届一轮复习人教版 实验室常见气体的制备 学案.docx
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届一轮复习人教版实验室常见气体的制备学案
1．常见气体制备的发生装置
选择反应装置一般需考虑反应物的状态、溶解性和反应条件等，具体如表所示：
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加热烧瓶时要隔石棉网；②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片
固、液不加热型
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
2.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===Na2SO4＋H2O＋SO2↑。
（7）NO：
3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。
（8）NO2：
Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O。
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
4．“广口瓶”的创新应用
装置图
解读
集气装置
收集密度比空气大的气体，如二氧化碳、氯气、氯化氢等。
操作要点是a进b出
盛满水，“b进a出”可收集不溶于水且不与水反应的气体，如CO、NO等
收集密度比空气小的气体，如氢气、氨气等，操作要点是b进a出
量气装置
气体从短口端进入广口瓶，将液体压入量筒中，则量筒中水的体积即为所测气体的体积。
读数时先要调整量筒高度使广口瓶和量筒内液面相平，然后视线要与量筒内凹液面最低点相切
洗气装置
用于除去气体中的杂质气体或用于干燥气体，操作要求是长管进气，短管出气
储气装置
瓶内注入一定量的液体，用于暂时贮存反应中产生的气体，操作要求是短管进气，长管出气。
如用饱和食盐水可以储存少量Cl2
安全瓶装置
左右导管均短且等长或进气管短，出气管长。
用于防止液体倒吸或减小气体的压强，防止出现安全事故
[思考]
1．实验室里能否用大理石和稀硫酸反应制取二氧化碳气体？
为什么？
________________________________________________________________________
提示：
不能。
因为CaCO3与稀H2SO4反应生成的CaSO4微溶于水，会覆盖在大理石的表面，阻止反应的继续进行。
2．实验室里除用NH4Cl和熟石灰混合共热制取氨气外，还有哪些方法能制取氨气？
能否加热NH4Cl制备氨气？
________________________________________________________________________
提示：
加热浓氨水或浓氨水与生石灰混合等。
不能，因为生成的氨气在试管口又与氯化氢结合生成了NH4Cl。
3．实验室里能否用图1装置制取氯气？
若能，试写出反应的化学方程式。
________________________________________________________________________
提示：
能。
2KMnO4＋16HCl===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。
4．选择合适的试剂，能否用图2所示的装置分别制取少量NO和O2？
为什么？
________________________________________________________________________
提示：
能制取O2，但不能制取NO，原因是NO不能用排空气法收集，NO易与空气中O2反应，生成红棕色气体NO2。
[对点练习]
1．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：
选D “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不符合。
2.如图是实验室常用的气体制备、净化和收集装置。
若依据反应H2C2O4
CO↑＋CO2↑＋H2O制取CO，则合理的装置组合为 （ ）
A．①⑤⑧ B．③⑤⑦
C．②⑤⑥D．③④⑧
解析：
选D 由反应物的状态和反应条件可选③作为制取装置；除去CO2可选用④或⑤装置，要收集CO只能用⑧装置，故合理的装置组合为③④⑧或③⑤⑧。
