高中化學(xué)專(zhuān)題講座 氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集

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1、 高中化學(xué)專(zhuān)題講座　 氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集 1．氣體制備實(shí)驗(yàn)的基本過(guò)程 (1)氣體制備實(shí)驗(yàn)裝置一般包含以下幾部分 ―→―→―→ (2)氣體制備的一般實(shí)驗(yàn)操作步驟 ①組裝(從下到上，從左到右)；②檢驗(yàn)裝置的氣密性；③加入藥品；④排盡裝置內(nèi)的空氣；⑤驗(yàn)純；⑥反應(yīng)；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(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(lèi)： (1)固體＋固體氣體 發(fā)生裝置： 制備氣體：O2、NH3、CH4等 注意事項(xiàng)：①試管口應(yīng)稍向下傾斜，以防止產(chǎn)生的水蒸氣在試管口冷凝后倒流，而使試管炸裂。 ②鐵夾應(yīng)夾在距試管口1/3處。 ③固體藥品

2、應(yīng)平鋪在試管底部。 ④膠塞上的導(dǎo)管伸入試管內(nèi)不能過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)影響氣體導(dǎo)出。 ⑤如用排水集氣法收集氣體，當(dāng)停止制氣時(shí)，應(yīng)先從水槽中把導(dǎo)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(xiàng)：①燒瓶應(yīng)固定在鐵架臺(tái)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(yīng)蓋上蓋，注意蓋上的凹槽對(duì)準(zhǔn)分液漏斗頸部的小孔。 ④對(duì)燒瓶加熱時(shí)要墊上石棉網(wǎng)。 ⑤液體＋液體氣體時(shí)要加沸石，防止暴沸，如用(b)裝置制取乙烯時(shí)需加碎瓷片

3、。 ⑥(c)裝置中導(dǎo)管的作用是平衡氣壓，便于分液漏斗中的液體順利滴下。 (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(xiàng)：①塊狀固體與液體的混合物在常溫下反應(yīng)制備氣體，可用啟普發(fā)生器制備，當(dāng)制取氣體的量不多時(shí)，也可采用簡(jiǎn)易裝置。 ②簡(jiǎn)易裝置中長(zhǎng)頸漏斗的下口應(yīng)伸入液面以下，否則起不到液封作用而無(wú)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(dāng)。 ⑤最初使用時(shí)應(yīng)待容器內(nèi)原有的空氣排凈后，再收集氣體。 ⑥在導(dǎo)管口點(diǎn)燃?xì)錃饣蚱渌扇夹詺怏w時(shí)，必須先檢驗(yàn)純度。 【例1】　(1)如圖是實(shí)驗(yàn)室制取某些氣體的裝

4、置。 ①該制氣裝置在加入反應(yīng)物前，應(yīng)事先進(jìn)行的操作是____________。 ②若用該裝置制取O2，反應(yīng)物除了可選擇二氧化錳和__________(填試劑名稱(chēng))，還能選擇________(填物質(zhì)的化學(xué)式)和水。 ③利用該裝置還可制取____________(選填下列字母序號(hào))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(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式：______________。 ②若使用在空氣中放置的漂白粉和濃鹽酸發(fā)生反應(yīng)，則制取的Cl2中可能含有的雜質(zhì)為_(kāi)____________。 解析　(1)制備氣體的裝置

5、在加入反應(yīng)物之前均應(yīng)先檢查裝置的氣密性。該裝置所制氣體應(yīng)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(yīng)可為H2O2在MnO2作催化劑時(shí)分解，或Na2O2與H2O反應(yīng)。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(yīng)生成Cl2。漂白粉在空氣中放置會(huì)部分變?yōu)镃aCO3，濃鹽酸有很強(qiáng)的揮發(fā)性，因而制取的Cl2中常含有HCl、CO2和H2O。 答案　(1)①檢查裝置氣密性　②雙氧水(或過(guò)氧化氫)　Na2O2?、踑bcd (2)①ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2＋H2O ②HCl、CO2、H2O 3．氣體的除雜方法 除雜試劑選擇

6、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、可燃性。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(jìn)行；(4)先除易除的氣體。 一般可從以下幾個(gè)方面考慮：①易溶于水的雜質(zhì)可用水吸收；②酸性雜質(zhì)可用堿性物質(zhì)吸收；③堿性雜質(zhì)可用酸性物質(zhì)吸收；④水分可用干燥劑吸收；⑤能與雜質(zhì)反應(yīng)生成沉淀或可溶性的物質(zhì)，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(hào)內(nèi)為雜質(zhì)氣體) (1)含有HCl雜質(zhì)的氣體 ①CO2(HCl)：____________________________________________________

