高考化學一輪復習第5章非金屬及其化合物第24講常見氣體的實驗室制備、凈化和收集學案

第24講常見氣體的實驗室制備、凈化和收集1．了解常見氣體的制備原理、裝置及改進措施。2．能根據(jù)氣體的性質(zhì)及制備原理設計實驗流程。1．氣體制備實驗的基本思路2．常見氣體的發(fā)生裝置依據(jù)制備氣體所需的反應物狀態(tài)和反應條件，可將制備氣體的發(fā)生裝置分為三類。制備原理的特點發(fā)生裝置制備氣體固體＋固體eq\o(→,\s\up7(△))氣體O2、NH3等固體(或液體)＋液體eq\o(→,\s\up7(△))氣體Cl2等固體＋液體→氣體H2、CO2等3.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)氣體在性質(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)進行；④先除易除去的雜質(zhì)氣體；⑤先除雜后干燥。(2)氣體干燥、凈化裝置。裝置類型液態(tài)干燥劑固態(tài)干燥劑固體加熱常見干燥或除雜試劑濃硫酸(具有酸性和強氧化性)無水氯化鈣(呈中性)、堿石灰(呈堿性)Cu、CuO、Mg等例如，當CO2中混有O2雜質(zhì)時，應選用上述裝置中的裝置Ⅳ除去O2，除雜試劑是Cu粉。4．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)排水法難溶于水或微溶于水，且不與水反應O2、H2、NO、CO排空氣法向上排空氣法密度比空氣的大，且不與空氣中的成分反應Cl2、SO2、NO2、CO2向下排空氣法密度比空氣的小，且不與空氣中的成分反應H2、NH3[拓展]排液集氣的創(chuàng)新裝置裝置Ⅰ：從a導管進氣、b導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：儲氣式集氣。氣體從橡膠管進入，可將水由A瓶排入B瓶，在A瓶中收集到氣體。5．防堵塞及尾氣處理裝置(1)防堵塞安全裝置。(2)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，會污染空氣或引發(fā)火災、爆炸等危害。②方法：一般根據(jù)氣體的相關性質(zhì)，使其轉化為非氣態(tài)物質(zhì)或無毒物質(zhì)，如酸性有毒氣體用堿液吸收、可燃性氣體點燃等。③裝置：i．實驗室制取Cl2時，尾氣處理可采用eq\o(□,\s\up1(1))________裝置。ii.實驗室制取CO時，尾氣處理可采用eq\o(□,\s\up1(2))________裝置。iii.實驗室制取H2時，尾氣處理可采用eq\o(□,\s\up1(3))________裝置。[答案自填]eq\o(□,\s\up1(1))beq\o(□,\s\up1(2))a、ceq\o(□,\s\up1(3))a、c[易錯秒判]1．判斷下列制取氣體所選用的試劑是否正確。答案：(1)×(2)×(3)×(4)×2．判斷下列氣體的吸收或收集方法是否正確。答案：(1)×(2)×(3)×(4)×一、氣體的制備、凈化和收集1．下圖裝置可用于制取、提純并收集表格中的四種氣體(a、b、c表示相應儀器中加入的試劑)，其中可行的是()選項氣體abcANO2濃硝酸銅片NaOH溶液BSO2濃硫酸Cu酸性KMnO4溶液CNH3濃氨水生石灰堿石灰DCO2稀硝酸CaCO3濃硫酸答案：D2．根據(jù)實驗目的設計如下裝置的連接順序正確的是()A．制備收集C2H4：連接a→c→gB．制備收集NO：連接b→c→e→dC．制備收集NH3：連接b→d→e→cD．制備收集Cl2：連接a→f→c→e→d解析：選D。