氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集

專題講座二 氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集1．氣體制備實(shí)驗(yàn)的基本思路2．重要?dú)怏w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(jìn)(1)改進(jìn)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(shí)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(jìn)優(yōu)點(diǎn)是能控制反應(yīng)液的溫度。圖B的改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)是使圓底燒瓶和分液漏斗中的氣體壓強(qiáng)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(jìn)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ⅠⅡⅢⅣ濃H2SO4(酸性、強(qiáng)氧無水氯化鈣(中性)堿石灰(堿性)除雜試劑Cu、常見干燥劑化性)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。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)難溶于水或微溶排水法于水，又不與水反O2、H2、NO、CO等應(yīng)的氣體密度大于空氣且向上排空氣法不與空氣中的成Cl2、SO2、NO2、CO2排空分反應(yīng)氣法密度小于空氣且向下排空氣法不與空氣中的成H2、NH3分反應(yīng)6.集氣裝置的創(chuàng)新 ——排液集氣裝置裝置(Ⅰ)從a管進(jìn)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(chǔ)氣式集氣。氣體從橡膠管進(jìn)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(huì)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(diǎn)燃等措施。(3)尾氣處理裝置 (見下圖a、b、c)①實(shí)驗(yàn)室制取 Cl2時(shí)，尾氣的處理可采用 b裝置。②制取CO時(shí)，尾氣處理可采用 ac裝置。③制取H2時(shí)，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(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述錯(cuò)誤的是( )實(shí)驗(yàn)試劑甲試劑乙試劑丙丙中的現(xiàn)象A稀鹽酸CaCO3Na2SiO3溶液有白色沉淀生成B濃硫酸Na2SO3BaCl2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{(lán)色D濃鹽酸KMnO4Na2S溶液有淡黃色沉淀生成答案 B解析 A項(xiàng)，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(xiàng)，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(cuò)誤； C項(xiàng)，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(lán)色，正確； D項(xiàng)，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(cè))用如圖所示裝置和相應(yīng)試劑能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?)選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑噭゛試劑b試劑c裝置A驗(yàn)證非金屬性：稀硫酸Na2CO3Na2SiO3溶液S>C>SiB制備純凈的氯氣濃鹽酸MnO2飽和食鹽水C檢驗(yàn)溶液X中含鹽酸溶液X澄清石灰水－有CO32D除去Na2SO3中的NaOH溶液氯水混合物Na2SO4答案 A解析 A項(xiàng)，裝置 b中出現(xiàn)氣體，說明硫酸的酸性強(qiáng)于碳酸，裝置 c中出現(xiàn)沉淀，說明碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性越強(qiáng)，非金屬性越強(qiáng)，即 S>C>Si，正確；項(xiàng)，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(cuò)誤；C項(xiàng)，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CO32－，可能含有HCO3－或SO32－或HSO3－，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，氯水具有強(qiáng)氧化性，能把SO32－氧化成SO42－，不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模e(cuò)誤。3．(2017·湖北省部分重點(diǎn)高中協(xié)作體高三上學(xué)期聯(lián)考)利用如圖所示裝置進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)，能得到相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的是()選項(xiàng)①②③實(shí)驗(yàn)結(jié)論A濃硫酸Na2SO3KMnO4溶液褪色SO2有漂白性B濃鹽酸KMnO4FeBr2溶液變?yōu)檠趸裕篊l2>Br2黃色C稀硫酸碳酸鈉CaCl2溶液無明CO2不與CaCl2顯變化反應(yīng)D濃硫酸具有脫水濃硫酸蔗糖溴水褪色性、吸水性答案

