常见气体的制备和检验教师专用.docx
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常见气体的制备和检验教师专用
常见气体的制备和检验
知识要点
1、常见气体的制取步骤
(1)气体制取装置:
气体发生装置-净化装置-干燥装置-或收集装置-吸收装置
(2)气体性质验证装置:
气体发生装置-净化装置-(干燥装置)-性质验证装置-吸收装置
2、气体发生装置
(1)化学实验中需用少量气体时,可以根据原料和反应条件在实验室中进行制备,常用的制备方法。
制备方法
装置图
适用气体
注意事项
固体+固体,加热
氧气,氮气,氨等
1.试管口略向下倾斜,以免管口冷凝水倒流到灼烧处而使试管炸裂。
2.检查装置的气密性。
固体+液体,不加热
块状不溶于水的固体
氢气,二氧化碳,硫化氢等
1.在用简易装置时,如用长颈漏斗,漏斗颈的下端应伸入液面以下,否则起不到液封的作用;
2.溶于水的固体或液体与液体的混合物反应制备气体不能用启普发生器。
溶于水的固体或液体
固体(液体)+液体,加热
一氧化碳,二氧化硫,氯气,氯化氢等
1.只有液体时用沸石。
2.必要时可用三通玻璃管将蒸馏烧瓶支管与分液漏斗上口相通,以防止蒸馏烧瓶内气体压力太大。
(2)常见气体的制备、性质、用途:
气体
制备反应原理
溶解性
特性
H2
Zn+H2SO4==ZnSO4+H2
难溶
可燃性、还原性
O2
2KMnO4(s)
K2MnO4+MnO2+O2,2H2O2
2H2O+O2
难溶
氧化性、供呼吸
Cl2
MnO2(s)+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2+2H2O
2KMnO4+16HCl(浓)==2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O
可溶
黄绿色、氧化性、有毒
HCl
2NaCl+H2SO4(浓)
Na2SO4+2HCl或在浓盐酸中滴入浓硫酸
极易溶
酸性、刺激性
H2S
FeS(s)+2HCl==H2S+FeCl2
可溶
臭鸡蛋味、还原性、剧毒
NH3
2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)
CaCl2+2NH3+2H2O
或在碱石灰中滴入浓氨水
极易溶
易液化、弱碱性、刺激性
C2H4
CH3CH2OH
C2H4+H2O
难溶
略有甜香气味
CO2
CaCO3(s)+2HCl==CaCl2+CO2+H2O
可溶
弱酸性、不支持燃烧
SO2
Na2SO3+H2SO4(浓)==Na2SO4+SO2+H2O
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2+2H2O
易溶
漂白性、有毒、刺激性
NO
3Cu+8HNO3(稀)
3Cu(NO3)2+2NO+4H2O
难溶
剧毒、易被氧化
NO2
Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2+2H2O
易溶
有毒、氧化性、红棕色、刺激性
3、净化装置与干燥装置
(1)装置基本类型:
洗气瓶
液体除杂剂(不加热)
U形管球形干燥管
固体除杂剂(不加热)
固体除杂剂(加热)
实验室制备的气体常常带有酸雾和水汽,有时需要净化和干燥。
酸雾可用水或物质的水溶液除去,然后根据气体性质选用浓硫酸、无水氯化钙、碱石灰等吸收水汽。
通常可使用洗气瓶、U形管或干燥管等仪器进行净化或干燥。
液体(如水、浓硫酸等)一般装在洗气瓶内,无水氯化钙和碱石灰等固体装在U形管或干燥管内。
气体中如还有其他杂质,则应根据具体情况分别用不同的洗涤液或干燥剂进行处理。
(2)净化剂的选择