制備C2H4沒有控制溫度的溫度計，A錯誤；NO與O2反應，不能用排空氣法收集，B錯誤；NH3應用向下排空氣法收集，且濃硫酸吸收多余的NH3，易發(fā)生倒吸，C錯誤；飽和食鹽水除去Cl2中的HCl氣體，濃硫酸吸收水蒸氣，堿石灰吸收多余的Cl2，D正確。二、氣體制備裝置的改進與創(chuàng)新3．下列氣體發(fā)生裝置，當加入適當?shù)膲K狀固體和液體時不具有隨開隨用隨關隨停功能的是()解析：選D。A、B、C可以利用壓強差控制反應的發(fā)生與停止；D沒有隔離板，所以不能控制反應的發(fā)生與停止。4．下列裝置能達到實驗目的的是()解析：選C。A項，除雜質(zhì)時應從長管進氣且應用NaOH等強堿性溶液；B項，通入Cl2的導管應插入燒瓶底部；D項，會產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象。1.(2023·新高考北京卷)完成下述實驗，裝置或試劑不正確的是()實驗室制Cl2實驗室收集C2H4驗證NH3易溶于水且溶液呈堿性除去CO2中混有的少量HClABCD解析：選D。MnO2固體與濃鹽酸在加熱條件下反應生成Cl2，該裝置可用于實驗室制備Cl2，A項正確；C2H4不溶于水，可選擇排水法收集，B項正確；擠壓膠頭滴管，水進入燒瓶將NH3溶解，燒瓶中氣體大量減少使壓強急劇降低，打開活塞后水迅速被壓入燒瓶中形成紅色噴泉，紅色噴泉證明NH3與水形成的氨水是堿性物質(zhì)，C項正確；Na2CO3與CO2會發(fā)生反應，消耗CO2，應該選用飽和NaHCO3溶液，D項錯誤。2．(2022·新高考北京卷)利用下圖所示裝置(夾持裝置略)進行實驗，b中現(xiàn)象不能證明a中產(chǎn)物生成的是()選項a中反應b中檢測試劑及現(xiàn)象A濃硝酸分解生成NO2淀粉KI溶液變藍BCu與濃硫酸生成SO2品紅溶液褪色C濃NaOH與NH4Cl溶液生成NH3酚酞溶液變紅DCH3CHBrCH3與NaOH乙醇溶液生成丙烯溴水褪色解析：選A。A.濃硝酸具有揮發(fā)性，揮發(fā)出的硝酸也能與碘化鉀溶液反應生成I2而使淀粉溶液變藍色，故A符合題意；B.銅與濃硫酸共熱反應生成的二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色，故B不符合題意；C.濃氫氧化鈉溶液與氯化銨溶液共熱反應生成能使酚酞溶液變紅的氨，故C不符合題意；D.2-溴丙烷與氫氧化鈉乙醇溶液共熱發(fā)生消去反應生成能使溴水褪色的丙烯，故D不符合題意。3．(2021·高考全國甲卷)實驗室制備下列氣體的方法可行的是()選項氣體方法A氨加熱氯化銨固體B二氧化氮將鋁片加到冷濃硝酸中C硫化氫向硫化鈉固體滴加濃硫酸D氧氣加熱氯酸鉀和二氧化錳的混合物答案：D4．(2021·新高考海南卷)用如圖裝置制取干燥的氣體(a、b表示加入的試劑)，能實現(xiàn)的是()選項氣體abAH2S稀硫酸FeSBO2H2O2溶液MnO2CNO2濃硝酸鐵片DNH3濃氨水CaO解析：選B。A.H2S與濃硫酸反應，不能用濃硫酸干燥H2S，故A不能實現(xiàn)；B.發(fā)生反應2H2O2eq\o(=,\s\up7(MnO2))2H2O＋O2↑，可用濃硫酸干燥氧氣，故B能實現(xiàn)；C.鐵片和濃硝酸在常溫下發(fā)生鈍化，不能制取二氧化氮氣體，故C不能實現(xiàn)；D.氨與濃硫酸反應，不能用濃硫酸干燥氨，故D不能實現(xiàn)。課時跟蹤練[基礎鞏固]1．已知O2與焦性沒食子酸(含KOH)反應很快，利用下列裝置不能達到實驗目的的是()A．選擇①裝置制備氧氣B．選擇②裝置干燥和收集氧氣C．選擇③裝置探究焦性沒食子酸(含KOH)與氧氣的反應D．選擇④裝置分離MnO2和K2MnO4解析：選D。