江苏专用版高考化学专题八第3讲常见气体的实验室制备学案.docx
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江苏专用版高考化学专题八第3讲常见气体的实验室制备学案
第3讲 常见气体的实验室制备
【2020·备考】
最新考纲:
1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。
2.能识别或绘制简单的实验仪器装置图。
新课标要求:
能依据化学问题解决的需要,选择常见的实验仪器、装置和试剂,完成简单的物质性质、物质制备、物质检验等实验。
最新考情:
气体的制备一般以选择题形式呈现,结合基本实验操作、实验装置的选择等角度考查气体的制备、收集、提纯以及尾气处理等问题,如2017年T4、2014年T5等。
预计2020年高考会延续这一考查方向。
考点一 气体的制备与收集
[知识梳理]
1.常见气体制备的反应原理
(1)O2:
2KClO3
2KCl+3O2↑
或2H2O2
2H2O+O2↑;
(2)H2:
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑;
(3)NH3:
2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2H2O+2NH3↑;
(4)CO2:
CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑;
(5)Cl2:
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O;
(6)SO2:
Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+H2O+SO2↑;
(7)NO:
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
2.常见气体制备的发生装置
选择反应装置一般需从反应物的状态、溶解性和反应条件确定制气装置类型,具体如表中所示:
反应装
置类型
反应装置图
适用气体
操作注意事项
固、固加热型
O2、NH3
等
①试管要干燥
②试管口略低于试管底
③加热时先预热再固定加热
④用KMnO4制取O2时,需在管口处塞一小团棉花
固、液加热型
或液、液加
热型
Cl2等
①加热烧瓶时要垫石棉网
②反应物均为液体时,烧瓶内要加碎瓷片
无需
加热型
O2、H2、
CO2、SO2、
NO、NO2
等
①使用长颈漏斗时,要使漏斗下端插入液面以下
②启普发生器只适用于块状固体和液体反应,且气体不溶于水
③使用分液漏斗既可以增强气密性,又可控制液体流速和用量
3.气体的收集方法
收集方法
排水法
向上排空气法
向下排空气法
收集原理
收集的气体不与水反应且难溶于水
收集的气体密度比空气大,且与空气密度相差较大,不与空气中成分反应
收集的气体密度比空气小,且与空气密度相差较大,不与空气中成分反应
收集装置
适用的气体
H2、O2、NO、CH4
Cl2、CO2、NO2、SO2
H2、NH3
名师助学:
(1)NO不能用排空气法收集,主要因为NO易与空气中的氧气反应生成NO2,NO2不能用排水法收集,主要因为NO2易与水反应。
(2)密度与空气接近,且不与水反应或不溶于水的气体最好用排水法收集,如N2、CO、乙烯等。
[题组诊断]
气体的制备与收集
1.可用如图所示装置制取、净化、收集的气体是( )
A.锌和稀硝酸反应制一氧化氮
B.亚硫酸钠与浓硫酸反应制二氧化硫
C.固体NaCl与浓H2SO4反应制取HCl
D.浓氨水和生石灰反应制取氨气