选择气体吸收剂应根据气体的性质和杂质的性质而确定,所选用的吸收剂只能吸收气体中的杂质,而不能与被提纯的气体反应。
一般情况下:
①易溶于水的气体杂质可用水来吸收;②酸性杂质可用碱性物质吸收;③碱性杂质可用酸性物质吸收;④水分可用干燥剂来吸收;⑤能与杂质反应生成沉淀(或可溶物)的物质也可作为吸收剂。
(3)常用的气体干燥剂按酸碱性可分为三类:
①酸性干燥剂,如浓硫酸、五氧化二磷、硅酸胶体。
酸性干燥剂能够干燥显酸性或中性的气体,如CO2、SO2、NO2、HCl、H2、Cl2、O2、CH4等气体。
②碱性干燥剂,如生石灰、碱石灰、固体NaOH。
碱性干燥剂可以用来干燥显碱性或中性的气体,如NH3、H2、O2、CH4等气体。
③中性干燥剂,如无水氯化钙等,可以干燥中性、酸性、碱性气体,如O2、H2、CH4等。
(4)净化与干燥注意事项
一般情况下,若采用溶液作除杂试剂,则是先除杂后干燥;若采用加热除去杂质,则是先干燥后加热。
在选用干燥剂时,显碱性的气体不能选用酸性干燥剂,显酸性的气体不能选用碱性干燥剂。
有还原性的气体不能选用有氧化性的干燥剂,不能用浓H2SO4干燥NH3、H2S、HBr、HI、SO3、C2H4等。
能与气体反应的物质不能选作干燥剂,如不能用CaCl2来干燥NH3(因生成CaCl2·8NH3)。
4、收集装置
根据气体的性质不同(即在水中的溶解度大小,相对于空气的密度大小),可有三种收集方法。
收集方法
实验装置
典型气体
适用气体
注意事项
排水集气法
H2、O2、NO、CO、CH4、CH2=CH2、CH≡CH
难溶于水的气体
1.集气瓶应先装满水,不能有气泡。
2.停止收集时,应先拔出导管或者移走水槽,才能移开灯具。
向下排气法
H2、NH3、CH4CH≡CH
比空气轻的气体
1.集气导管应尽量接近集气瓶底。
2.在空气中易氧化的或密度与空气接近的气体不宜用排气法,如一氧化氮等。
向上排气法
Cl2、HCl、CO2、SO2、O2、H2S
比空气重的气体
5、常见物质的分离、提纯和鉴别
化学方法分离和提纯物质
对物质的分离可一般先用化学方法对物质进行处理,然后再根据混合物的特点用恰当的分离方法(见化学基本操作)进行分离。
用化学方法分离和提纯物质时要注意:
①最好不引入新的杂质;
②不能损耗或减少被提纯物质的质量
③实验操作要简便,不能繁杂。
用化学方法除去溶液中的杂质时,要使被分离的物质或离子尽可能除净,需要加入过量的分离试剂,在多步分离过程中,后加的试剂应能够把前面所加入的无关物质或离子除去。
※对于无机物溶液常用下列方法进行分离和提纯:
(1)生成沉淀法例如NaCl溶液里混有少量的MgCl2杂质,可加入过量的NaOH溶液,使Mg2+离子转化为Mg(OH)2沉淀(但引入新的杂质OH-),过滤除去Mg(OH)2,然后加入适量盐酸,调节pH为中性。
(2)生成气体法例如Na2SO4溶液中混有少量Na2CO3,为了不引入新的杂质并增加SO42-,可加入适量的稀H2SO4,将CO32-转化为CO2气体而除去。
(3)氧化还原法例如在FeCl3溶液里含有少量FeCl2杂质,可通入适量的Cl2气将FeCl2氧化为FeCl3。
若在FeCl2溶液里含有少量FeCl3,可加入适量的铁粉而将其除去。
(4)正盐和与酸式盐相互转化法例如在Na2CO3固体中含有少量NaHCO3杂质,可将固体加热,使NaHCO3分解生成Na2CO3,而除去杂质。
若在NaHCO3溶液中混有少量Na2CO3杂质,可向溶液里通入足量CO2,使Na2CO3转化为NaHCO3。
(5)利用物质的两性除去杂质例如在Fe2O3里混有少量的Al2O3杂质,可利用Al2O3是两性氧化物,能与强碱溶液反应,往试样里加入足量的NaOH溶液,使其中Al2O3转化为可溶性NaAlO2,然后过滤,洗涤难溶物,即为纯净的Fe2O3。
(6)离子交换法例如用磺化煤(NaR)做阳离子交换剂,与硬水里的Ca2+、Mg2+进行交换,而使硬水软化。