3．（2014·上海高考）如图是用于干燥、收集并吸收多余气体的装置，下列方案正确的是（ ）
选项
X
收集气体
Y
A
碱石灰
HCl
水
B
碱石灰
NH3
水
C
氯化钙
SO2
氢氧化钠
D
氯化钙
NO
氢氧化钠
解析：
选C 该装置中采用向上排空气法收集，说明该气体密度大于空气，且该气体和空气中成分不反应，用固体干燥剂干燥，则该气体和干燥剂不反应。
碱石灰呈碱性，能和HCl反应，所以HCl不能用碱石灰干燥，A错误；NH3密度小于空气，应该采用向下排空气法收集，B错误；SO2密度大于空气且常温下和空气中成分不反应，氯化钙和SO2不反应，所以能用氯化钙干燥，C正确；常温下NO和空气中O2反应生成红棕色气体NO2，D错误。
4．下列制备和收集气体的实验装置合理的是（ ）
解析：
选D A中加热的大试管管口应略向下倾斜；B中NO很容易被空气中的O2氧化，所以采用B装置得不到NO；C中H2的密度比空气小，所以集气瓶中的进气导管应比出气导管短，C错误。
5．铵明矾[NH4Al（SO4）2·12H2O]是分析化学常用的基准试剂，其制备过程如图所示。
下列分析不正确的是（ ）
2NH4HCO3＋Na2SO4===2NaHCO3↓＋（NH4）2SO4
B．检验溶液B中阴离子的试剂仅需BaCl2溶液
C．若省略过程Ⅱ，则铵明矾的产率明显降低
D．向铵明矾溶液中逐滴加入NaOH溶液，先后观察到：
刺激性气体逸出→白色沉淀生成→白色沉淀消失
解析：
选D NaHCO3的溶解度较小，过程Ⅰ可以产生NaHCO3沉淀，符合离子反应的条件，A项正确；过程Ⅱ调节溶液的pH＝2，溶液中不含有CO
，故仅需BaCl2溶液即可鉴别SO
，B项正确；若省略过程Ⅱ，因CO
与Al3＋的水解相互促进，导致铵明矾的产率降低，C项正确；向铵明矾溶液中加入NaOH溶液，Al3＋结合OH－的能力比NH
强，应先产生白色沉淀，后产生有刺激性气味的气体，再加入过量的NaOH溶液，白色沉淀逐渐溶解并消失，D项错误。
二、气体的净化与尾气处理
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
（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
事例
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
H2S、HBr、HI等还原性气体及NH3
NH3
Cl2、H2S、HCl、SO2、CO2等酸性气体
（4）除去下列气体中的杂质，完成表格
序号
原物质
所含杂质
除杂质试剂
主要操作方法
①
N2
O2
灼热的铜网
用固体转化气体
②
CO
CO2
NaOH溶液
洗气
③
CO2
CO
灼热的CuO
用固体转化气体
④
CO2
HCl
饱和NaHCO3溶液
洗气
⑤
Cl2
HCl、H2O
饱和食盐水、浓硫酸
洗气
⑥
CO2
SO2
饱和NaHCO3溶液
洗气
⑦
CH4
乙烯
溴水
洗气
⑧
NH3
CO2、H2O
碱石灰
用固体转化气体
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：
（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在水中溶解度较小的有毒气体，多数可通入烧杯中的溶液中，用某些试剂吸收除去（如图甲），如Cl2、NO2均可通入NaOH溶液中除去；对于溶解度很大、吸收速率很快的气体，吸收时应防止倒吸（如图乙）。
②某些可燃性气体可用点燃或转化的方法（如图丙）。
如CO、H2可点燃或通过灼热的CuO除去。
③收集法（如图丁）。
尾气也可以采用收集的方法，如CH4、C2H4、H2、CO等。
[对点练习]
1．如图是常见的气体制取、干燥和收集装置。
若用H2O2和催化剂MnO2制取干燥的O2，合理的装置组合为（ ）
A．①⑤⑧ B．③④⑦
C．②⑤⑥D．②④⑧
解析：
选C 用H2O2制O2的反应原理为2H2O2
2H2O＋O2↑，由反应物的状态和反应条件可选②作为制取装置。
干燥O2可选用④或⑤装置，要收集干燥的O2只能用⑥装置，故合理的装置组合为②⑤⑥或②④⑥。
2．下列有关各实验的叙述中正确的是（ ）
A．①利用氯仿（CHCl3）密度大于乙醇，进行氯仿与乙醇混合物的分离
B．②进行H2、NH3、CO2、Cl2、HCl、NO2等气体收集，但不能用于NO气体收集
C．③当X选用苯时可进行NH3和HCl的吸收，并防止倒吸
D．④可用于SO2气体的干燥，收集并吸收多余SO2气体，防止SO2逸出污染空气并防止倒吸