A.高錳酸鉀固體受熱分解，生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，可采用“固＋固加熱”裝置(①裝置)制備氧氣，A能達到實驗目的；B.氧氣的密度比空氣的大，可用向上排空氣法收集，氧氣不與堿石灰反應，故選擇②裝置干燥和收集氧氣，B能達到實驗目的；C.已知O2與焦性沒食子酸(含KOH)反應很快，會產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象，故選擇③裝置可探究焦性沒食子酸(含KOH)與氧氣的反應，C能達到實驗目的；D.MnO2和K2MnO4都不升華，不能用④裝置分離，D不能達到實驗目的。2．(2024·廣州執(zhí)信中學開學考試)下列有關氣體制備的說法正確的是()A．在實驗室中，可用加熱NH4Cl固體的方法制備氨B．在實驗室中，可用濃硫酸分別與NaCl、NaBr、NaI反應制取HCl、HBr、HIC．可用Na2SO3固體與較濃的硫酸反應制取SO2D．可用稀硝酸與FeS固體反應制取H2S解析：選C。A.加熱NH4Cl固體生成氨和氯化氫，在試管口遇冷二者又生成氯化銨固體，不能制備氨，A錯誤；B.濃硫酸具有強氧化性，碘離子具有還原性，濃硫酸會和碘離子發(fā)生氧化還原反應生成碘單質(zhì)，B錯誤；C.Na2SO3固體與較濃的硫酸發(fā)生復分解反應生成二氧化硫氣體，可以制取SO2，C正確；D.硝酸具有強氧化性，會和硫離子發(fā)生氧化還原反應生成硫單質(zhì)，D錯誤。3．(2024·廣州模擬)實驗室用MnO2和濃鹽酸制取Cl2，按照制備、凈化、性質(zhì)檢驗、收集及尾氣處理的順序進行實驗。下列裝置不能達到實驗目的的是()答案：D4．用所給試劑與下圖裝置能夠制取相應氣體的是(夾持儀器略)()選項ABCDX濃鹽酸濃硫酸過氧化氫溶液濃氨水YKMnO4C2H5OHMnO2NaOH氣體Cl2C2H4O2NH3解析：選C。濃鹽酸和KMnO4固體混合有氯氣生成，氯氣溶于水且與水發(fā)生反應，不能用排水法收集，故A不符合題意；在濃硫酸存在下，乙醇制乙烯需要迅速升溫到170℃，故B不符合題意；過氧化氫溶液在二氧化錳催化作用下分解生成氧氣，制取裝置不需要加熱，氧氣不易溶于水，可用排水法收集，故C符合題意；氨極易溶于水，不能用排水法收集，故D不符合題意。5．關于下列各裝置圖的敘述正確的是()A．裝置①是洗氣裝置，用于除去氯氣中的氯化氫B．實驗室用裝置②制取氨C．裝置③可用于制備氫氧化亞鐵并觀察其顏色D．裝置④中X物質(zhì)若為四氯化碳，可用于吸收氨，并防止倒吸解析：選D。裝置①用于洗氣時，導管應長進短出；裝置②用于制取氨時，試管口應略向下傾斜；裝置③用于制備氫氧化亞鐵時，膠頭滴管要伸入新制硫酸亞鐵溶液中；裝置④用于吸收氨時，由于氨在四氯化碳中的溶解度很小，可以防止倒吸。6．利用下列試劑和如圖所示裝置制備氣體并除去其中的非水雜質(zhì)，能達到實驗目的的是(必要時可加熱，加熱及夾持裝置已略去)()選項氣體試劑Ⅰ試劑Ⅱ試劑ⅢACl2濃鹽酸MnO2NaOH溶液BSO2濃硝酸Na2SO3飽和NaHSO3溶液CCO2稀鹽酸CaCO3飽和NaHCO3溶液DC2H4濃硫酸C2H5OH酸性KMnO4溶液解析：選C。A.實驗室制備的Cl2中含有HCl，除去Cl2中的HCl應用飽和食鹽水，A不能達到實驗目的；B.濃硝酸具有強氧化性，能將Na2SO3氧化為Na2SO4，故不能用濃硝酸和Na2SO3制備SO2，而應該用70%H2SO4溶液和Na2SO3來制備SO2，B不能達到實驗目的；C.實驗室用稀鹽酸和CaCO3制備CO2，此時CO2中含有少量的雜質(zhì)HCl，可用飽和NaHCO3溶液來除去CO2中的HCl，C能達到實驗目的；D.