课堂新坐标版高考化学一轮复习第10章化学实验基础第3节气体的实验室制法和性质探究教师用书.docx

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第三节　气体的实验室制法和性质探究

考纲定位

考情播报

1.掌握常见气体的实验室制法（包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法）。

2.涉及气体性质的实验探究和绿色化学理念。

3.根据实验目的和要求，做到①正确选用实验装置　②掌握控制实验条件的方法　③预测或描述实验现象。

2016·全国乙卷T10（B、D）、T26/全国丙卷T9（B、C）

2015·全国卷ⅠT26/全国卷ⅡT28

（2）

2014·全国卷ⅠT13/全国卷ⅡT10（C）

2013·全国卷ⅡT26（6）

2012·全国卷T26

（2）

考点|常见气体的实验室制法　

[基础知识整合]

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，烧瓶内要加碎瓷片或沸石

固、液不

加热型

①

②

H2、CO2、

SO2、NO2

等

①使用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下，但注意适用于块状固体与液体反应

②使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速

2.

（1）常见气体的净化装置

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”造成堵塞，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。

（2）常见干燥剂

①浓H2SO4：

具有强氧化性和酸性，不能干燥碱性气体（NH3）和还原性气体（HI、HBr、H2S等）。

②碱石灰（CaO＋NaOH）：

具有碱性，不能干燥酸性气体。

③中性干燥剂：

如CaCl2，硅胶，Na2SO4，一般可干燥所有气体，但CaCl2不能干燥NH3。

3．常见气体的收集方法

（1）排水法：

收集难溶于水的气体，如O2、H2、N2、NO、CO、C2H4等。

（2）排液法：

收集难溶于所选溶液的气体，如Cl2用排饱和食盐水法。

（3）向上排空气法：

收集气体密度比空气的大且相差较大，即相对分子质量大于29，如Cl2、CO2、NO2等。

（4）向下排空气法：

收集气体密度比空气的小，且相差较大，即相对分子质量小于29，如CH4、H2、NH3等。

4．尾气处理分析

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。

（1）用水吸收的是：

NH3、HCl（注意防倒吸）。

（2）用烧碱溶液吸收的是：

Cl2、HCl、H2S、SO2、NO2。

（3）用硫酸铜溶液或醋酸铅溶液吸收的是：

H2S。

（4）用点燃法除去的是：

CO、H2、CH4。

（5）用收集法除去的是：

NO。

[应用体验]

1．选择合适的试剂，能否用右图所示的装置分别制取少量NO和O2？

为什么？

写出有关方程式。

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

[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。

2H2O2

2H2O＋O2↑或2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，

2NO＋O2===2NO2。

2．完成表格。

序号

原物质

所含杂质

除杂质试剂

①

N2

O2

②

CO

CO2

③

CO2

CO

④

CO2

HCl

⑤

Cl2

HCl、H2O

⑥

SO2

HCl

⑦

CH4

乙烯

⑧

NH3

CO2、H2O

[提示]　①灼热的Cu网　②NaOH溶液　③灼热的CuO　④饱和NaHCO3溶液　⑤饱和食盐水、浓H2SO4　⑥饱和NaHSO3溶液　⑦溴水　⑧碱石灰

[考点多维探究]

角度1　气体的发生、净化、收集和尾气处理的分析

1．（2017·聊城模拟）下列有关实验装置的说法中正确的是________（填序号）。

（1）用图1装置可制取干燥纯净的NH3

（2）用图2装置可制备SO2

（3）用图3装置可制备NO

（4）用图4进行H2、NH3、CO2、Cl2、HCl、NO2等气体收集，但不能用于NO气体收集

（5）用图5当X选用苯时可进行NH3和HCl的吸收，并防止倒吸

（6）用图6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

图6

（7）用图7进行H2、O2、Cl2、SO2、NH3、CO2等气体的干燥

图7　　　　　图8

（8）用图8进行Cl2、NO、SO2、N2的收集

[解析]　

（1）NH3应用向下排空气法收集；

（3）NO不能用排空气法收集；

（5）不能防止倒吸，因为苯比水的密度小，在上层；

（6）SO2为酸性气体不能用碱石灰干燥；

（7）Cl2、SO2、CO2为酸性气体，不能用碱石灰干燥；

（8）Cl2、SO2可溶于水，不能用排水法收集。

[答案]　