解析 NO不能用排气法收集,A项错误;亚硫酸钠与浓硫酸反应不需加热即可制取二氧化硫,可以用浓硫酸除去水蒸气,并且二氧化硫的密度大于空气的密度,可以用该装置制取、净化、收集,B项正确;HCl气体极易溶于水,用NaOH溶液吸收会发生倒吸,C项错误;氨气是碱性气体,不能用浓硫酸净化,D项错误。
答案 B
2.下列有关实验装置进行的相应实验,能达到实验目的的是( )
A.用图①所示装置制取少量纯净的CO2气体
B.用图②所示装置验证镁和稀盐酸反应的热效应
C.用图③所示装置制取并收集干燥纯净的NH3
D.用图④所示装置制备Fe(OH)2并能保证较长时间观察到白色
解析 用图①所示装置制取少量CO2气体时,应用稀盐酸和CaCO3,A项错误;可以通过图②装置U形管左右两端的液面差验证镁和稀盐酸反应的热效应,B项正确;氨气的密度比空气小,应用向下排空气法收集,C项错误;图④装置中酒精与水互溶,不能将FeSO4溶液与空气隔绝,D项错误。
答案 B
3.实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如下图所示(省略夹持和净化装置)。
仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验,合理的选项是( )
选项
a中的物质
b中的物质
c中收集的气体
d中的物质
A
浓氨水
CaO
NH3
H2O
B
浓硫酸
Na2SO3
SO2
NaOH溶液
C
稀硝酸
Cu
NO2
H2O
D
浓盐酸
KMnO4
Cl2
NaOH溶液
解析 NH3的密度小于空气,收集时需用向下排空气法,即c中导管应是“短进长出”,A项错误,B项正确;制取NO2需选用Cu与浓硝酸反应,C项错误;采用浓盐酸与KMnO4制取氯气时不需要加热,D项正确。
答案 BD
【解题流程】
1.物质制备流程
-
⇩
-
⇩
-
⇩
-
⇩
-
2.实验操作流程
⇨
⇨
⇨
⇨
⇨
3.操作先后流程
(1)装配仪器时:
先下后上,先左后右。
(2)加入试剂时:
先固后液。
(3)实验开始时:
先检查装置气密性,再加药品,后点酒精灯。
(4)净化气体时:
一般先除去有毒、有刺激性气味的气体,后除去无毒、无味的气体,最后除水蒸气。
(5)防倒吸实验:
往往是最后停止加热或停止通气。
(6)防氧化实验:
往往是最后停止通气。
【拓展升华】
改进创新装置
(1)排液集气装置
从a管进气b管出水可收集难溶于水的气体,如H2、O2等。
若将广口瓶中的液体更换为:
①饱和食盐水——收集Cl2
②饱和NaHCO3溶液——收集CO2
③饱和NaHS溶液——收集H2S
④四氯化碳——HCl或NH3
(2)排水量气装置
用以上装置可测量难溶于水的气体的体积,并将少量的该气体贮存在容器中。
读数时,要求每套装置中的两容器中液面相平,且读数时要求视线与凹液面的最低点相平。
考点二 气体的净化和尾气处理
[知识梳理]
1.常见气体的净化方法和净化装置
(1)常见气体的净化方法:
气体的净化可分为物理方法和化学方法。
遵循的原则:
不损失原来气体,不引入新杂质。
①物理方法
a.液化法:
利用沸点不同从空气中分离出N2和O2。
b.水洗法:
利用溶解度不同从N2和NH3的混合气体中除去NH3。
②化学方法
a.氧化还原法:
通过灼热的铜丝网除去混合气体中的O2;通过灼热的CuO除去H2、CO等。
b.酸碱法:
将NH3和CO2的混合气体通过碱石灰除去CO2。
c.沉淀法:
除去CO2中的H2S可利用CuSO4溶液,H2S+CuSO4===CuS↓+H2SO4。
(2)常见净化装置
a装置为加热固态试剂以除去气体中杂质的装置,为防止固体“流动”,两端用石棉或玻璃棉堵住,但要使气流通畅。
b装置一般盛液体试剂,用于洗液。
c装置一般盛固体试剂,用于气体除杂和定量计算。
(3)常见干燥剂
液态干燥剂
固态干燥剂
装置
常见干燥剂
浓硫酸(酸性、强氧化性)
无水氯化钙(中性)
碱石灰(碱性)
不可干燥的气体
NH3、H2S、
HBr、HI等