【例题精讲】
例1.以下是几种常见的气体制取装置,不适用于相应化学反应的是()
A.4HCl(浓)+MnO2
MnCl2+Cl2↑+2H2O 选用装置A
B.Ca(OH)2+2NH4Cl
CaCl2+2NH3↑+2H2O 选用装置B
C.2HNO3+CaCO3==Ca(NO3)2+H2O+CO2↑ 选用装置C
D.2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑ 选用装置D
例2.如图装置可用于收集气体并验证其某些化学性质,你认为正确的是()
选项
气体
试剂
现象
结论
A
NH3
酚酞溶液
溶液变红色
NH3显碱性
B
NO2
KI淀粉溶液
溶液变蓝
NO2有氧化性
C
Cl2
紫色石蕊试液
溶液先变红后褪色
Cl2有酸性和漂白性
D
X
澄清石灰水
溶液变浑浊
X可能是CO2
例3.下列各组物质中,能利用如图所示装置(图中尾气处理装置略)制备和收集气体的是()
A.石灰石和稀盐酸B.锌和稀硫酸
C.铜和稀硝酸D.氯化铵和氢氧化钙
例4.下列制备和收集气体的实验装置合理的是 ()
A.用氯化铵和氢氧化钙制NH3 B.用铜片和稀硝酸制NO
C.用锌粒和稀硫酸制H2 D.用双氧水和二氧化锰制O2
例5.下图中a、b、c表示相应仪器中加入的试剂,可用下图装置制取、净化、收集的气体是()
编号
气体
a
b
c
A
NH3
浓氨水
生石灰
碱石灰
B
CO2
盐酸
碳酸钙
饱和NaHCO3
C
NO
稀HNO3
铜屑
H2O
D
NO2
浓HNO3
铜屑
NaOH溶液
【基础过关】
1.下图是制取、洗涤并测量生成气体体积的装置示意图。
利用上述装置进行下表所列实验,能达到试验目的的是()
物质实验
a(液体)
b(固体)
c(液体)
A
稀盐酸
锌粒
浓H2SO4
B
浓氨水
生石灰
浓H2SO4
C
浓硫酸
Cu片
NaOH溶液
D
稀HNO3
Cu片
H2O
2.下列在实验室使用常用玻璃仪器取有关气体的反应原理正确的是()
A.2H2O2
2H2O+O2↑B.Na2SO3+H2SO4(稀) —→ Na2SO4+H2O+SO2↑
C.NH4C1(s)+NaOH(s)
NaC1+H2O+NH3↑D.CaCO3+H2SO4(稀) —→CaSO4+H2O+CO2↑
3.为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体,从下图中选择合适的的装置并连接。
合理的是()
A.a-a′→d-d′→e B.b-b′→d-d′→g C.c-c′→d-d′→g D.d-d′→c-c′→f
4.某无色气体可能由CH4、NO2、NH3、H2、CO、CO2和HCl中的几种气体混合而成。
在恒温恒压下,将此混合气体通过过量的澄清石灰水,未见石灰水变浑浊,但混合气体的总体积减小;将剩余气体导出后,在氧气中能点燃,燃烧产物不能使无水CuSO4粉末变蓝色,则原混合气体()
A.一定不含CH4和H2,可能含有NO2和NH3 B.一定含有CO,可能含HCl和CO2
C.只含有CO和HCl D.一定含CO和HCl,可能含CO2
5.某化学兴趣小组的同学利用下图所示实验装置进行实验(图中a、b、c表示止水夹)。
请按要求填空:
(1)利用B装置可制取的气体有 (写出两种即可)。
(2)A、C、E相连后的装置可用于制取Cl2并进行相关的性质实验。
①若在丙中加入适量水,即可制得氯水。
将所得氯水分成两分,进行实验I、II两个实验,实验操作、现象、结论如下:
实验序号
实验操作
现象
结论
I
将氯水滴入品红溶液
溶液褪色
氯气与水反应的产物有漂白性
II
氯水中加入NaHCO3粉末
有无色气泡产生
氯气与水反应的产物具有较强的酸性
请你评价实验I、II的结论是否合理?