實驗室可以將濃硫酸和無水乙醇的混合溶液迅速加熱到170℃來制備乙烯，題圖裝置中缺少溫度計，且這樣制得的乙烯中含有SO2、CO2和乙醇蒸氣等雜質(zhì)，但乙烯能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，故不能用酸性高錳酸鉀溶液除雜，應用NaOH溶液除雜，D不能達到實驗目的。7．某實驗小組擬利用如下裝置制取干燥的氮氣。下列說法錯誤的是()A．裝置Ⅰ中發(fā)生反應的化學方程式為NaNO2＋NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))NaCl＋N2↑＋2H2OB．加熱片刻后需要將酒精燈移開，說明該反應是放熱反應C．裝置Ⅱ的作用是冷凝水蒸氣D．在裝置Ⅲ末端收集純凈干燥的N2只能用向下排空氣法解析：選D。根據(jù)題中已知的反應物和生成物，結合質(zhì)量守恒和得失電子守恒可知，裝置Ⅰ中發(fā)生反應的化學方程式為NaNO2＋NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))NaCl＋N2↑＋2H2O，A項正確；移開酒精燈后反應仍能進行，說明該反應為放熱反應，B項正確；根據(jù)化學方程式可知，產(chǎn)物有水蒸氣，且反應物為溶液狀態(tài)，先用裝置Ⅱ將絕大多數(shù)水蒸氣冷凝后再用裝置Ⅲ進行干燥，故裝置Ⅱ的作用是冷凝水蒸氣，C項正確；N2的密度與空氣的密度相差太小，不能用排空氣法收集，D項錯誤。8．如下是用于氣體制備、干燥、性質(zhì)驗證、尾氣處理的部分儀器裝置(加熱及夾持固定裝置均已略去)。請根據(jù)下列要求回答問題。(1)若燒瓶中盛裝鋅片，分液漏斗中盛裝稀硫酸，則：①當儀器連接順序為A→C→B→B→D時，兩次使用B裝置，其中所盛放的藥品依次是CuO、無水CuSO4粉末。此實驗的目的是____________________________________________________________________________________________________________________，D裝置的作用是___________________________________________________________________________________________________________________。②為了使B裝置中CuO反應充分，在不改變現(xiàn)有藥品的條件下，可采取的方法有______________________________________________________________________________(寫一種)。③加熱前必須進行的操作是___________________________。(2)若燒瓶中盛裝Na2O2固體，分液漏斗中盛裝濃氨水，慢慢打開分液漏斗的活塞，則：①燒瓶內(nèi)產(chǎn)生的氣體主要有_____________________(寫化學式)。②用產(chǎn)生的氣體做氨的催化氧化實驗，各裝置按氣流方向從左到右的連接順序是____________(填字母)→E。③B裝置中反應的化學方程式為___________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)①驗證H2的還原性并檢驗其氧化產(chǎn)物防止空氣中的水蒸氣進入B裝置，干擾H2氧化產(chǎn)物的檢驗②控制分液漏斗的活塞，使稀硫酸緩慢滴下(或向燒瓶中加水或將燒瓶放入冰水中或用冰毛巾捂著燒瓶等，答案合理即可)③檢驗裝置中空氣是否排盡(或檢驗氫氣是否純凈)(2)①O2、NH3②A→D→B③4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))4NO＋6H2O[素養(yǎng)提升]9．