NH3
Cl2、H2S、HCl、SO2、CO2等
2.尾气的处理
(1)转化处理
对有毒、有害的气体必须用适当的方法予以吸收或点燃变为无毒、无害的气体,再排放到空气中。
实验室中常见有毒气体的处理方法如表所示:
Cl2
SO2
NO2
H2S
HCl
NH3
CO
NO
NaOH溶液
CuSO4溶液或NaOH溶液
水
水或H2SO4溶液
点燃
与O2混合后通入NaOH溶液
(2)直接排入空气中:
主要是针对无毒、无害气体的处理。
如N2、O2、CO2等。
(3)尾气处理装置
①吸收型:
②燃烧型:
③贮存型:
名师助学:
选择气体干燥剂应注意的事项
(1)酸性干燥剂(如浓硫酸、P2O5等)不能用来干燥碱性气体。
(2)碱性干燥剂(如碱石灰、生石灰、固体NaOH等)不能用来干燥酸性气体(如CO2)。
(3)有氧化性的干燥剂(如浓硫酸)不能干燥有还原性的气体(如H2S、HI等)。
[题组诊断]
气体的净化和尾气处理
1.(2017·江苏南京盐城期末)某课外小组的同学设计了以下装置(部分夹持仪器已略)制取无水AlCl3(易升华),其中不能达到相应实验目的的是( )
A.用装置甲制取氯气
B.用装置乙干燥氯气
C.用装置丙制取并收集AlCl3
D.用装置丁处理丙中排出的尾气
解析 由于碱石灰的成分是氧化钙和氢氧化钠,能与氯气反应,不能用作氯气的干燥剂,B项错误。
答案 B
2.(2018·苏州期中)下列装置适用于实验室制氨气并验证氨气的某种化学性质,其中能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取氨气
B.用装置乙除去氨气中的水蒸气
C.用装置丙验证氨气具有还原性
D.用装置丁吸收尾气
解析 A项,无加热,两者反应生成NH3·H2O,无法制得NH3,错误;B项,NH3能被浓硫酸吸收:
2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4,错误;C项,发生反应:
2NH3+3CuO
N2↑+3Cu+3H2O,NH3作还原剂,正确;D项,NH3直接通入水中,会倒吸,错误。
答案 C
3.(2017·江苏苏北三市三模)用下列装置在实验室中进行二氧化硫的制取、检验、收集和尾气处理,不能达到相应实验目的的是( )
A.用装置甲制取二氧化硫
B.用装置乙检验二氧化硫的漂白性
C.用装置丙收集二氧化硫
D.用装置丁进行尾气处理
解析 A项,75%的硫酸为浓H2SO4,与Na2SO3不需要加热可以生成SO2,正确;B项,SO2可以使品红褪色,正确;C项,SO2的密度比空气大,应从长管进气,错误;D项,两个较大的球泡,可以防止倒吸,正确。
答案 C
【思维建模】
(1)气体除杂的一般思路
气体的除杂,首先要判断气体中的杂质。
判断气体中的杂质的方法:
①看反应物的性质,如用盐酸制取的气体中应含有HCl气体杂质;②看气体是否完全反应,如用CO2与Na2O2反应制取的氧气中应含有CO2杂质;③看反应实质,如C和浓硫酸加热制取的SO2中一定含有CO2;④看是否有副反应发生等。
最后再根据杂质的性质选择合适的试剂及装置。
(2)干燥气体时选择干燥剂的原则
①不减原则:
即通过干燥操作之后,目标气体的量不能减少;②不反应原则:
干燥剂不能与目标气体反应。
(3)气体除杂原则
①先除杂质后干燥;用加热法除去杂质时,应先干燥后加热。
②用洗气瓶吸收气体杂质时,气流方向是长管进,短管出。
用干燥管吸收气体杂质时,气流方向是大口进,小口出。
③若气体中含有多种酸性气体杂质时,应先将酸性较强的杂质气体除去,再除酸性较弱的杂质气体。
【知识网络回顾】
1.(2018·扬州期中)下列制取Cl2、验证其漂白性、收集并进行尾气处理的装置或原理不能达到实验目的的是( )
解析 B项,Cl2和KI反应生成I2,体现Cl2的氧化性,不是漂白性,错误。
