(新高考)高考化学一轮复习讲义第4章第24讲常见气体的实验室制备、净化和收集(含解析)

第24讲　常见气体的实验室制备、净化和收集 复习目标　1.了解常见气体制备原理、装置及改进。2.能根据气体的性质及制备原理设计实验流程。 1．气体制备实验的基本思路 2．重要气体的发生装置 依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将制备气体的发生装置分为三类： (1)固体＋固体气体 发生装置如图： 制备气体：O2、NH3、CH4等。 (2)固体＋液体(或液体＋液体)气体 发生装置： 制备气体：Cl2、C2H4等。 (3)固体＋液体(不加热)―→气体 发生装置： 制备气体：选择合适的药品和装置能制取中学化学中常见的气体。 3．常见气体典型制备系统举例 (1)Cl2的实验室制备 (2)SO2的实验室制备 (3)NH3的实验室制备 4．气体的除杂方法 (1)除杂试剂选择的依据：主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性。 除杂原则：①不损失主体气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④先除易除的杂质气体。 (2)气体干燥净化装置 类型 液态干燥剂 固态干燥剂 固体，加热 装置图 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 常见干燥剂 浓H2SO4(酸性、强氧化性) 无水氯化钙(中性)、碱石灰(碱性) 除杂试剂Cu、CuO、Mg等 当CO2中混有O2杂质时，应选用上述Ⅰ～Ⅳ中的Ⅳ装置除O2，除杂试剂是Cu粉。 5．气体的收集方法 收集方法 收集气体的类型 收集装置 可收集的气体(举例) 排水法 难溶于水或微溶于水，且不与水反应的气体 O2、H2、NO、CO等 排空气法 向上排空气法 密度大于空气且不与空气中的成分反应 Cl2、SO2、NO2、CO2 向下排空气法 密度小于空气且不与空气中的成分反应 H2、NH3 6.集气装置的创新——排液集气装置 装置(Ⅰ)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，还可以收集以下气体。 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——收集HCl或NH3。 装置(Ⅱ)储气式集气。气体从橡胶管进入，可将水由A瓶排入B瓶，在瓶A中收集到气体。 7．尾气处理的原因、方法及装置 (1)原因：有些气体有毒或有可燃性，任其逸散到空气中，会污染空气或者引发火灾、爆炸等灾害。 (2)处理方法：一般根据气体的相关性质，使其转化为非气态物质或无毒物质，如酸性有毒气体用碱溶液吸收，可燃性气体用点燃等措施。 (3)尾气处理装置(见下图a、b、c) ①实验室制取Cl2时，尾气的处理可采用b装置。 ②制取CO时，尾气处理可采用a、c装置。 ③制取H2时，尾气处理可采用a、c装置。 8．防倒吸装置 肚容式 分液式 1．判断下列试剂使用是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。 2．判断下列气体的吸收或收集方法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。 一、和气体制备有关的组合装置分析应用 1．下列实验方案最合理的是(　　) 答案　B 解析　A项，Cl2的密度比空气大，收集时应用向上排空气法；B项，浓氨水滴入CaO中，CaO与水反应放热，NH3·H2O受热分解并挥发出NH3，可以制取NH3；C项，NO2能与水反应，不能用排水法收集；D项，Na2O2为粉末状固体，不能用启普发生器的简易装置制取氧气。 2．碳酸镧[La2(CO3)3]可用于治疗终末期肾病患者的高磷酸盐血症，其制备反应的化学方程式为2LaCl3＋6NH4HCO3===La2(CO3)3↓＋6NH4Cl＋3CO2↑＋3H2O。某化学兴趣小组利用如图所示装置模拟制备碳酸镧。