碳酰氯(COCl2)俗名光氣，熔點為－118℃，沸點為8.2℃，遇水迅速水解，生成氯化氫。光氣可由氯仿(CHCl3)和氧氣在光照條件下合成。下列說法錯誤的是()A．裝置的連接順序應為c→b→a→f→e→b→a→dB．裝置丙的主要作用是吸收尾氣中的氯化氫C．裝置丁中發(fā)生反應的化學方程式為2CHCl3＋O2eq\o(=,\s\up7(光照))2COCl2＋2HClD．冰水的作用是降溫，防止COCl2揮發(fā)解析：選A。裝置乙制備O2，然后經(jīng)裝置甲干燥，在裝置丁中合成COCl2，裝置丁后面需連接干燥裝置，防止水進入裝置丁中，最后連接裝置丙吸收尾氣，故裝置的連接順序為c→b→a→e→f→b→a→d，A錯誤；裝置丁中發(fā)生反應的化學方程式為2CHCl3＋O2eq\o(=,\s\up7(光照))2COCl2＋2HCl，氯化氫極易溶于水，裝置丙的主要作用是吸收尾氣中的氯化氫，B、C正確；冰水的作用是降溫，防止光氣揮發(fā)，D正確。10．如下是實驗室制備氯氣并進行一系列相關實驗的裝置(夾持裝置已略)。下列說法錯誤的是()A．裝置A燒瓶內(nèi)的試劑可以是MnO2B．裝置B具有除雜和貯存氣體的作用C．實驗結束后，振蕩D會觀察到液體分層且上層呈紫紅色D．利用該裝置能證明氯、溴、碘的非金屬性依次減弱解析：選A。根據(jù)題圖可知，裝置A沒有加熱裝置，故燒瓶內(nèi)的試劑可以為KMnO4，而不能用MnO2，A錯誤；制備的氯氣中含有少量氯化氫氣體，可用飽和食鹽水除去，根據(jù)題圖可知，裝置B具有除雜和貯存氣體的作用，B正確；根據(jù)萃取原理可知，苯的密度比水的小，故振蕩D會觀察到液體分層且上層呈紫紅色，C正確；根據(jù)裝置C、D中的顏色變化可知，裝置A制備的氯氣與裝置C中的溴化鈉反應生成溴單質(zhì)，將生成的液溴滴入裝置D中，可生成碘單質(zhì)，證明氯、溴、碘的非金屬性依次減弱，D正確。11．實驗室中制備下列氣體(不含凈化)所選試劑和裝置均正確的是()選項ABCD氣體SO2C2H2Cl2NH3試劑Cu、濃硫酸電石、飽和食鹽水稀鹽酸、MnO2NH4Cl、NaOH裝置(1)(6)(1)(4)(2)(5)(3)(6)解析：選B。A.銅和濃硫酸在加熱條件下反應生成二氧化硫，二氧化硫的密度比空氣的大，應用向上排空氣法收集，故應選擇裝置(2)(5)，A錯誤；B.電石和飽和食鹽水反應生成乙炔，不需要加熱，乙炔用排水法收集，B正確；C.二氧化錳和濃鹽酸在加熱條件下反應生成氯氣，二氧化錳和稀鹽酸不反應，C錯誤；D.氯化銨和氫氧化鈣反應制取氨，不能使用氫氧化鈉固體，D錯誤。12．某化學小組同學利用一定濃度的H2O2溶液制備O2。該小組同學設計了如下氣體發(fā)生裝置(夾持裝置省略)：(1)甲裝置中主要儀器的名稱為______________________________________________________。(2)乙裝置中，用黏合劑將MnO2制成團，放在多孔塑料片上，連接好裝置，確認氣密性良好后打開活塞K1，經(jīng)長頸漏斗向試管中緩慢加入3%H2O2溶液至__________________。欲使反應停止，關閉活塞K1即可，此時裝置中的現(xiàn)象是___________________________________________________________________________________________________________________。(3)丙裝置