C解析

A項(xiàng)，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(cuò)誤；

B項(xiàng)，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(cuò)誤；

C項(xiàng)，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(xiàng)，溴水褪色說明有二氧化硫生成，證明了濃硫酸的強(qiáng)氧化性，錯(cuò)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 下列對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋不合理的是 ( )選項(xiàng)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BNa2SiO3溶液產(chǎn)生膠體沉淀酸性：H2SO3>H2SiO3CBa(NO3)2溶液生成白色沉淀SO32－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CCu和濃硫酸發(fā)生反應(yīng)△解析Cu＋2H2SO4(濃)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O。A項(xiàng)，SO2具有漂白性，能使品紅溶液褪色，正確；B項(xiàng)，通入SO2后產(chǎn)生膠體沉淀，說明產(chǎn)生H2SiO3，即H2SO3酸性強(qiáng)于 H2SiO3，正確；C項(xiàng)，SO2溶于水，溶液顯酸性， NO－3在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，能把

HSO或23

SO2－氧化成3

SO2－，因此沉淀是4

BaSO，錯(cuò)誤；4

D項(xiàng)，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·國卷全Ⅰ，10)實(shí)驗(yàn)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．管式爐加熱前，用試管在④處收集氣體并點(diǎn)燃，通過聲音判斷氣體純度C．結(jié)束反應(yīng)時(shí)，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(xiàng)，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(cuò)誤；

B項(xiàng)，先通H2以排除空氣，加熱前應(yīng)先檢驗(yàn)

H2的純度，正確；

C項(xiàng)，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(cuò)誤；D項(xiàng)，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(cuò)誤。6．(2018·南省海南中學(xué)高三月考海 )用下圖所示裝置測(cè)定水中氫、 氧元素的質(zhì)量比， 其方法是分別測(cè)定通氫氣前后玻璃管的質(zhì)量差和 U形管的質(zhì)量差，實(shí)驗(yàn)測(cè)得 m(H)∶m(O)>1∶8。下列對(duì)導(dǎo)致這一結(jié)果的原因分析中，一定錯(cuò)誤的是 ( )．Ⅰ、Ⅱ裝置之間缺少干燥裝置．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(shí)，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(shí)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(dāng)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(huì)造成測(cè)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

·北省武邑中學(xué)高三上學(xué)期期中考試河

)Cl2O

是一種強(qiáng)氧化劑，易溶于水且會(huì)與水反應(yīng)生成次氯酸，與有機(jī)物或還原劑接觸會(huì)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(diǎn)為－116℃，沸點(diǎn)為 3.8℃；Cl2的沸點(diǎn)為－34.6℃；HgO＋2Cl2===HgCl2＋Cl2O。下列說法正確的是 ( )．裝置②③中盛裝的試劑依次是濃硫酸和飽和食鹽水．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 Cl2OD．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(xiàng)，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(cuò)誤；

B項(xiàng)，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(cuò)誤；C

項(xiàng)，從裝置⑤中逸出氣體的主要成分是 Cl2，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，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(cè)定生成氣體在通常狀況

(約

20℃，1.01×105Pa)的體積。某同學(xué)擬選用如圖實(shí)驗(yàn)裝置完成實(shí)驗(yàn)：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 G9．實(shí)驗(yàn)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dcabihg10．亞硝酸鈉是一種工業(yè)鹽， 在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛。 現(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－2＋H2O②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(shí)間氮?dú)?，目的?_______________________________________________________________________________________________________。(2)為了檢驗(yàn)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(jìn)行的操作是 _______________________________________________。答案(1)排出裝置中的空氣，防止干擾NO的檢驗(yàn)(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(shí)間氮?dú)猓懦鲅b置中的空氣，防止干擾NO的檢驗(yàn)，否則會(huì)影響NO和NO2的檢驗(yàn)。(2)為了檢驗(yàn)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?yàn)镹O2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(yàn)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(shí)驗(yàn)必須檢查裝置的氣密性，故組裝好儀器后，接下來進(jìn)行的操作是檢查裝置的氣密性。11．利用如圖裝置，進(jìn)行 NH3與金屬氧化物 MxOy反應(yīng)生成 M、N2、H2O，通過測(cè)量生成水的質(zhì)量來測(cè)定 M的相對(duì)