7、______； ②SO2(HCl)：__________________________________________________________； ③Cl2(HCl)：___________________________________________________________。 (2)中性氣體中含有酸性雜質(zhì)氣體 ①O2(Cl2)：___________________________________________________________； ②CO(CO2)：__________________________________________________

8、________； ③NO(NO2)：__________________________________________________________。 (3)酸性氣體中含有其他酸性雜質(zhì)氣體 CO2(SO2)：___________________________________________________________。 (4)含有O2雜質(zhì)的氣體 ①CO2(O2)：__________________________________________________________； ②N2(O2)：____________________________________

9、_______________________。 (5)HCl(Cl2)：_________________________________________________________。 答案　(1)①飽和NaHCO3溶液　②飽和NaHSO3溶液 ③飽和食鹽水 (2)①NaOH溶液?、贜aOH溶液?、跦2O (3)飽和NaHCO3溶液或酸性高錳酸鉀溶液 (4)①灼熱Cu　②灼熱Cu (5)CCl4 4．氣體凈化與干燥的先后順序 (1)若采用溶液除雜，應(yīng)該是除雜在前，干燥在后。其原因是：氣體除雜過(guò)程中會(huì)從溶液中帶入水蒸氣，干燥劑可除去水蒸氣。 如實(shí)驗(yàn)室中利用大理石與稀鹽酸反

10、應(yīng)制備CO2，欲制得干燥、純凈的CO2，可先將產(chǎn)生的氣體通過(guò)飽和NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl氣體，再通過(guò)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(guò)堿石灰，除去CO2和H2O(g)，再將從干燥管中導(dǎo)出的氣體通過(guò)裝有灼熱銅網(wǎng)的硬質(zhì)玻璃管，除去O2，即可得到干燥、純凈的N2。若將混合氣體先通過(guò)灼熱的銅網(wǎng)，因氣體中混有水蒸氣，易使硬質(zhì)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(yīng)生成的氣體先后通過(guò)裝有下列物質(zhì)的兩個(gè)吸收裝置，兩個(gè)裝置中應(yīng)依次裝入 (　　) ①飽和NaHCO3溶

11、液；無(wú)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(yīng)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(wú)水CaCl2固體作干燥劑。注意：應(yīng)先凈化，后干燥。 答案　A 5．氣體的干燥 (1)選用干燥劑應(yīng)根據(jù)氣體的性質(zhì)和干燥劑的性質(zhì)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(yīng)。 ①酸性干燥劑，如濃H2SO4、P2O5、硅膠等。一般用來(lái)干燥酸性或中性氣體，而不能用來(lái)干燥堿性氣體。

12、思考：下列氣體中不能被濃H2SO4干燥的是哪些？為什么？ NH3、H2、CO、H2S、SO2、Cl2、CO2 答案　NH3因?yàn)轱@堿性而不能被濃H2SO4干燥，H2S因?yàn)橛袕?qiáng)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(wú)水CaCl2。無(wú)水CaCl2呈中性，對(duì)各類(lèi)氣體一般均可干燥，但NH3能與其發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而不能使用，其反應(yīng)方程式為CaCl2＋8NH3===CaCl2·8NH3。 (2)氣體干燥凈化裝置 類(lèi)型 液態(tài)干燥劑 固態(tài)干燥劑 固態(tài)干燥劑 固體，加

13、熱 裝置 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 常見(jiàn)干燥劑 濃H2SO4(酸性、 強(qiáng)氧化性) 無(wú)水氯化 鈣(中性) 堿石灰 (堿性) 除雜試劑Cu、 CuO、Mg 當(dāng)CO2中混有O2雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)選用上述Ⅰ～Ⅳ中的Ⅳ裝置除O2，除雜試劑是Cu粉或 Mg粉。 6．氣體的收集 收集方法 收集氣體的類(lèi)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、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

14、法 密度小于空氣 H2、NH3 7. 尾氣的吸收 (1)用水吸收的是HCl、NH3(注意防倒吸)。 (2)用燒堿溶液吸收的是Cl2、SO2、NO2、H2S等。 (3)用燃燒的酒精燈點(diǎn)燃可除去的是CO。 題組一　氣體制備裝置的選擇 1．如圖是實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的氣體制取、干燥和收集裝置。若用過(guò)氧化氫和催化劑二氧化錳制取干燥的氧氣，則合理的裝置組合為 (　　) A．①⑤⑧ B．③④⑦ C．②⑤⑥ D．②④⑧ 答案　C 解析　用H2O2制O2的反應(yīng)原理為2H2O22H2O＋O2↑，由反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件可選②作為制取裝置。干燥O2可選用