（2）（4）

2．可用如图所示装置干燥、收集及尾气处理的气体是（　　）

【导学号：

95812261】

①H2S　②HCl　③NH3　④Cl2　⑤SO2　⑥NO

A．①和②　　　　　B．②和⑤

C．③和④D．⑤和⑥

B　[H2S、NH3不能用浓H2SO4干燥，NO不能用排空气法收集，Cl2不能用水吸收处理。

]

3．下列实验装置图正确的是（　　）

C　[A项，MnO2与浓盐酸反应需加热且收集Cl2时需从长管进气；B项，Na2O2为粉末状易溶于水，隔板无用；D项，排水法收集时，导管不能伸入集气瓶太长。

]

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用溴水不能用酸性高锰酸钾溶液。

（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，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．气体除杂的注意事项

（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，如氯化氢气体、CO2、SO2等，水蒸气要在最后除去。

（2）除杂选用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。

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。

角度2　与气体发生、净化、收集和尾气处理有关的仪器连接

4．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→eB．c—c′→d—d′→g

C．b—b′→d—d′→gD．d—d′→c—c′→f

B　[CO2气体中含HCl气体，可用饱和NaHCO3溶液除去。

]

5．（2015·重庆高考节选）ClO2与Cl2的氧化性相近，在自来水消毒和果蔬保鲜等方面应用广泛。

某兴趣小组通过如图1装置（夹持装置略）对其制备、吸收、释放和应用进行了研究。

图2

（1）仪器D的名称是________。

安装F中导管时，应选用图2中的________。

（2）打开B的活塞，A中发生反应：

2NaClO3＋4HCl===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O，为使ClO2在D中被稳定剂充分吸收，滴加稀盐酸的速度宜________（填“快”或“慢”）。

（3）关闭B的活塞，ClO2在D中被稳定剂完全吸收生成NaClO2，此时F中溶液的颜色不变，则装置C的作用是____________________________。

（4）已知在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2。

在ClO2释放实验中，打开E的活塞，D中发生反应，则装置F的作用是________________。

[解析]　

（1）仪器D是锥形瓶；安装F中导管时，应遵循“长进短出”的原则，所以应选择装置b。

（2）为使ClO2被充分吸收，必须控制ClO2的生成速率，因此滴加盐酸的速率宜慢不宜快。

（3）F溶液中的颜色不变说明没有氯气通入，即氯气被装置C所吸收。

（4）参加反应的离子有ClO

和H＋，生成的微粒有Cl－和ClO2，根据化合价升降法配平离子方程式即可。

因为ClO2的性质与Cl2相似，所以能使淀粉碘化钾溶液变蓝，利用此性质可以验证是否有ClO2生成。

[答案]　

（1）锥形瓶　b

（2）慢　（3）吸收Cl2　（4）验证是否有ClO2生成

专项突破16　以气体制备为载体的物质性质与制备的实验探究

1．物质制备流程

2．操作先后流程

（1）装配仪器时：

先下后上，先左后右。

（2）加入试剂时：

先固后液。

（3）实验开始时：

先检查装置气密性，再加药品，然后点燃酒精灯。

（4）净化气体时：

一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无味的气体，最后除水蒸气。

（5）防倒吸实验：

往往是最后停止加热或停止通气。

（6）防氧化实验：

往往是最后停止通气。

（7）仪器拆卸的一般过程：

从右到左，自上而下，先拆主体，后拆部件。

3．有气体参与实验中的注意事项

（1）爆炸：

可燃性气体的点燃、不纯气体受热、气体导管堵塞导致。

（2）炸裂：

玻璃仪器的骤冷骤热、受热不均等导致。

（3）倒吸：

气体在用液体吸收或与液态试剂反应时，由于极易溶解或反应导致。

（4）堵塞：

生成的蒸气易凝结、生成气体的同时产生粉尘等导致。

（5）空气污染：

生成的气体有毒，缺少尾气处理措施或措施不当导致。

命题点1　以性质探究或验证为目的的实验综合题

[对点训练1]　（2017·潍坊模拟）兴趣小组同学利用如图所示装置（夹持装置已略去）探究SO2的性质，并制取一种常用食品抗氧化剂焦亚硫酸钠（Na2S2O5）。

请回答下列问题：

（实验前已除去装置中的空气）

（1）打开分液漏斗活塞，发现其中的液体不能流下，应采取的操作是______。

（2）关闭K2、K3，打开K1，观察到装置C中发生的现象是_______________。

（3）装置D和F的作用是_____________________。

（4）关闭K1、K3，打开K2。

一段时间后E中有Na2S2O5晶体析出，装置E中发生反应的化学方程式为____________________________________。

（5）设计实验验证Na2S2O5晶体在空气中已被氧化______________。

[解析]　