解析：
选B 氯仿和乙醇互溶，不能用分液漏斗分离，A项错误；密度大于空气的气体（如CO2、Cl2、HCl、NO2），可长进短出来收集气体，密度小于空气的气体（如H2、NH3），可短进长出来收集气体，NO能与空气中的O2反应，不能用排空气法收集，B项正确；苯的密度小于水的密度，应在上层，不能防止倒吸，C项错误；SO2气体不能用碱石灰干燥，D项错误。
3．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 ⑥NO
A．①和② B．②和⑤
C．③和④D．⑤和⑥
解析：
选B H2S和NH3不能用浓H2SO4干燥，NO不能用排空气法收集，Cl2不能用水吸收。
4．（2017·山西五校联考）某学习小组拟利用如图装置制备氮化钙（化学式为Ca3N2，极易与H2O反应）。
下列说法正确的是（ ）
A．打开活塞K通入N2，试管A内有气泡产生，说明装置气密性良好
B．U形管中盛放的干燥剂既可以是碱石灰，也可以是浓硫酸
C．将产物Ca3N2放入盐酸中，只能得到一种盐
D．反应结束后，先熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温后再关闭活塞K
解析：
选D 若通入N2的气流较大，即使装置气密性不好，也能在试管A内产生气泡，A项错误；U形管中不能盛放液体干燥剂，B项错误；将Ca3N2放入盐酸中可得到两种盐：
CaCl2和NH4Cl，C项错误；如果先关闭活塞K，再熄灭酒精灯，有可能引起倒吸，D项正确。
5．为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体，从图中选择合适的装置并连接。
其中连接顺序合理的是 （ ）
A．a—a′→d′—d→e B．c—c′→d—d′→g
C．b—b′→d—d′→gD．d—d′→c—c′→f
解析：
选B 盐酸和大理石制得的CO2气体含有氯化氢和水蒸气，除氯化氢用饱和NaHCO3溶液，除水蒸气用浓硫酸，CO2比空气密度大，所以用向上排空气法收集CO2气体。
[特别提醒]
气体除杂的原则和注意事项
1．气体除杂的原则
（1）不引入新的杂质。
如除去甲烷中的乙烯不能用酸性高锰酸钾溶液，因为酸性高锰酸钾溶液氧化乙烯会生成二氧化碳，从而甲烷中又引入了新的杂质。
（2）不减少被净化气体的量，尽可能增加被净化气体的量。
如除去二氧化碳中的二氧化硫气体，如果使用氢氧化钠溶液，二氧化碳也会与氢氧化钠反应，因此选用饱和碳酸氢钠溶液，既能除去二氧化硫，同时又能增加二氧化碳的量。
2．气体除杂注意的问题
（1）需净化的气体中含有多种杂质时，除杂顺序：
一般先除去酸性气体，如HCl、CO2、SO2等，水蒸气要在最后除去。
（2）选用除杂方法时要保证杂质完全除掉，如除CO2最好用NaOH不用Ca（OH）2溶液，因为Ca（OH）2是微溶物，石灰水中Ca（OH）2浓度小，不易完全吸收CO2。
有时候为了保证气体除尽，还要验证一步，如验证混合气体中既有CO2，又有SO2，通常用品红溶液检验SO2，然后用溴水或酸性KMnO4溶液除去SO2，再用品红溶液检验是否除尽，最后用澄清石灰水检验CO2。
[课时小测试]
1．下列实验方案不能达到实验目的的是（ ）
A．图甲装置用Cu和浓硝酸可制取NO
B．图乙装置可用于实验室制备Cl2
C．图丙装置可用于实验室制取乙酸乙酯
D．图丁装置可用于实验室分离CO和CO2
解析：
选C Cu和浓硝酸反应生成NO2，NO2可以与水反应生成NO，故可以用甲装置制取NO，A正确；KMnO4具有强氧化性，在常温下就可以把浓盐酸氧化为Cl2，故乙装置可用于实验室制备Cl2，B正确；乙酸乙酯在强碱性溶液中可以完全水解，故不能用烧碱溶液吸收，C错误；CO2可以先被碱液吸收，在球胆中收集CO气体，再通过分液漏斗向试剂瓶中加入酸液，CO2即可放出，故丁装置可用于实验室分离CO和CO2，D正确。
2．（2017·湖北四地七市联考）下列有关实验装置的说法，正确的是（ ）
A．用图甲装置制取干燥纯净的NH3
B．用图乙装置制备Fe（OH）2并能较长时间观察其颜色
C．用图丙装置可以完成“喷泉”实验
D．用图丁装置测量Cu与浓硝酸反应产生气体的体积
解析：
选C 收集NH3应用向下排空气法，A错误；接电源负极的金属作阴极，被保护，用图乙装置不可能制备Fe（OH）2，B错误；Cl2能被NaOH溶液完全吸收，C正确；Cu与浓硝酸反应产生的气体为NO2，NO2能与水发生反应：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，D错误。
3.
