱于鹽酸，所以二氧化碳不與氯化鈣反應(yīng)，正確；D項，溴水褪色說明有二氧化硫生成，證明了濃硫酸的強氧化性，錯誤。 4．(2017江西省臨川區(qū)第一中學(xué)高三上學(xué)期期中考試)用下圖所示裝置進行實驗，下列對實驗現(xiàn)象的解釋不合理的是(　　) 選項 ①中試劑 ①中現(xiàn)象 解釋 A 品紅溶液 溶液褪色 SO2具有漂白性 B Na2SiO3溶液 產(chǎn)生膠體沉淀 酸性：H2SO3>H2SiO3 C Ba(NO3)2溶液 生成白色沉淀 SO與Ba2＋生成白色BaSO3沉淀 D 酸性KMnO4溶液 紫色褪去 SO2具有還原性 答案　C 解析　Cu和濃硫酸發(fā)生反應(yīng)Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。A項，SO2具有漂白性，能使品紅溶液褪色，正確；B項，通入SO2后產(chǎn)生膠體沉淀，說明產(chǎn)生H2SiO3，即H2SO3酸性強于H2SiO3，正確；C項，SO2溶于水，溶液顯酸性，NO在酸性條件下具有強氧化性，能把H2SO3或SO氧化成SO，因此沉淀是BaSO4，錯誤；D項，酸性高錳酸鉀溶液具有氧化性，紫色褪去，說明SO2具有還原性，正確。 題組二　高考新題型——和氣體制備有關(guān)的儀器連接分析 5．(2017全國卷Ⅰ，10)實驗室用H2還原WO3制備金屬W的裝置如圖所示(Zn粒中往往含有硫等雜質(zhì)，焦性沒食子酸溶液用于吸收少量氧氣)。下列說法正確的是(　　) A．①②③中依次盛裝KMnO4溶液、濃H2SO4、焦性沒食子酸溶液 B．管式爐加熱前，用試管在④處收集氣體并點燃，通過聲音判斷氣體純度 C．結(jié)束反應(yīng)時，先關(guān)閉活塞K，再停止加熱 D．裝置Q(啟普發(fā)生器)也可用于二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)制備氯氣 答案　B 解析　A項，氣體從溶液中逸出易帶出水蒸氣，所以濃硫酸應(yīng)放在③中，錯誤；B項，先通H2以排除空氣，加熱前應(yīng)先檢驗H2的純度，正確；C項，若先停止通H2，空氣有可能重新將W氧化，應(yīng)先停止加熱，再關(guān)閉活塞K，錯誤；D項，MnO2和濃鹽酸反應(yīng)制氯氣需要加熱，不能用啟普發(fā)生器制備，錯誤。 6．(2018海南省海南中學(xué)高三月考)用下圖所示裝置測定水中氫、氧元素的質(zhì)量比，其方法是分別測定通氫氣前后玻璃管的質(zhì)量差和U形管的質(zhì)量差，實驗測得m(H)∶m(O)>1∶8。下列對導(dǎo)致這一結(jié)果的原因分析中，一定錯誤的是(　　) A．Ⅰ、Ⅱ裝置之間缺少干燥裝置 B．Ⅲ裝置之后缺少干燥裝置 C．Ⅱ裝置中玻璃管內(nèi)有水冷凝 D．CuO沒有全部被還原 答案　D 解析　用H2還原CuO時，裝置Ⅲ中CaCl2吸收的是生成的水，而裝置Ⅱ中玻璃管通H2前后的質(zhì)量差為反應(yīng)時消耗CuO中氧的質(zhì)量，即生成水中氧元素的質(zhì)量，而m(水)－m(氧)＝m(氫)。當Zn和稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的H2不干燥[m(水)偏大]，裝置Ⅲ后不加干燥裝置，使Ⅲ中CaCl2吸收空氣中的水分[m(水)偏大]，Ⅱ中玻璃管內(nèi)有水冷凝[m(氧)偏小]，都會造成測得m(H)∶m(O)>1∶8。H2O的組成與CuO是否完全反應(yīng)無關(guān)，只與通H2前后玻璃管的質(zhì)量差和生成的水有關(guān)。 7．(2017河北省武邑中學(xué)高三上學(xué)期期中考試)Cl2O是一種強氧化劑，易溶于水且會與水反應(yīng)生成次氯酸，與有機物或還原劑接觸會發(fā)生燃燒并爆炸。一種制取Cl2O的裝置如圖所示，加熱裝置和夾持儀器已略。 已知：Cl2O的熔點為－116 ℃，沸點為3.8 ℃；Cl2的沸點為－34.6 ℃；HgO＋2Cl2===HgCl2＋Cl2O。