答案 B
2.下列气体发生装置,当加入适当的块状固体和液体时不具有随开随关功能的是( )
解析 “随开随关”原理是利用压强差控制块状固体和液体反应。
打开止水夹,利用液体压强使液体与块状固体接触而反应;关闭止水夹,生成气体产生的压强使液体与块状固体脱离而停止反应,D项错误。
答案 D
3.下列有关图示装置的叙述不正确的是( )
A.装置①可用于吸收实验中多余的SO2
B.装置②可用于收集H2、NH3、Cl2、NO2等
C.装置③中X为苯,可用于吸收NH3或HCl气体
D.装置④可用于收集NH3,并吸收多余的NH3
解析 SO2和NaOH溶液会发生反应,故用NaOH溶液吸收SO2可以防止污染,A项正确;装置②中如果气体从长导管通入,只能收集密度比空气大且不能与空气中的成分发生反应的气体,此时可以收集Cl2、NO2等气体;如果气体从短导管通入,只能收集密度比空气小且不能与空气中的成分发生反应的气体,此时可以收集H2、NH3等,B项正确;装置③中如果X为苯,因为苯的密度比水的小,故苯应该在上层,C项错误;装置④中先用盛有碱石灰的干燥管除去NH3中的水蒸气,然后用排空气法收集NH3,最后用防倒吸的装置吸收多余的NH3,D项正确。
答案 C
4.
(1)有下列五套气体的干燥(及净化)装置
(2)有下列三套尾气的吸收装置
(3)利用
(1)、
(2)提供的装置连接组装以下气体的净化及尾气的处理装置:
①Cl2[含HCl、H2O(g)]装置的连接为:
Cl2
________接________接________。
②SO2[含HCl、H2O(g)]装置的连接为:
SO2
________接________接________。
③NH3[H2O(g)]装置的连接为:
NH3
________接________。
④CO[含H2O(g)]装置的连接为:
CO―→接________接________。
答案 ①D A或B 甲 ②E A或B 乙 ③C 乙 ④A或B或C 丙
一、选择题
1.(2018·海南化学,7)下列分离方法正确的是( )
A.回收水溶液中的I2:
加入乙酸,分液,蒸发
B.回收含有KCl的MnO2:
加水溶解,过滤,干燥
C.除去氨气中的水蒸气:
通过盛有P2O5的干燥管
D.除去乙醇中的水,加入无水氯化钙,蒸馏
答案 B
2.可用如图所示装置干燥、收集及尾气处理的气体是( )
①H2S ②HCl ③NH3 ④Cl2 ⑤SO2 ⑥C2H4
A.①和②B.②和⑤
C.③和④D.⑤和⑥
解析 H2S和NH3不能用浓H2SO4干燥,C2H4不能用排空气法收集,因密度与空气很接近,Cl2应用NaOH溶液进行尾气处理,B项正确。
答案 B
3.(2018·南通一模)下列装置应用于实验室制NO2并回收硝酸铜,能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取NO2
B.用装置乙除NO2中的少量HNO3
C.用装置丙收集NO2
D.用装置丁蒸干Cu(NO3)2溶液制Cu(NO3)2·6H2O
解析 A项,Cu和稀HNO3反应生成NO,错误;B项,NO2能与水反应,错误;D项,由于Cu(NO3)2水解,蒸干无法获得固体Cu(NO3)2·6H2O,错误。
答案 C
4.(2018·苏锡常镇一调)实验室制备氨气、收集、验证其还原性并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取氨气
B.用装置乙收集氨气时气体应该从a口进b口出
C.装置丙中黑色固体变成红色时还原产物一定为铜
D.可以用装置丁吸收氨气,进行尾气处理
解析 A项,NH4Cl加热分解生成NH3和HCl,但NH3和HCl化合又生成NH4Cl,无法制得氨气,错误;B项,NH3密度小于空气,用向上排空气法收集时,“短进长出”,正确;C项,除Cu外,Cu2O也是红色固体,不一定为铜,错误;D项,会发生倒吸,错误。