15、④和⑤裝置，要收集干燥的O2只能用⑥裝置，故合理的裝置組合為②⑤⑥或②④⑥。 2．下表是實(shí)驗(yàn)室制備氣體的有關(guān)內(nèi)容： 編號(hào) 氣體名稱(chēng) 實(shí)驗(yàn)原理 氣體發(fā)生裝置 ① 氧氣 H2O2→O2 ② 氨氣 NH4Cl→NH3 ③ 氯氣 HCl→Cl2 (1)上述氣體中，從制備過(guò)程看，必須選擇合適的氧化劑才能實(shí)現(xiàn)的是________(填氣體的化學(xué)式，下同)。 (2)根據(jù)表中所列實(shí)驗(yàn)原理，從下列裝置中選擇合適的氣體發(fā)生裝置，將其編號(hào)填入上表中的空格內(nèi)。 (3)若用上述制備O2的裝置制備N(xiāo)H3，則選擇的試劑為_(kāi)____________。 答案　(1)Cl2 (2

16、)①D　②B?、跘或D (3)濃氨水、生石灰(或堿石灰，NaOH固體) 題組二　氣體制備中藥品的選擇與評(píng)價(jià) 3．(2013·安徽理綜，8)實(shí)驗(yàn)室中某些氣體的制取、收集及尾氣處理裝置如圖所示(省略?shī)A持和凈化裝置)。僅用此裝置和表中提供的物質(zhì)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，最合理的選項(xiàng)是(　　) 選項(xiàng) a中的物質(zhì) b中的物質(zhì) c中收集的氣體 d中的物質(zhì) 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

17、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(xiàng)，NH3的密度比空氣的小，收集用向下排空氣法，不符合；C項(xiàng)，銅和稀硝酸反應(yīng)不能產(chǎn)生NO2，且NO2的吸收不能用水，可以用NaOH溶液；D項(xiàng)，用濃鹽酸與MnO2反應(yīng)制Cl2需要加熱，本裝置不能滿足。 4．(2011·大綱全國(guó)卷，29)請(qǐng)回答下列實(shí)驗(yàn)室中制取氣體的有關(guān)問(wèn)題。 (1)下圖是用KMnO4與濃鹽酸反應(yīng)制取適量氯氣的簡(jiǎn)易裝置。 裝置B、C、D的作用分別是： B___________________________________________________________________

18、_____； C________________________________________________________________________； D________________________________________________________________________。 (2)在實(shí)驗(yàn)室欲制取適量NO氣體。 ①下圖中最適合完成該實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)易裝置是__________(填序號(hào))； ②根據(jù)所選的裝置完成下表(不需要的可不填)： 應(yīng)加入的物質(zhì) 所起的作用 A B C D ③簡(jiǎn)單描述應(yīng)觀察到的實(shí)驗(yàn)

19、現(xiàn)象___________________________________________。 答案　(1)向上排空氣收集氯氣　安全瓶作用，防止D中的液體倒吸進(jìn)入集氣管B中　吸收尾氣，防止氯氣擴(kuò)散到空氣中污染環(huán)境 (2)①Ⅰ?、? 應(yīng)加入的物質(zhì) 所起的作用 A 銅屑和稀硝酸 制取NO氣體 B 水 排水收集NO氣體 C 主要是接收B中排出的水 D ③反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，A中銅屑表面出現(xiàn)無(wú)色小氣泡，反應(yīng)速率逐漸加快；A管上部空間由無(wú)色逐漸變?yōu)闇\紅棕色，隨著反應(yīng)的進(jìn)行又逐漸變?yōu)闊o(wú)色；A中的液體由無(wú)色變?yōu)闇\藍(lán)色；B中的水面逐漸下降，B管中的水逐漸流入燒杯C中 解析　(

20、1)KMnO4與濃鹽酸發(fā)生反應(yīng)：2KMnO4＋16HCl(濃)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。裝置B采用向上排空氣法收集Cl2，裝置C起安全瓶作用，防止D中的液體倒吸進(jìn)入B中。Cl2具有毒性，裝置D中NaOH溶液用于吸收多余的Cl2，防止污染環(huán)境。 (2)實(shí)驗(yàn)室制取NO氣體通常用銅與稀硝酸反應(yīng)：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。由于NO易與空氣中的O2反應(yīng)生成NO2，不宜用排空氣法收集NO氣體，應(yīng)用排水法收集NO，故裝置Ⅱ和Ⅳ錯(cuò)誤。裝置Ⅰ和Ⅲ比較，Ⅰ更簡(jiǎn)單，A中Cu與稀硝酸反應(yīng)生成NO氣體，B中盛滿水，用排水法收集NO。 題組三　氣體