下列說法正確的是(　　) A．裝置②③中盛裝的試劑依次是濃硫酸和飽和食鹽水 B．通干燥空氣的目的是作氧化劑 C．從裝置⑤中逸出氣體的主要成分是Cl2O D．裝置④與⑤之間不用橡皮管連接，是為了防止橡皮管燃燒和爆炸 答案　D 解析　A項，從飽和食鹽水中逸出的氣體中含有水蒸氣，所以氯氣要先通過飽和食鹽水，再通過濃硫酸，即裝置②③中盛裝的試劑依次是飽和食鹽水和濃硫酸，錯誤；B項，通干燥空氣的目的是將Cl2O從發(fā)生裝置完全趕出至收集裝置，錯誤；C項，從裝置⑤中逸出氣體的主要成分是Cl2，錯誤；D項，裝置④與⑤之間不用橡皮管連接，是為了防止橡皮管燃燒和爆炸，正確。 題組三　儀器連接專練 8．將鋁鎂合金與足量稀硫酸溶液反應(yīng)，測定生成氣體在通常狀況(約20 ℃，1.01105 Pa)的體積。某同學(xué)擬選用如圖實驗裝置完成實驗： 最簡易的裝置其連接順序：A接(______)(________)接(________)(________)接(________)(填接口字母，可不填滿)。 答案　E　D　G 9．實驗室合成硫酰氯要先制取干燥氯氣。制備干燥純凈的氯氣所用儀器如下圖： 上述儀器的連接順序：e接________，________接________，________接________，________接________(按氣流方向，用小寫字母表示)。 答案　d　c　a　b　i　h　g 10．亞硝酸鈉是一種工業(yè)鹽，在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)用下圖所示裝置(夾持裝置已省略)及藥品，探究亞硝酸鈉與硫酸反應(yīng)及氣體產(chǎn)物成分。 已知：① NO＋NO2＋2OH－===2NO＋H2O ②氣體液化的溫度：NO2(21 ℃)、NO(－152 ℃) (1)反應(yīng)前應(yīng)打開彈簧夾，先通入一段時間氮氣，目的是_______________________________ ________________________________________________________________________。 (2)為了檢驗裝置A中生成的氣體產(chǎn)物，儀器的連接順序(從左向右連接)：A→________；組裝好儀器后，接下來進行的操作是_______________________________________________。 答案　(1)排出裝置中的空氣，防止干擾NO的檢驗 (2)CEDB　檢查裝置的氣密性 解析　(1)反應(yīng)前應(yīng)打開彈簧夾，先通入一段時間氮氣，排出裝置中的空氣，防止干擾NO的檢驗，否則會影響NO和NO2的檢驗。(2)為了檢驗裝置A中生成的氣體產(chǎn)物，儀器的連接順序(從左向右連接)：A是發(fā)生裝置，C是干燥除去水。因為NO2更易液化，先分離NO2，所以接E冷卻二氧化氮，NO2分離后再檢驗NO，再接D通氧氣，觀察到氣體從無色變成紅棕色，說明是NO，B是尾氣處理；吸收反應(yīng)后剩余的NO和NO2的混合氣體，防止污染空氣。裝置的連接為A→C→E→D→B；有氣體參與或生成的實驗必須檢查裝置的氣密性，故組裝好儀器后，接下來進行的操作是檢查裝置的氣密性。 11．利用如圖裝置，進行NH3與金屬氧化物MxOy反應(yīng)生成M、N2、 H2O，通過測量生成水的質(zhì)量來測定M的相對原子質(zhì)量。a中試劑是濃氨水。 (1)儀器a的名稱為________，儀器b中裝入的試劑可以是____________。 (2)按氣流方向正確的裝置連接順序為________(填字母，裝置可重復(fù)使用)。 答案　(1)分液漏斗　NaOH或生石灰或堿石灰 (2)BDADC 解析　(1)儀器a的名稱為分液漏斗，儀器b中裝入的試劑可以是NaOH或生石灰或堿石灰。 (2)該實驗在B處產(chǎn)生氨，通過D干燥氨，在A處NH3與MxOy反應(yīng)，生成的水在D處被吸收，殘留氨被C吸收，所以按氣流方向正確的裝置連接順序為BDADC。