高考化学气体制备与性质检验类实验.docx
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高考化学气体制备与性质检验类实验
高考化学气体制备与性质检验类实验
化学是一门以实验为基础的自然科学。
在化学实验的考查方式中，综合性实验题目（即我们通常所说的主观卷的实验大题）由于能全面考查学生的基本化学知识、基本实验技能、化学学科素养，一直是高考化学的“重头戏”，也是每年高考化学的热点问题。
其中，气体制备与性质检验类实验是最为重要、最为基础的一类重点考查的实验。
笔者结合个人教学经验对其做如下浅析，以飨读者。
气体制备与性质检验类实验一般都是以制气装置为基础并在其基础上进行改进与延伸。
此类题目一般与物质的化学性质联系紧密，同学们答题时要注意联系与应用无机元素及其化合物部分的知识。
制气及性质检验装置一般由以下五部分组成：
发生装置→除杂装置→干燥装置→性质检验装置→尾气处理装置
1.发生装置：
常见的四种气体发生装置如下：
①固体加热制气体 ②固液常温制气体 ③固液加热制气体 ④液体加热制气体
常见五种无机气体（O2、H2、CO2、Cl2、NH3）的实验室制法如下：
①氧气 2KMn04=K2MnO4+MnO2+O2↑
2KClO3=2KCl+3O2↑
2H2O2=2H2O+O2↑
②氢气 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
③二氧化碳 CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
④氯气 MnO2+4HCl（浓）=Cl2↑+MnCl2+2H20
16HCl（浓）+2KMnO4=2MnCl2+5Cl2↑+2KCl+8H2O
⑤氨气 Ca（OH）2+2NH4Cl=2NH3↑+CaCl2+2H2O
2.除杂装置：
除杂装置的实现一般是用洗气瓶：
使用时应注意使气体从长口进，短口出（即从上图的左导管进气）
常见气体的除杂方案（括号内为杂质）如下：
①H2 （HCl）：
NaOH溶液/水
②CO2（HCl）：
饱和NaHCO3溶液
③CO2（SO2）：
饱和NaHCO3溶液/酸性高锰酸钾溶液
④CO（CO2）：
NaOH溶液
⑤Cl2（HCl）：
饱和食盐水
3.干燥装置：
干燥装置的实现除了用洗气瓶（盛装液体药品）外，还可以用U型管或干燥管（盛装固体药品）：
常见干燥剂及其适用对象如下：
浓硫酸：
不能干燥碱性气体（NH3）及还原性气体（H2S，HI等）
可用来干燥O2、H2、CO2、CO、Cl2、SO2等气体
碱石灰（NaOH与CaO混合物）：
不能干燥酸性气体（CO2、Cl2、SO2等）
可用来干燥O2、H2、CO、NH3等气体
氯化钙：
可用来干燥除NH3外的大多数气体
4.性质检验装置
此部分根据不同的反应要求灵活多变，并与物质的化学性质联系很紧密，后文笔者将结合具体例题加以分析。
下面仅给出常见气体的检验方法：
①O2：
使带火星木条复燃
②CO2：
使澄清石灰水变浑浊
③NH3：
使湿润的红色石蕊试剂变蓝
④SO2：
使品红溶液褪色
5.尾气处理装置：
常见的尾气处理方法有溶液吸收法与点燃法。
其中，溶液吸收法与除杂原理相似，根据具体情况选择吸收溶液，其一般思路如下：
①酸性气体可以用碱性溶液吸收
②碱性气体可以用酸性溶液吸收
③氧化性气体可以用还原性溶液吸收
④还原性气体可以用氧化性溶液吸收
⑥极易溶于水的物质可以用水吸收
此外，在用溶液吸收法时要注意防倒吸问题，常见的防倒吸装置如下：
最后一个图为安全瓶防倒吸。
点燃法主要是针对可燃性气体的尾气处理，如H2、CO等。
下面，笔者针对前文所述内容结合具体例题与C、S、Cl、N四大元素及其化合物相关知识进行分析。
例1.（2010年理综辽宁卷）27．（15分）某化学兴趣小组为探究SO2的性质，按下图所示装置进行实验。
请回答下列问题：
（1）装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是 ，其中发生反应的化学方程式为 ；
（2）实验过程中，装置B、C中发生的现象分别是 、 ，这些现象分别说明SO2具有的性质是 和 ；装置B中发生反应的离子方程式为 ；
（3）装置D的目的是探究SO2与品红作用的可逆性，请写出实验操作及现象 ；
（4）尾气可采用
溶液吸收。
【试题精析】
本题以S元素及其化合物知识为载体，在SO2气体制备的基础上探究其性质。
考查点包括仪器的名称、实验现象的描述、SO2的化学性质、尾气处理的基本原则等。
仔细观察装置图可知：