（1）使用分液漏斗时应取下分液漏斗上口的玻璃塞，使分液漏斗内的压强等于大气压强，保证液体顺利流下。

（2）装置A中生成SO2，装置C中发生反应：

H2O＋SO2＋Na2S===H2S＋Na2SO3、SO2＋2H2S===3S↓＋2H2O，现象是有淡黄色沉淀生成。

（3）装置D和F的作用是吸收SO2，防止污染空气。

（4）装置E中Na2SO3与SO2反应生成Na2S2O5。

（5）若Na2S2O5晶体在空气中已被氧化，则生成Na2SO4，可以利用稀盐酸和BaCl2溶液检验SO

。

[答案]　

（1）拔掉分液漏斗上口的玻璃塞（或使分液漏斗玻璃塞上的凹槽或小孔对准瓶颈处的小孔）

（2）有淡黄色沉淀生成

（3）吸收SO2，防止污染空气

（4）SO2＋Na2SO3===Na2S2O5

（5）取少量Na2S2O5晶体于试管中，加适量水溶解，再滴加足量盐酸，振荡，无沉淀产生，排除Ag＋的干扰，再滴入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，证明Na2S2O5晶体在空气中已被氧化，证明Na2S2O5晶体在空气中已被氧化

命题点2　以物质制备为目的的实验综合题

[对点训练2]　（2017·河南郑州模拟）高铁酸钾（K2FeO4）是一种理想的绿色高效水处理剂。

某学习小组用如图所示装置（夹持仪器已略去）制备KClO溶液，并通过KClO溶液与Fe（NO3）3溶液的反应制备K2FeO4。

【导学号：

95812262】

查阅资料知K2FeO4的部分性质如下：

①可溶于水、微溶于浓KOH溶液；②在0～5℃、强碱性溶液中比较稳定；③在Fe3＋和Fe（OH）3催化作用下发生分解；④在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe（OH）3和O2。

请回答下列问题：

（1）仪器C和D中都盛有KOH溶液，其中C中KOH溶液的用途是__________。

（2）Cl2与KOH的浓溶液在较高温度下反应生成KClO3。

为保证反应生成KClO，需要将反应温度控制在0～5℃之间进行，在不改变KOH溶液浓度的前提下，实验中可以采取的措施是_________________________。

（3）在搅拌下，将Fe（NO3）3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中即可制取K2FeO4，写出该反应的化学方程式___________；

该操作不能将KClO饱和溶液滴加到Fe（NO3）3饱和溶液中，其原因是_____。

（4）制得的粗产品中含有Fe（OH）3、KCl等杂质。

一种提纯方案为：

将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3mol·L－1KOH溶液中，用砂芯漏斗过滤，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和KOH溶液，搅拌、静置，再用砂芯漏斗过滤，晶体用适量乙醇洗涤2～3次后，在真空干燥箱中干燥。

①第一次和第二次过滤得到的固体分别对应的是（填化学式）________、________，过滤时不用普通漏斗而采用砂芯漏斗的原因是_____________。

②晶体用乙醇洗涤的原因是__________________。

[解析]　

（1）C中KOH溶液为反应物，和氯气反应制备KClO，而D中KOH溶液的作用为吸收尾气，防止污染空气。

（2）控制反应温度在0～5℃，可采取冰水浴法。

（4）①根据题中信息“可溶于水”及“在0～5℃、强碱性溶液中比较稳定”知，将制得的粗产品溶于冷的3mol·L－1KOH溶液中，过滤可除去难溶物Fe（OH）3；根据题中信息“微溶于浓KOH溶液”知，在滤液中再加入饱和KOH溶液，可使K2FeO4析出。

②用乙醇洗涤时，乙醇挥发时带走水分，防止K2FeO4与水发生反应。

[答案]　