下列说法错误的是(　　) A．导管的连接顺序为f→a→b→d→e→c B．X中盛放的试剂是饱和NaHCO3溶液 C．球形干燥管的作用为防倒吸 D．Z中通入气体的方式是先通入足量CO2，后通入过量的NH3 答案　D 解析　由装置可知，W中制备二氧化碳，X除去HCl，Y中制备氨气，在Z中制备碳酸镧。则制备碳酸镧实验流程中导管从左向右的连接顺序为f→a→b→d→e→c，故A正确；X中盛放的试剂是饱和NaHCO3溶液，其作用为吸收挥发的HCl，故B正确；氨气极易溶于水，球形干燥管的作用为防倒吸，故C正确；Z中应先通入NH3，后通入过量的CO2。 二、和气体制备有关的组合选项分析应用 3．(2022·宁波高三质检)用下图所示装置进行实验，下列实验现象描述错误的是(　　) 选项 试剂甲 试剂乙 试剂丙 丙中的现象 A 稀盐酸 CaCO3 Na2SiO3溶液 有白色沉淀生成 B 浓硫酸 Na2SO3 BaCl2溶液 有白色沉淀生成 C 过氧 化氢 MnO2 酸性KI-淀粉溶液 溶液变为蓝色 D 浓盐酸 KMnO4 Na2S溶液 有淡黄色沉淀生成 答案　B 解析　A项，稀盐酸和碳酸钙反应生成CO2，CO2与硅酸钠溶液反应生成硅酸白色沉淀，正确；B项，浓硫酸与亚硫酸钠反应生成SO2，但SO2与氯化钡不反应，错误；C项，过氧化氢在二氧化锰的作用下分解生成氧气，氧气把I－氧化为单质碘，淀粉遇碘显蓝色，正确；D项，浓盐酸与高锰酸钾混合生成氯气，氯气把硫化钠氧化为单质S，生成淡黄色沉淀，正确。 4．用如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是(　　) 选项 实验目的 a中试剂 b中试剂 c中试剂 A 验证非金属性：S>C>Si 稀硫酸 Na2CO3 Na2SiO3溶液 B 制备纯净的氯气 浓盐酸 MnO2 饱和食盐水 C 检验溶液X中含有CO 盐酸 溶液X 澄清石灰水 D 除去Na2SO3中的Na2SO4 氯水 混合物 NaOH溶液 答案　A 解析　A项，装置b中生成气体，说明硫酸的酸性强于碳酸，装置c中出现沉淀，说明碳酸的酸性强于硅酸，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，元素非金属性越强，即非金属性：S>C>Si，正确；B项，MnO2和浓盐酸反应，需要加热，此装置中没有加热装置，饱和食盐水除去氯气中的HCl，从装置c中出来的氯气中混有水蒸气，不是纯净的，错误；C项，向装置b中加入盐酸，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体，不能说明X中含有CO，可能含有HCO或SO或HSO，错误；D项，氯水具有强氧化性，能把SO氧化成SO，不能达到实验目的，错误。 三、和气体制备有关的仪器连接分析应用 5．根据实验目的设计如下装置的连接中，正确的是(　　) A．制备收集C2H4：连接a→c→g B．制备收集NO：连接b→c→e→d C．制备收集NH3：连接b→d→e→c D．制备收集Cl2：连接a→f→c→e→d 答案　D 解析　制备C2H4没有控制温度的温度计，A错误；NO与O2反应，不能用排空气法收集，B错误；浓硫酸吸收多余的NH3，易发生倒吸，C错误；饱和食盐水除去HCl气体，浓硫酸吸收水蒸气，碱石灰吸收多余的Cl2，D正确。 6．用下图所示装置测定水中氢、氧元素的质量比，其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差，实验测得m(H)∶m(O)>1∶8。下列对导致这一结果的原因分析中，一定错误的是(　　) A．Ⅰ、Ⅱ装置之间缺少干燥装置 B．Ⅲ装置之后缺少干燥装置 C．Ⅱ装置中玻璃管内有水冷凝 D．CuO没有全部被还原 答案　D 解析　用H2还原CuO时，装置Ⅲ中CaCl2吸收的是生成的水，而装置Ⅱ中玻璃管通H2前后的质量差为反应时消耗CuO中氧的质量，即生成水中氧元素的质量，而m(水)－m(氧)＝m(氢)。