21、制備裝置的連接 5．某課外活動(dòng)小組用圖中的儀器和藥品組裝一套實(shí)驗(yàn)裝置制取干燥的CO，用CO還原Fe2O3粉末制取還原鐵粉。(制取CO的原理為H2C2O4CO2↑＋CO↑＋H2O) 序號(hào) 儀器及藥品 序號(hào) 儀器及藥品 A B C D E (1)如果所制氣體流向?yàn)閺淖笙蛴視r(shí)，上述組裝的實(shí)驗(yàn)裝置從左向右的連接順序(填儀器序號(hào))是______→______→______→______→______。 (2)正確的操作第一步應(yīng)是__________；最后一步應(yīng)是熄滅________處的酒精燈。 (3)裝置B的作用是_________________；

22、裝置E的作用是______________________。 答案　(1)A　E　C　D　B (2)連接好裝置并檢查裝置的氣密性　A (3)檢驗(yàn)D中生成的CO2　除去CO中的CO2 解析　(1)先通過(guò)裝置A制備CO，但其中含有CO2雜質(zhì)，可用裝置E中的NaOH溶液除去，然后用濃硫酸除去CO中的水蒸氣，干燥純凈的CO在裝置D中還原氧化鐵，最后用裝置B中的澄清石灰水檢驗(yàn)D中生成的CO2。 (2)氣體制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中必須檢查裝置的氣密性。對(duì)于A、D兩處的酒精燈，應(yīng)最后撤掉A處的酒精燈，防止還原出的Fe再被氧化，并防止出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象。 (3)裝置B中盛裝澄清石灰水，用來(lái)檢驗(yàn)D中生成的CO2氣

23、體；裝置E中盛裝的NaOH溶液用來(lái)除去CO中的CO2。 6．(2011·重慶理綜，27)固態(tài)化合物A由兩種短周期元素組成，可與水發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)。甲組同學(xué)用下圖裝置(夾持裝置略)對(duì)其進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。 (1)儀器B的名稱(chēng)是________。 (2)實(shí)驗(yàn)中，Ⅱ中的試紙變藍(lán)，Ⅳ中黑色粉末逐漸變?yōu)榧t色并有M生成，則Ⅲ中的試劑為_(kāi)_______；Ⅳ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______；V中的試劑為_(kāi)_______。 (3)乙組同學(xué)進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)，但裝置連接順序?yàn)?Ⅰ－Ⅲ－Ⅳ－Ⅱ－Ⅴ－Ⅵ，此時(shí) Ⅱ 中現(xiàn)象為_(kāi)_______，原因是________。 (4)經(jīng)上述反應(yīng)，2.5 g化合物A理論上可

24、得0.56 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)M；則A的化學(xué)式為_(kāi)_______。 答案　(1)分液漏斗 (2)堿石灰　3CuO＋2NH3△,3Cu＋N2＋3H2O 濃H2SO4 (3)紅色石蕊試紙變藍(lán)　CuO與氨氣反應(yīng)生成的水和未反應(yīng)的氨氣生成氨水，使紅色石蕊試紙變藍(lán) (4)Mg3N2 解析　(1)儀器B是分液漏斗。(2)使紅色石蕊試紙變藍(lán)色的氣體在中學(xué)中所學(xué)過(guò)的只有NH3，因此化合物A中一定含有N元素，由于干燥后的NH3在加熱情況下可以與CuO反應(yīng)，因此Ⅲ中干燥管內(nèi)干燥劑為堿石灰，Ⅳ中反應(yīng)的化學(xué)方程式為 3CuO＋2NH3△,3Cu＋N2＋3H2O；Ⅴ中的試劑為濃H2SO4，用來(lái)干燥和洗氣。 (3)乙組同學(xué)將裝置Ⅳ放在裝置Ⅱ之前，由于CuO與NH3反應(yīng)產(chǎn)生H2O，H2O與未反應(yīng)的NH3反應(yīng)生成NH3·H2O使紅色石蕊試紙變藍(lán)色。(4)設(shè)該化合物的化學(xué)式為X3Ny，X的相對(duì)原子質(zhì)量為x，則： X3Ny　　　　　～　　　　　　N2 1 1∶＝∶ 討論：y只能取正整數(shù)，若y＝1，x＝12，無(wú)解。 若y＝2，x＝24，符合，則化合物A為Mg3N2。 10