（1）和氯气反应制备KClO

（2）装置C加冰水浴冷却

（3）2Fe（NO3）3＋3KClO＋10KOH===2K2FeO4＋3KCl＋6KNO3＋5H2O　生成的K2FeO4在Fe3＋催化作用下会发生分解

（4）①Fe（OH）3　K2FeO4　滤纸在强碱条件下易被腐蚀

②乙醇挥发时带走水分，防止K2FeO4与水发生反应

[对点训练3]　亚硝酸钠在漂白、电镀等方面应用广泛。

现以木炭、浓硝酸、水和铜为原料生成的一氧化氮与过氧化钠反应制备亚硝酸钠的装置如图所示（部分夹持装置略）。

已知：

①3NaNO2＋3HCl===3NaCl＋HNO3＋2NO↑＋H2O；

②酸性条件下，NO或NO

都能与MnO

反应生成NO

和Mn2＋。

完成下列填空：

（1）写出a仪器的名称：

________。

（2）为避免B中逸出的气体中混有的杂质气体与Na2O2反应，应在B、C装置间增加一个装置，则该装置中盛放的药品名称为________________。

（3）写出NO与Na2O2在常温下生成NaNO2的化学反应方程式为___________；

当该反应中转移0.1mole－时，理论上吸收标准状况下NO的体积为_____L。

（4）D装置中发生反应的离子方程式为______________________。

（5）将11.7g过氧化钠完全转化成为亚硝酸钠，理论上至少需要木炭______g。

[解析]　

（1）仪器a为分液漏斗。

（2）气体中有二氧化碳和一氧化氮，为了除去二氧化碳，应用碱石灰（或氢氧化钠固体或氧化钙固体）除去。

（3）一氧化氮和过氧化钠反应生成亚硝酸钠，方程式为2NO＋Na2O2===2NaNO2；因为氮的化合价从＋2价升高到＋3价，当有0.1mol电子转移时，吸收的一氧化氮的物质的量为0.1mol，标准状况下的体积为2.24L。

（4）D中一氧化氮被KMnO4氧化成NO

，本身生成Mn2＋，离子方程式为5NO＋3MnO

＋4H＋===5NO

＋3Mn2＋＋2H2O。

（5）根据方程式分析：

C＋4HNO3

CO2↑＋4NO2↑＋2H2O,3NO2＋H2O===2HNO3＋NO,3Cu＋8HNO3===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O,2NO＋Na2O2===2NaNO2，所以1molC对应1molNa2O2，所以11.7g过氧化钠即0.15mol，需要0.15mol碳，质量为0.15mol×12g·mol－1＝1.8g。

[答案]　

（1）分液漏斗

（2）碱石灰（或氢氧化钠固体或氧化钙固体）

（3）2NO＋Na2O2===2NaNO2　2.24

（4）5NO＋3MnO

＋4H＋===5NO

＋3Mn2＋＋2H2O

（5）1.8

[课堂小结·反馈达标1＋1]　　　　　　　全新理念　探究高考　明确考向　　　

1．一个高考题，展示高考怎么考

（2015·福建高考）某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。

实验一　制取氯酸钾和氯水

利用下图所示的实验装置进行实验。

（1）制取实验结束后，取出B中试管冷却结晶，过滤，洗涤。

该实验操作过程需要的玻璃仪器有______________________________。

（2）若对调B和C装置的位置，________（填“能”或“不能”）提高B中氯酸钾的产率。

实验二　氯酸钾与碘化钾反应的研究

（3）在不同条件下KClO3可将KI氧化为I2或KIO3。

该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响，其中系列a实验的记录表如下（实验在室温下进行）：

试管编号

1

2

3

4

0.20mol·L－1KI/mL

1.0

1.0

1.0

1.0

KClO3（s）/g

0.10

0.10

0.10

0.10

6.0mol·L－1H2SO4/mL

0

3.0

6.0

9.0

蒸馏水/mL

9.0

6.0

3.0

0

实验现象

①系列a实验的实验目的是__________________________________。

②设计1号试管实验的作用是________________________________。

③若2号试管实验现象为“黄色溶液”，取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色；假设氧化产物唯一，还原产物为KCl，则此反应的离子方程式为________。