当Zn和稀硫酸反应产生的H2不干燥[m(水)偏大]，装置Ⅲ后不加干燥装置，使Ⅲ中CaCl2吸收空气中的水分[m(水)偏大]，Ⅱ中玻璃管内有水冷凝[m(氧)偏小]，都会造成测得m(H)∶m(O)>1∶8。H2O的组成与CuO是否完全反应无关，只与通H2前后玻璃管的质量差和生成的水有关。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(2021·全国乙卷，8)在实验室采用如图装置制备气体，合理的是(　　) 选项 化学试剂 制备气体 A Ca(OH)2＋NH4Cl NH3 B MnO2＋HCl(浓) Cl2 C MnO2＋KClO3 O2 D NaCl＋H2SO4(浓) HCl 答案　C 解析　氨气的密度比空气小，不能用向上排空气法收集，故A错误；二氧化锰与浓盐酸共热制备氯气为固液加热反应，不能选用固固加热装置，故B错误；二氧化锰和氯酸钾共热制备氧气为固固加热的反应，氧气的密度大于空气，可选用向上排空气法收集，故C正确；氯化钠与浓硫酸共热制备为固液加热反应，不能选用固固加热装置，故D错误。 2．(2020·江苏，5)实验室以CaCO3为原料，制备CO2并获得CaCl2·6H2O晶体。下列图示装置和原理不能达到实验目的的是(　　) 答案　D 解析　A对，碳酸钙与稀盐酸反应可制备CO2，且为固液常温型反应，装置也正确；B对，CO2密度比空气大，可以用向上排空气法收集；C对，分离固体与液体，可采用过滤的方法；D错，CaCl2·6H2O晶体可以通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法制得，采用蒸发结晶法易导致CaCl2·6H2O失去结晶水。 3．(2017·全国卷Ⅰ，10)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是(　　) A．①②③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液 B．管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度 C．结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热 D．装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气 答案　B 解析　A项，气体从溶液中逸出易带出水蒸气，所以浓硫酸应放在③中，错误；B项，先通H2以排出空气，加热前应先检验H2的纯度，正确；C项，若先停止通H2，空气中的氧气有可能重新将W氧化，应先停止加热，再关闭活塞K，错误；D项，MnO2和浓盐酸反应制氯气需要加热，不能用启普发生器制备，错误。 课时精练 1．实验室用如图装置制氨气并验证氨气的某些化学性质，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 答案　C 解析　NaOH与NH4Cl反应生成NH3·H2O，不加热的情况下NH3·H2O难以分解，无NH3生成，故无法制备氨气，A错误；NH3与浓H2SO4反应，不能用浓H2SO4干燥NH3，B错误；NH3与CuO反应生成N2、Cu和H2O，黑色的CuO转化为红色的Cu，N元素的化合价升高，说明NH3具有还原性， C正确；苯的密度比水的密度小，在上层，NH3直接通入下层的水中，会发生倒吸，D错误。 2．用所给试剂与图示装置能够制取相应气体的是(夹持仪器略)(　　) 选项 A B C D X 浓盐酸 浓硫酸 双氧水 浓氨水 Y KMnO4 C2H5OH MnO2 NaOH 气体 Cl2 C2H4 O2 NH3 答案　C 解析　浓盐酸和KMnO4固体混合有氯气生成，但氯气溶于水，且与水发生反应，则不能用排水法收集，故A不符合题意；在浓硫酸存在下，乙醇消去制乙烯需要迅速升温到170 ℃，故B不符合题意；双氧水在二氧化锰催化作用下分解制氧气，制取装置不需要加热，收集氧气可以用排水法，故C符合题意；氨气极易溶于水，不能用排水法收集，故D不符合题意。 3．(2022·广州市普通高中毕业班综合测试)用如图装置制取气体(