若不合理,请说明理由:
。
②请利用上述装置设计一个简单的实验验证Cl—和Br—的还原性强弱(分别指出甲、乙、丙中盛装的试剂、实验现象及结论)
(3)B、D、E装置相连后,在B中盛装浓硝酸和铜片(放在有孔塑料板上),可制得NO2并进行有关实验。
①B中发生反应的化学方程式为 。
②欲用D装置验证NO2与水的反应,其操作步骤为:
先关闭止水夹 ,再打开止水夹 ,使烧杯中的水进入试管丁的操作是 。
③试管丁中的NO2与水充分反应后,若向试管内缓缓通入一定量的O2,直至试管全部充满水,则所得溶液中溶质的物质的量浓度是 (气体按标准状况计算)。
《常见气体的制备和净化》练习
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,集气瓶气体是()
①CO、O2②Cl2、CH4③NO2、O2④N2、H2
A.①②B.②④C.③④D.②③
2.可用右图装置制取(必要时可加热)、净化、收集的气体是()
A.铜和稀硝酸制一氧化氮
B.氯化钠与浓硫酸制氯化氢
C.锌和稀硫酸制氢气
D.硫化亚铁与稀硫酸制硫化氢
3.以下各种尾气吸收装置中,适合于吸收易溶性气体,而且能防止倒吸的是()双选
4.如图是一种试验某气体化学性质的实验装置,图中B为开关。
如先打开B,在A处通入干燥氯气,C中红色布条颜色无变化;当关闭B时,C处红色布条颜色褪去。
则D瓶中盛有的溶液是
A.浓H2SO4
B.饱和NaCl溶液
C.浓NaOH溶液
D.浓NaBr溶液
5.碳跟浓硫酸共热产生的气体X和铜跟浓硝酸反应产生的气体Y同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶中(如右图装置),下更有关说法正确的是()双选
A.洗气瓶中产生的沉淀是碳酸钡
B.在Z导管出来的气体中无二氧化碳
C.洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡
D.在Z导管口有红棕色气体出现
6.实验室制取下列气体时,尾气处理装置正确的是()
7.下列关于实验室制NH3的说法不正确的是()
A.可用NH4Cl固体与NaOH固体混合加热B.可用碱石灰干燥NH3
C.可用向下排空气法收集NH3D.可用排水法收集NH3
8.制备下列气体过程中,净化除杂的有关操作(括号内是杂质)其中正确的是()
A.CO2(CO)——气体通过灼热的CuOB.C2H4(SO2)——气体通过盛有溴水的洗气瓶
C.NO(NO2)——通过水洗干燥后,用向下排空气法收集
D.NH3(H2O)——浓H2SO4
9.利用下列各组中的物质制备并收集少量相应的气体,能采用右图装置的是()
①浓氨水和固体NaOH制NH3②大理石和浓盐酸制CO2
③过氧化氢溶液和二氧化锰制O2④稀硝酸和铜片制NO
⑤浓盐酸和二氧化锰制Cl2⑥电石与水制C2H2
⑦锌粒和稀硫酸制H2⑧乙醇和浓硫酸制C2H4
A.②③B.①⑥⑦C.②⑤⑧D.①④⑥
10.从绿色化学的理念出发,下列实验不宜用图7所示装置进行的是()
A.不同浓度的硝酸与铜反应
B.稀硫酸与纯碱或小苏打反应
C.铝与氢氧化钠溶液或盐酸反应
D.H2O2在不同催化剂作用下分解
11.为制备干燥、纯净的CO2,将大理石和盐酸反应生成的气体先后通过装有下列物质的两个洗气装置,两个装置中应依次装入()
A.水、无水CaCl2固体 B.饱和NaHCO3溶液、浓硫酸
C.浓H2SO4,饱和Na2CO3 D.饱和Na2CO3,稀H2SO4
12.下列各图所示装置,肯定不符合气密性要求的是( )
13.下列装置,不添加其它仪器无法检查气密性的是()
ABCD
14.氢硫酸不稳定,要现用现配;从H2S的性质全面考虑,下列吸收H2S制备氢硫酸的装置最合理的是()
ABCD
15.右图是气体制取装置,下列能用此装置制取气体能“随开随用、随关随停”的是()
A.大理石和稀盐酸制取二氧化碳
B.锌粒和稀硫酸制氢气
C.浓盐酸和二氧化锰制取氯气
D.电石和电制取乙炔
16.下列气体实验中,正确的是()
A.铜和稀硝酸制一氧化氮气体B.加热Cu(NO3)2(s)获取NO2(g)
C.浓硫酸滴入浓盐酸中制HClD.硫化氢气体的干燥与收集
17.实验室制备气体时,常会涉及到气体的制取、净化、收集、尾气处理装置,有时还会涉及到气体的体积量取和防倒吸装置。
下图是实验室制取气体时一些常用的仪器和装置,使用时可以根据需要在仪器和装置中加入必要的化学试剂。
①②③④⑤⑥⑦⑧⑨
待制取的气体有以下七种:
SO2、CO2、H2S、H2、HCl、C2H2、NH3。
(1)仪器①用来制备气体时的特点是__________________________________________;有时还可以用其他仪器来组装具有仪器①的特点的装置,如选择上述仪器中的仪器⑥和_________(填仪器编号,下同)来组装,或选择上述仪器中的⑧(多孔隔板)和_________来组装(组装仪器必需的夹持仪器不必写出),也能达到相同的目的。
(2)上述七种气体中,可由酸和盐反应制取且可用仪器①作为制取装置的有____________。
如何检查装置①的气密性?