用如图装置进行实验，将液体A逐滴加入到固体B中，下列叙述正确的是（ ）
A．若A为浓盐酸，B为MnO2，C中盛石蕊试液，则C中溶液先变红后褪色
B．若A为浓氨水，B为生石灰，C中盛AlCl3溶液，则C中先产生白色沉淀后沉淀又溶解
C．若A为浓硫酸，B为炭，C中盛有苯酚钠溶液，则C中出现白色浑浊
D．若A为浓硝酸，B为金属铜，C中盛有淀粉 KI溶液，则C中溶液变蓝
解析：
选D 浓盐酸和MnO2、浓硫酸和炭反应都需要加热，选项A、C错误；选项B中白色沉淀不溶解，错误。
4．图中装置可以用来制备、洗涤、干燥、收集（不考虑尾气处理）气体。
该装置可用于（ ）
A．锌和盐酸生成氢气
B．亚硫酸钠和浓硫酸生成二氧化硫
C．碳酸钙和盐酸生成二氧化碳
D．浓氨水和烧碱制取氨气
解析：
选A A项，此装置可用于锌和盐酸生成氢气，正确；B项，二氧化硫能溶于水，且密度比空气大，错误；C项，二氧化碳能溶于水且密度比空气大，错误；D项，氨气极易溶于水，错误。
5．下列实验装置图正确的是（ ）
解析：
选C A项中应用酒精灯加热，集气装置中导气管长度应左长右短；B项中Na2O2为粉末状，且溶于水，该装置无法随开随用，随关随停；D项中导气管末端靠近液面但不能伸入液面以下，否则会倒吸。
6．草酸晶体（H2C2O4·2H2O）100℃开始失水，101.5℃熔化，150℃左右分解产生H2O、CO和CO2。
用加热草酸晶体的方法获取某些气体，应该选择的气体发生装置是（图中加热装置已略去）（ ）
解析：
选D 草酸晶体加热过程中有水生成，不能采用装置A、B，否则生成的水冷凝后会使仪器炸裂；因草酸晶体在101.5℃熔化，而150℃才分解，使用装置C会使液态草酸流出，不合适，装置D符合题意。
7．（2017·河南中原名校联考）用如图所示装置制取表格中的四种干燥、纯净的气体（必要时可以加热：
a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂）。
其中正确的是（ ）
选项
气体
a
b
c
d
A
SO2
浓硫酸
Cu
H2O
浓硫酸
B
Cl2
浓盐酸
MnO2
NaOH溶液
浓硫酸
C
NH3
饱和NH4Cl溶液
消石灰
空集气瓶
固体NaOH
D
NO
稀硝酸
铜屑
H2O
浓硫酸
解析：
选D A项，浓硫酸与Cu在加热时能发生反应产生SO2，SO2能溶于水，所以不能使用水来作为除杂试剂，错误；B项，浓盐酸与MnO2在加热时能发生反应产生Cl2，由于Cl2与HCl都能与NaOH发生反应，所以不能用NaOH溶液除去杂质，错误；C项，应该使用固体NH4Cl和消石灰混合加热来制取氨气，而且氨气的密度比空气小，要用向下排空气法收集，错误；D项，稀硝酸与Cu反应产生NO，NO不溶于水，可以用水来除去杂质，而且浓硫酸与NO不反应，所以可以用于干燥该气体，正确。
8．下列装置及实验设计中合理的是 （ ）
A．① B．②③ C．①②③ D．②③④
解析：
选B ①忽略CO2与炭粉的反应是气体体积增大的反应，该实验设计不能实施；②、③可以达到实验目的；④中气体应从左边通入。
9．化学课外活动小组设计如图所示的一套气体发生、收集和尾气吸收装置（从左到右依次连接），以探究该装置的多功能性。
（1）甲同学认为利用装置Ⅱ可直接收集NH3、H2，但不能收集O2，其理由是________________________________________________________________________。
（2）乙同学认为装置Ⅰ可作为实验室制氧气的快速发生器，对装置Ⅱ稍作改进后即可作为O2的收集装置，乙同学对装置Ⅱ的改进方法是______________________________________；制O2时在装置Ⅰ中的a中加入________，b仪器中加入________。
（3）丁同学认为利用装置Ⅰ和装置Ⅲ可进行验证Cl2的氧化性比Br2强的实验，进行此项实验时在装置Ⅰ中的a仪器中加入________，b仪器中加入__________，装置Ⅲ中应加入________，根据装置Ⅲ中观察到的____________实验现象即可得出Cl2的氧化性比Br2强的结论。
解析：
解答本题可以从如下三个方面展开思路：
①由装置Ⅰ可知该气体发生装置为液固或液液反应装置，利用本装置可制备CO2、H2、O2（由H2O2和MnO2为原料）、SO2、H2S、NO等。