A为发生装置，新课标教材中并未提及SO2气体制备的方法，但题目中显然已经给出所需的药品与实验条件，即亚硫酸钠固体与浓硫酸液体常温下制SO2气体，回避了此问题；B、C、D为三个性质检验装置，使SO2依次通过B中高锰酸钾酸性溶液与C中含S2-的溶液，分别验证了SO2的还原性（被酸性高锰酸钾溶液氧化）与氧化性（+4价S氧化-2价S生成单质S的归中反应），D装置中验证SO2漂白品红时的可逆性（即加热时可恢复原色）；（4）题目中考查还需补充的尾气处理装置，由于SO2为酸性气体所以可以用碱溶液吸收。
【参考答案】
（1）蒸馏烧瓶
（2）溶液由紫红色变为无色 无色溶液中出现黄色浑浊 还原性 氧化性
（3）品红溶液褪色后，关闭分液漏斗的旋塞，点燃酒精灯加热，溶液恢复为红色
（4）
例2.（2010年理综全国I卷）29．（15分）请设计CO2在高温下与木炭反应生成CO的实验。
（1）在下面方框中，A表示由长颈漏斗和锥形瓶组成的气体发生器，请在答题卡上的A后完成该反应的实验装置示意图（夹持装置,连接胶管及尾气处理部分不必画出，需要加热的仪器下方用△标出），按气流方向在每件仪器下方标出字母B、C……；其他可选用的仪器（数量不限）简易表示如下：
（2）根据方框中的装置图，在答题卡上填写该表
仪器符号
仪器中所加物质
作用
A
石灰石、稀盐酸
石灰石与盐酸生成CO2
（3）有人对气体发生器作如下改进：
在锥形瓶中放入一小试管，将长颈漏斗下端插入小试管中。
改进后的优点是 ；
（4）验证CO的方法是 。
【试题精析】
本题以C元素及其化合物知识为载体，需要通过制得CO2进而制CO气体并进行相关实验。
但题目中并没有直接给出实验装置与所需药品，要求考生自己选择并完成实验。
本题考查点有实验装置图的绘制、实验药品的选择及其作用、实验装置的改进与CO的化学性质等。
按照笔者前文所述，结合此题，A为CO2气体的发生装置，药品为石灰石、稀盐酸；B应为除杂装置，选用饱和碳酸氢钠溶液除去CO2气体中混有的由盐酸挥发出的HCl气体；C为干燥装置用盛装浓硫酸的洗气瓶即可；至此，CO2气体的制备、除杂、干燥都已结束，可把其通入D装置完成在高温下CO2与木炭反应生成CO的实验；最后还需注意要把没有反应掉的CO2气体除去，可选用盛有碱溶液的洗气瓶。
另外，由于题目中明确指出“尾气处理部分不必画出”所以CO的尾气处理部分就不必画了。
（3）题目中考查实验装置的改进与创新问题，答题时可结合长颈漏斗与分液漏斗的主要区别与各自特点，主要从控制反应速率与形成液封两方面考虑。
【参考答案】
（2）
仪器标号
仪器中所加物质
作用
B
饱和碳酸氢钠溶液
除去CO2中的HCl气体
C
浓硫酸
除去CO2中的水气
D
干燥木炭粉
与CO2反应产生CO
E
澄清石灰水
吸收未反应的CO2
（3）可以通过控制加酸的量，来控制气体产生的快慢；同时小试管中充满盐酸，可以起到液封的作用，防止反应剧烈时气体经漏斗冲出
（4）点燃气体，火焰呈蓝色，再用一个内壁附着有澄清石灰水的烧杯罩在火焰上，烧杯内壁的石灰水变浑浊
例3.（2010年理综北京卷）27.（13分）为验证卤素单质氧化性的相对强弱，某小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。
实验过程：
Ⅰ.打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸。
Ⅱ.当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。
Ⅲ.当B中溶液由黄色变为棕红色时，关闭活塞a。
Ⅳ.……
（1）A中产生黄绿色气体，其电子式是 。
（2）验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是 。
（3）B中溶液发生反应的离子方程式是 。
（4）为验证溴的氧化性强于碘，过程Ⅳ的操作和现象是 。
（5）过程Ⅲ实验的目的是 。
（6）氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因：
同主族元素从上到下 ，得电子能力逐渐减弱。
【试题精析】
本题以卤族元素及其化合物知识为载体，探究Cl2、Br2、I2的氧化性相对强弱。
考查点主要有氯气的制备与检验、卤族元素单质之间的置换反应、实验现象与实验操作的描述、元素周期律知识等。
观察实验装置图可知，A装置为Cl2的发生装置，采用的是浓盐酸与高锰酸钾固体在常温下反应制氯气，A中的湿润碘化钾试纸遇氯气变蓝（氯气置换出碘单质，碘单质遇淀粉变蓝），则证明氧化性Cl2>I2；把氯气通过B中，与Br-反应生成溴单质，则证明氧化性Cl2>Br2；D装置即验证了氧化性Cl2>Br2，又验证了氧化性Br2>I2。
其中比较值得注意的为（5）问题，当B中溶液由黄色变为棕红色时主要说明Cl2在B装置中被吸收，进而说明C装置中已无剩余氯气，排除氧化D装置中I-时氯气的干扰。
【参考答案】
（1）
（2）淀粉KI试纸变蓝
（3）Cl2+2Br-=Br2+2Cl-
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