实验三　测定饱和氯水中氯元素的总量

（4）该小组设计的实验方案为：

使用下图装置，加热15.0mL饱和氯水试样，测定产生气体的体积。

此方案不可行的主要原因是________。

（不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因）

（5）根据下列资料，为该小组设计一个可行的实验方案（不必描述操作过程的细节）：

___________________________________。

资料：

ⅰ.次氯酸会破坏酸碱指示剂；

ⅱ.次氯酸或氯气可被SO2、H2O2和FeCl2等物质还原成Cl－。

[解析]　

（1）过滤需要漏斗、玻璃棒、烧杯等仪器，而洗涤沉淀也需要漏斗、玻璃棒、烧杯等仪器。

（2）若对调B和C装置，可以通过水先把Cl2中的HCl除去，可提高KClO3的产率。

（3）①根据图表可看出其他条件都相同，只有H2SO4的浓度不同，因此该实验研究的是硫酸的浓度对反应产物的影响。

②1号实验中H2SO4的浓度为0，故该实验起到与其他实验对照的作用；③淀粉遇到碘单质会显蓝色，故氧化产物为碘单质，ClO

被还原为Cl－。

（4）产生的Cl2会重新溶于水，同时HClO也会发生分解，生成HCl，极易溶于水，则无法计算氯元素的量。

（5）根据信息可知SO2、H2O2、FeCl2都能将次氯酸或者氯气还原，如果选择SO2会引入SO

，对Cl－的测定造成干扰，如果选择FeCl2则会引入Cl－，而H2O2不会引入杂质离子，因此选择H2O2将次氯酸或者氯气还原为Cl－，再用AgNO3溶液测定Cl－。

[答案]　

（1）烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管（不填“胶头滴管”也可）　

（2）能　（3）①研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响　②硫酸浓度为0的对照实验　③ClO

＋6I－＋6H＋===Cl－＋3I2＋3H2O

（4）因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等，此方案无法测算试样含氯总量（或其他合理答案）

（5）量取一定量的试样，加入足量的H2O2溶液，加热除去过量的H2O2，冷却，再加入足量的硝酸银溶液，称量沉淀质量（或其他合理答案）

2．一个模拟题，预测高考考什么

（2017·湖南益阳4月调研）膦（PH3）又称为磷化氢，在常温下是一种无色有大蒜臭味的有毒气体，沸点－89.7℃，易自燃，与空气混合易爆炸，微溶于水。

其制取原理类似于实验室制氨气，现用下图装置来制取磷化氢并验证其性质。

实验开始时，先从分液漏斗向盛有PH4I的圆底烧瓶中加入过量乙醚[无色液体，沸点34.5℃，微溶于水，不与Fe2（SO4）3反应]，微热数分钟后再从分液漏斗向圆底烧瓶中加入一定量的浓NaOH溶液继续加热。

在装置C处用电热器控制温度在300℃左右，实验过程中可观察到：

B装置的试管中有白色蜡状固体（P4）生成；D装置的试管中Fe2（SO4）3溶液颜色由棕黄色变成淡绿色，同时也有白色蜡状固体生成。

————————————————————————

请回答：

（1）按气流方向连接装置，从左到右的顺序为：

a→________→________→________→________→f。

[考查制备装置的连接顺序]

（2）用PH4I和烧碱反应制取PH3的化学方程式是___________________。

[考查化学方程的书写]

（3）实验开始时，先向圆底烧瓶中加入乙醚并微热数分钟，其目的是_____。

[考查加热时的注意事项]

（4）装置C中反应的化学方程式是______________________；

装置D中反应的离子方程式是________________________。

[考查化学或离子方程式的书写]

（5）装置B、D中的现象说明PH3具有的化学性质是________（填字母序号）。

A．碱性　B．不稳定性　　

C．还原性　D．酸性

[考查PH3的化学性质]

（6）实验时处理尾气的方法是____________________________。

[考查实验时处理尾气的方法]

[解析]　

（1）根据实验目的并结合所给各装置的现象，弄清实验原理，才能正确连接装置。

本实验中A为制取PH3的装置，产生的PH3气体先进入C装置，经受热分解产生P4和H2，然后再进入B装置，这样才能在B试管中观察到白色蜡状固体（P4），最后气体再进入D装置与Fe2（SO4）3溶液反应。

因此正确的连接顺序为a→d（或e）→e（或d）→b→c→f。