②装置Ⅱ为气体收集装置，若该装置导气管“短进长出”可收集H2、NH3、CH4等比空气密度小的气体；若将导气管改为“长进短出”则可收集比空气密度大的气体如O2、SO2、Cl2等。
③装置Ⅲ可作尾气吸收装置。
解题时抓住上述三点，再紧扣“探究该装置的多功能性”进行思考则全题可解。
答案：
（1）因为H2、NH3比空气密度小，而O2比空气密度大
（2）把装置Ⅱ中的进气导管改为长导管插至试管底部，出气导管管口应与胶塞相平 H2O2溶液 少量MnO2粉末 （3）浓盐酸 KMnO4 NaBr溶液 溶液由无色变橙色
10．某学生利用以下装置探究Cl2与NH3之间的反应。
其中A、F分别为NH3和Cl2的发生装置，C为纯净干燥的Cl2与NH3反应的装置。
请回答下列问题：
（1）装置A中的烧瓶内固体不可以选用______（填字母）。
A．生石灰B．碱石灰
C．五氧化二磷D．烧碱
（2）装置B的作用是_________________；装置E的作用是
________________________________________________________________________。
（3）通入装置C的两根导管左边较长、右边较短，目的是
________________________________________________________________________。
（4）装置F中发生反应的化学方程式是__________________________________。
（5）装置C内出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，另一生成物是空气的主要成分之一。
请写出反应的化学方程式：
______________________________________________。
（6）从装置C的G处逸出的尾气中可能含有黄绿色的有毒气体，如何处理？
______________________________________________________________________。
解析：
（1）装置A制取NH3，可用浓氨水与碱石灰（或烧碱或生石灰等），但不能用P2O5，因其与水反应后生成磷酸，能与NH3反应。
（2）装置B中盛放的碱石灰，用来干燥NH3；装置E中盛放的饱和食盐水，用来除去Cl2中混有的HCl气体。
（3）由于NH3的密度小，Cl2的密度大，密度小的NH3从长管进入向上扩散，密度大的Cl2从短管进入向下扩散，这样能较快地混合均匀。
（6）黄绿色的气体是Cl2，依据Cl2的性质，可用烧碱溶液吸收。
答案：
（1）C
（2）干燥NH3 除去Cl2中的HCl气体
（3）使密度较大的Cl2和密度较小的NH3能较快地混合均匀 （4）MnO2＋4HCl（浓）
MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
（5）3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl
（6）在G处连接导管，直接把尾气通入盛有烧碱溶液的烧杯中
11．N2在诸多领域用途广泛。
某化学兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净N2的方法，进行了认真的准备。
请你参与交流与讨论。
[查阅资料]N2的制法有下列三种方案：
方案1：
加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。
方案2：
加热条件下，以NH3还原CuO可制得N2，同时获得活性铜粉。
方案3：
将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N2。
[实验准备]以实验室常见仪器（药品）等设计的部分装置如图所示（有的夹持和加热仪器未画出）。
[分析交流]
（1）若以方案1制得N2，应选择的发生装置是_____________________________________
（填字母）。
（2）若按方案2制得干燥、纯净的N2，且需要的NH3以生石灰和浓氨水作原料制取，整套制气装置按气流从左到右的连接顺序是________（填字母）。
获得N2的反应原理是________________________________________
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