高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題講座三 氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集-人教版高三化學(xué)試題

專題講座三　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： (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(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。 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)，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____________(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(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__________________。 解析　(1)制備氣體的裝置在加入反應(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(g)。 答案　(1)①檢查裝置氣密性?、陔p氧水(或過氧化氫)　Na2O2?、踑bcd (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(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)：________________________________________________________________； ②SO2(HCl)：________________________________________________________________； ③Cl2(HCl)：_________________________________________________________________。 (2)中性氣體中含有酸性雜質(zhì)氣體 ①O2(Cl2)：___________________________________________________________________； ②CO(CO2)：_________________________________________________________________； 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)：___________________________________________________________________。 (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　③H2O (3)飽和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(yīng)該是除雜在前，干燥在后。其原因是：氣體除雜過程中會(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(dǎo)出的氣體通過裝有灼熱銅網(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(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?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，如無水CaCl2。無水CaCl2呈中性，對(duì)各類氣體一般均可干燥，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(qiáng)氧化性) 無水氯化鈣 (中性) 堿石灰 (堿性) 除雜試劑Cu、 CuO、Mg等 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。 6．氣體的收集 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、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(nèi)容見本書第11頁(yè)。 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(dāng)?shù)闹苽溲b置 (1)此裝置適用于制備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(duì)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(yīng)產(chǎn)生氣體的量的是(　　) 答案　B 解析　A項(xiàng)可通過控制加入液體的量來控制產(chǎn)生氣體的量；C、D兩項(xiàng)中裝置類似于啟普發(fā)生器，可通過活塞的開關(guān)調(diào)節(jié)反應(yīng)器的壓強(qiáng)，控制反應(yīng)與否，來控制產(chǎn)生氣體的量。 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，收集應(yīng)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．實(shí)驗(yàn)室常用的幾種氣體發(fā)生裝置如圖A、B、C所示： (1)實(shí)驗(yàn)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(zhì)是氣體收集方法選擇的主要依據(jù)。下列性質(zhì)與收集方法無關(guān)的是________(填序號(hào)，下同)。 ①密度?、陬伾、廴芙庑浴、軣岱€(wěn)定性　⑤與氧氣反應(yīng) (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　　②NO　?、跜l2　?、蹾2 答案　(1)濃氨水、CaO固體(或NaOH固體) (2)②④　(3)③ 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(shí)驗(yàn)室制備少量無水FeCl3，儀器連接順序正確的是(　　) A．a(chǎn)－b－c－d－e－e－f－g－h(huán) B．a(chǎn)－e－d－c－b－h(huán)－i－g C．a(chǎn)－d－e－c－b－h(huán)－i－g D．a(chǎn)－c－b－d－e－h(huán)－i－f 答案　B 解析　裝置順序?yàn)橹坡葰?、除雜(HCl、水蒸氣)、反應(yīng)制備、尾氣處理，注意洗氣瓶中導(dǎo)管為“長(zhǎng)進(jìn)短出”。 6．N2在諸多領(lǐng)域用途廣泛。某化學(xué)興趣小組為探究在實(shí)驗(yàn)室制備較為純凈N2的方法，進(jìn)行了認(rèn)真的準(zhǔn)備。請(qǐng)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(shí)獲得活性銅粉。 方案3：將空氣緩緩?fù)ㄟ^灼熱的銅粉獲得較純的N2。 [實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備]以實(shí)驗(yàn)室常見儀器(藥品)等設(shè)計(jì)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(yīng)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(hào))。獲得N2的反應(yīng)原理是________________________________________________________________________(寫反應(yīng)方程式)。 (3)若以排水法收集N2，其中會(huì)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與空氣密度大小接近，收集的氮?dú)庵幸谆烊胙鯕獾瘸煞帧∮谜婵諝饽沂占?其他合理答案也可) 解析　(1)方案1為加熱兩種液態(tài)物質(zhì)，符合此條件的只有A裝置。(2)方案2為固體和氣體的反應(yīng)，反應(yīng)器應(yīng)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(yīng)制取氨氣為固液不加熱的裝置，選擇E，但同時(shí)有水蒸氣生成，因此利用堿石灰來干燥，反應(yīng)完畢后產(chǎn)生的水蒸氣與沒有參與反應(yīng)的氨氣與氮?dú)庖煌瑢?dǎo)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(nèi)部空氣的裝置來收集氮?dú)狻? 題組三　氣體制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)組合 7．如圖所示的裝置常用于制取氣體并檢驗(yàn)氣體的性質(zhì)。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．關(guān)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(nèi)有水柱形成，表明裝置不漏氣 B．若裝置用于制取氯氣并驗(yàn)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(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)B中盛放固體NaOH，A中為濃氨水，C中為稀AgNO3溶液，則實(shí)驗(yàn)過程中，C試管中看不到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 答案　A 解析　A項(xiàng)，由于裝置的體積較大，可用酒精燈微熱燒瓶，加熱時(shí)干燥管口有氣泡冒出，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(xiàng)，制氯氣時(shí)應(yīng)用濃鹽酸，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，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(cuò)誤；D項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)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(cuò)誤。 8．“84”消毒液與硫酸溶液反應(yīng)可以制取氯氣(NaClO＋NaCl＋H2SO4Na2SO4＋Cl2↑＋H2O)，為探究氯氣的性質(zhì)，某同學(xué)利用此原理制氯氣并設(shè)計(jì)了如下所示的實(shí)驗(yàn)裝置。 請(qǐng)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(hào))。 (2)裝置B、C中依次放的是干燥的紅色布條和濕潤(rùn)的紅色布條，實(shí)驗(yàn)過程中該同學(xué)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(qǐng)?zhí)岢龊侠淼母倪M(jìn)方法：_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)為了驗(yàn)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(yīng)的離子方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)將氯氣通入飽和NaHCO3溶液中能產(chǎn)生無色氣體，已知酸性：鹽酸>碳酸>次氯酸，該實(shí)驗(yàn)證明氯氣與水反應(yīng)的生成物中含有________。 答案　(1)② (2)產(chǎn)生的氯氣中含有水蒸氣，兩者反應(yīng)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(zhì)的檢驗(yàn)，意在考查學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的方法了解化學(xué)變化的規(guī)律并對(duì)化學(xué)現(xiàn)象提出科學(xué)合理解釋的能力。(1)根據(jù)給出的化學(xué)方程式可知反應(yīng)物為液體，所以不能選用裝置①；反應(yīng)需要加熱，所以只能選裝置②。(2)氯氣中混有水蒸氣時(shí)，會(huì)生成具有漂白性的HClO；為了檢驗(yàn)具有漂白性的是次氯酸，而不是氯氣，通入裝置B中的應(yīng)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(yīng)生成CO2，而次氯酸與碳酸氫鈉溶液不反應(yīng)。