答案 B
5.(2018·江苏化学,5)下列有关从海带中提取碘的实验原理和装置能达到实验目的的是( )
A.用装置甲灼烧碎海带
B.用装置乙过滤海带灰的浸泡液
C.用装置丙制备用于氧化浸泡液中I-的Cl2
D.用装置丁吸收氧化浸泡液中I-后的Cl2尾气
解析 灼烧应在坩埚中进行,A项错误;海带灰浸泡液通过过滤可得海带灰和滤液,B项正确;浓HCl与MnO2反应制备Cl2时需要加热,C项错误;Cl2在饱和NaCl溶液中的溶解度小,应用碱液吸收,D项错误。
答案 B
6.(2018·江苏扬州期末)下列有关实验装置的说法正确的是( )
A.用图甲装置收集并测量NO2的体积
B.用图乙装置可以完成“喷泉”实验
C.用图丙装置可以实现化学能转化为电能
D.用图丁装置制取并收集SO2
解析 NO2与H2O发生反应,A项错误;Cl2在饱和食盐水中溶解度最小,不能发生“喷泉”现象,B项错误;该装置符合原电池形成条件,C项正确;Cu与浓硫酸反应需要加热才能发生,D项错误。
答案 C
7.(2018·江苏南通期末)下列有关实验原理或实验操作正确的是( )
A.用装置甲收集SO2并验证其漂白性
B.用装置乙验证氯气与水反应有盐酸生成
C.用澄清石灰水鉴别苏打溶液和小苏打溶液
D.用NaOH溶液除去苯中混有的少量苯酚,反应后分液
解析 用装置甲收集SO2并验证其还原性(不是漂白性),A项错误;由于浓盐酸挥发干扰检验,B项错误;澄清石灰水与苏打溶液和小苏打溶液反应均有碳酸钙沉淀生成,C项错误;苯酚与NaOH溶液反应生成溶于水的苯酚钠,分液除去即可,D项正确。
答案 D
8.关于下列各实验装置图的叙述中,正确的是( )
A.装置①可用于分离苯和溴苯的混合物
B.装置②可用于吸收HCl或NH3气体
C.装置③可用于分解NH4Cl制备NH3
D.装置④b口进气可收集CO2或NO气体
解析 苯和溴苯互溶,可以采用蒸馏的方法分离,A项正确;HCl和NH3极易溶于水,导气管直接伸入水层会产生倒吸,B项错误;NH4Cl分解后产生的HCl和NH3遇冷会迅速化合,C项错误;NO不能用排空气法收集,CO2密度比空气大,收集时导管要长进短出,D项错误。
答案 A
9.(2018·通扬泰徐淮宿二调)下列通过制取硫酸铝、氢氧化铝获得氧化铝的装置和原理能达到实验目的的是( )
解析 A项,常温下,浓硫酸遇铝钝化,错误;B项,NaOH过量,Al(OH)3溶解,错误;D项,灼烧要用到坩埚,不是蒸发皿,错误。
答案 C
10.下列实验中,所使用的装置(夹持装置略)、试剂和操作方法都正确的是( )
解析 为防止氢氧化亚铁被氧化,滴管伸入硫酸亚铁溶液中制备氢氧化亚铁,A项正确;应在烧杯中溶解固体,冷却后转移到容量瓶中,B项错误;氨气易溶于水,不能用排水法收集氨气,C项错误;挥发的乙醇、浓H2SO4被还原生成的SO2也可使酸性KMnO4褪色,D项错误。
答案 A
11.某学习小组设计实验制备供氢剂氢化钙(CaH2),实验装置如下图所示。
已知:
氢化钙遇水剧烈反应。
下列说法正确的是( )
A.相同条件下,粗锌(含少量铜)比纯锌反应速率慢
B.酸R为浓盐酸,装置b中盛装浓硫酸
C.实验时先点燃酒精灯,后打开活塞K
D.装置d的作用是防止水蒸气进入硬质玻璃管
解析 粗锌中含少量铜,锌、铜、稀硫酸构成原电池,使反应速率加快,A项错误;酸R应为稀硫酸,实验室一般不会使用浓盐酸和锌粒反应制取氢气,因为这样会引入氯化氢杂质,徒增除杂成本,装置b中盛装浓硫酸,用于干燥氢气,B项错误;点燃酒精灯前必须用氢气排尽装置内的空气,避免钙与空气中的氧气反应,或引燃氢气和空气的混合物,C项错误;氢化钙遇水剧烈反应,装置d中的浓硫酸可吸收水槽中可能逸出的水蒸气,避免氢化钙因吸收水蒸气而变质,D项正确。
答案 D
二、填空题
12.实验室常见的几种气体发生装置如图A、B、C所示:
(1)实验室可以用B或C装置制取氨气,如果用C装置,通常使用的药品是________;检查C装置气密性的操作方法是______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)气体的性质是选择气体收集方法的主要依据。
下列气体的性质与收集方法无关的是________(填序号,下同)。
①密度 ②颜色 ③溶解性 ④热稳定性 ⑤是否与氧气反应
(3)下图是某学生设计收集气体的几种装置,其中不可行的是________________。
(4)若用A装置与D装置相连制取收集X气体,则X可能是下列气体中的________;
①CO2 ②NO ③Cl2 ④H2
其中在D装置中连接小烧杯的目的是_____________________________________________________________________。
解析
(1)采用B装置制取氨气时应选用消石灰和氯化铵固体;C装置适用于固体与液体不需要加热的反应,故应选用浓氨水和氧化钙(或碱石灰、固体氢氧化钠等)。
检查C装置气密性的操作是连接一根导管,将导管通入水槽中,用手捂或酒精灯微热圆底烧瓶底部,如果导管口处有气泡产生,松开手或停止加热后,在导管里形成一段水柱,则说明C装置气密性良好。
(2)选择气体收集方法,无需考虑气体的颜色和热稳定性,根据密度和是否与氧气反应选择能否采用向上或向下排空气法,根据溶解性判断能否选择排水或排其他液体的方法。
(3)收集气体时不应采取b,b装置密闭不能排出空气。
(4)制取CO2时不需加热,也不必处理尾气;NO常温下与氧气反应,不能用排空气法收集;制取H2时不需加热,应采用向下排空气法收集,尾气处理时一般用点燃的方法,故X可能是氯气。
D装置中的小烧杯用来吸收尾气,防止污染空气。
答案
(1)浓氨水和氧化钙(或碱石灰、固体氢氧化钠等)关闭分液漏斗的活塞连接一根导管,将导管通入水槽中,用手捂或酒精灯微热圆底烧瓶底部,如果导管口处有气泡产生,松开手或停止加热后,在导管里形成一段水柱,说明C装置气密性良好
(2)②④ (3)b (4)③ 吸收尾气,防止污染空气
13.四氯化钛(TiCl4)是生产金属钛及其化合物的重要中间体。
室温下,四氯化钛为无色液体。
某化学兴趣小组同学以TiO2和CCl4为原料在实验室制取液态TiCl4,装置如下图所示:
有关信息如下:
①反应原理:
TiO2(s)+CCl4(g)
TiCl4(g)+CO2(g)。
②反应条件:
无水无氧且加热。
③有关物质性质如下表所示:
物质
熔点/℃
沸点/℃
其他
CCl4
-23
76
与TiCl4互溶
TiCl4
-25
136
遇潮湿空气产生白雾
请回答下列问题:
(1)装置F中有氮气生成,该反应的化学方程式为______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)实验装置依次连接的顺序为F→B→________。
(3)实验开始前首先点燃________处(填“D”或“F”)酒精灯,目的是_____________________________________________________________________。
(4)E装置不能换成B装置,理由是____________________________________。
(5)欲分离装置C中的液态混合物,所采用操作方法的名称是____________________________________________________________________。
(6)TiCl4是制取航天航空工业材料钛合金的重要原料。
某钛合金含有的元素还有Al和Si等。
已知
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