____________________________________________________________________________________。
(3)装置④可有多种用途,如可作为收集气体、排水量气等装置。
除上述用途外,在不改变装置④的结构下,请你再写出装置④的其它一种用途并指明气体的流向:
用途:
____________________,气体的流向应为_________________。
(4)若将装置④中的广口瓶换成试管,不仅可以节约试剂,而且用途会更广泛。
有人设计了下列四个(A、B、C、D)装置,想通过控制止水夹等操作在试管II中得到Fe(OH)2沉淀,并且沉淀能较长时间保持白色。
试管I中的试剂为稀硫酸和铁屑,试管II中试剂为氢氧化钠溶液。
为了达到上述目的,应选用正确的装置是______(填编号),正确的操作是_______
__________________________________________________________________________。
18.某研究性学习小组同学查阅资料得知,漂白粉与硫酸溶液反应可制取氯气,化学方程式Ca(ClO)2+CaCl2+2H2SO4
2CaSO4+2Cl2↑+2H2O,他们设计了如下图制取氯气并验证其性质的实验装置:
请回答下列问题:
(1)该实验中A部分的装置是___________(填写装置的序号)。
(2)A中发生反应一段时间后,B中的现象是_______________,B中发生反应的化学方程式为,
整套实验装置存在的明显缺陷是_________________。
(3)写出D装置中发生反应的离子方程式______________________________。
(4)请你帮该小组同学设计一个实验,证明洗气瓶C中的Na2SO3已被氧化(简述实验步骤):
______________________________
△
19.为了完成一项研究项目,需要22.4L(S.P.T.)SO2.化学小组同学依据化学方程式:
Zn+2H2SO4(浓)ZnSO4+SO2↑+2H2O
取65.0g锌粒与98%的浓H2SO4110mL(ρ=1.84g/cm3)充分反应,锌粒全部溶解后,收集所得气体(X)经检验存在严重质量问题。
(1)推测:
化学小组制得的气体中可能混有的杂质气体主要是(填分子式):
产生杂质的主要原因是:
。
(2)实验验证:
化学小组的同学设计了如图装置,对退回的气体(X)取样进行认真探究(假设气体均能被完全吸收)/
①连接好装置后,必要的一个操作是。
②C中加入的试剂是:
,作用为:
。
③证实气体x中混有主要杂质气体的实验现象是:
D中:
,E中:
。
(3)结果处理:
通入一定量的X气体,使B装置中酸性KmnO4溶液(200mL、0.20mol/L)恰好褪色;D装置实验前后质量变化1.6g。
则X气体中SO2的体积分数为。
20.下图中A、B、C分别是某课外活动小组设计的制取氨气并进行喷泉实验的三组装置示意图,制取NH3选用试剂如图所示,回答下列问题:
(1)用A图所示的装置可制备干燥的NH3
①反应的化学方程式为:
________________________________________。
装置中收集NH3的试管口放置棉花团的作用是_________________________________________。
②干燥管中干燥剂能否改用无水CaCl2___________,理由是_________________________。
(2)用B图所示的装置可快速制取较大量NH3拟作喷泉实验。
根据B图所示的装置及试剂回答下列问题:
①用化学方程式表示浓氨水滴入CaO中有大量NH3逸出的过程:
___________________________________________________
②检验NH3是否收集满的实验方法是:
_________________________________________。
(3)用C图所示的装置进行喷泉实验,上部烧瓶已充满干燥氨气,引发水上喷的操作是___________________________,该实验的原理是:
_______________________________。
若测得C装置烧瓶中NH3的质量是相同状况下相同体积H2质量的10倍,则喷泉实验完毕后,烧瓶中水可上升至烧瓶容积的___________(填“几分之几”)。
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