（江苏专用）2020版高考化学专题八第3讲常见气体的实验室制备学案.docx

第3讲常见气体的实验室制备【2020备考】最新考纲：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.能识别或绘制简单的实验仪器装置图。新课标要求：能依据化学问题解决的需要，选择常见的实验仪器、装置和试剂，完成简单的物质性质、物质制备、物质检验等实验。最新考情：气体的制备一般以选择题形式呈现，结合基本实验操作、实验装置的选择等角度考查气体的制备、收集、提纯以及尾气处理等问题，如2017年T4、2014年T5等。预计2020年高考会延续这一考查方向。考点一 气体的制备与收集 知识梳理1常见气体制备的反应原理(1)O2：2KClO32KCl3O2或2H2O22H2OO2；(2)H2：ZnH2SO4=ZnSO4H2；(3)NH3：2NH4ClCa(OH)2CaCl22H2O2NH3；(4)CO2：CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2；(5)Cl2：MnO24HCl(浓) MnCl2Cl22H2O；(6)SO2：Na2SO3H2SO4(浓)=Na2SO4H2OSO2；(7)NO：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O。2常见气体制备的发生装置选择反应装置一般需从反应物的状态、溶解性和反应条件确定制气装置类型，具体如表中所示：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等试管要干燥试管口略低于试管底加热时先预热再固定加热用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等加热烧瓶时要垫石棉网反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片无需加热型O2、H2、CO2、SO2、NO、NO2等使用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下启普发生器只适用于块状固体和液体反应，且气体不溶于水使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速和用量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、CH4Cl2、CO2、NO2、SO2H2、NH3名师助学：(1)NO不能用排空气法收集，主要因为NO易与空气中的氧气反应生成NO2，NO2不能用排水法收集，主要因为NO2易与水反应。(2)密度与空气接近，且不与水反应或不溶于水的气体最好用排水法收集，如N2、CO、乙烯等。题组诊断气体的制备与收集1可用如图所示装置制取、净化、收集的气体是()A锌和稀硝酸反应制一氧化氮B亚硫酸钠与浓硫酸反应制二氧化硫C固体NaCl与浓H2SO4反应制取HClD浓氨水和生石灰反应制取氨气解析NO不能用排气法收集，A项错误；亚硫酸钠与浓硫酸反应不需加热即可制取二氧化硫，可以用浓硫酸除去水蒸气，并且二氧化硫的密度大于空气的密度，可以用该装置制取、净化、收集，B项正确；HCl气体极易溶于水，用NaOH溶液吸收会发生倒吸，C项错误；氨气是碱性气体，不能用浓硫酸净化，D项错误。答案B2下列有关实验装置进行的相应实验，能达到实验目的的是()A用图所示装置制取少量纯净的CO2气体B用图所示装置验证镁和稀盐酸反应的热效应C用图所示装置制取并收集干燥纯净的NH3D用图所示装置制备Fe(OH)2并能保证较长时间观察到白色解析用图所示装置制取少量CO2气体时，应用稀盐酸和CaCO3，A项错误；可以通过图装置U形管左右两端的液面差验证镁和稀盐酸反应的热效应，B项正确；氨气的密度比空气小，应用向下排空气法收集，C项错误；图装置中酒精与水互溶，不能将FeSO4溶液与空气隔绝，D项错误。答案B3实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如下图所示(省略夹持和净化装置)。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，合理的选项是()选项a中的物质b中的物质c中收集的气体d中的物质A浓氨水CaONH3H2OB浓硫酸Na2SO3SO2NaOH溶液C稀硝酸CuNO2H2OD浓盐酸KMnO4Cl2NaOH溶液解析NH3的密度小于空气，收集时需用向下排空气法，即c中导管应是“短进长出”，A项错误，B项正确；制取NO2需选用Cu与浓硝酸反应，C项错误；采用浓盐酸与KMnO4制取氯气时不需要加热，D项正确。 答案BD【解题流程】1物质制备流程 2实验操作流程3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，后点酒精灯。(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。【拓展升华】改进创新装置(1)排液集气装置从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为：饱和食盐水收集Cl2饱和NaHCO3溶液收集CO2饱和NaHS溶液收集H2S四氯化碳HCl或NH3(2)排水量气装置用以上装置可测量难溶于水的气体的体积，并将少量的该气体贮存在容器中。读数时，要求每套装置中的两容器中液面相平，且读数时要求视线与凹液面的最低点相平。考点二气体的净化和尾气处理 知识梳理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：气体的净化可分为物理方法和化学方法。遵循的原则：不损失原来气体，不引入新杂质。物理方法a液化法：利用沸点不同从空气中分离出N2和O2。b水洗法：利用溶解度不同从N2和NH3的混合气体中除去NH3。化学方法a氧化还原法：通过灼热的铜丝网除去混合气体中的O2；通过灼热的CuO除去H2、CO等。b酸碱法：将NH3和CO2的混合气体通过碱石灰除去CO2。c沉淀法：除去CO2中的H2S可利用CuSO4溶液，H2SCuSO4=CuSH2SO4。(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常见干燥剂浓硫酸(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NH3、H2S、HBr、HI等NH3Cl2、H2S、HCl、SO2、CO2等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：Cl2SO2NO2H2SHClNH3CONONaOH溶液CuSO4溶液或NaOH溶液水水或H2SO4溶液点燃与O2混合后通入NaOH溶液(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)尾气处理装置吸收型：燃烧型：贮存型：名师助学：选择气体干燥剂应注意的事项(1)酸性干燥剂(如浓硫酸、P2O5等)不能用来干燥碱性气体。(2)碱性干燥剂(如碱石灰、生石灰、固体NaOH等)不能用来干燥酸性气体(如CO2)。(3)有氧化性的干燥剂(如浓硫酸)不能干燥有还原性的气体(如H2S、HI等)。题组诊断 气体的净化和尾气处理1(2017江苏南京盐城期末)某课外小组的同学设计了以下装置(部分夹持仪器已略)制取无水AlCl3(易升华)，其中不能达到相应实验目的的是()A用装置甲制取氯气B用装置乙干燥氯气C用装置丙制取并收集AlCl3D用装置丁处理丙中排出的尾气解析由于碱石灰的成分是氧化钙和氢氧化钠，能与氯气反应，不能用作氯气的干燥剂，B项错误。答案B2(2018苏州期中)下列装置适用于实验室制氨气并验证氨气的某种化学性质，其中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用装置丁吸收尾气解析A项，无加热，两者反应生成NH3H2O，无法制得NH3，错误；B项，NH3能被浓硫酸吸收：2NH3 H2SO4=(NH4)2SO4，错误；C项，发生反应：2NH33CuON2 3Cu 3H2O，NH3作还原剂，正确；D项，NH3直接通入水中，会倒吸，错误。答案C3(2017江苏苏北三市三模)用下列装置在实验室中进行二氧化硫的制取、检验、收集和尾气处理，不能达到相应实验目的的是()A用装置甲制取二氧化硫B用装置乙检验二氧化硫的漂白性C用装置丙收集二氧化硫D用装置丁进行尾气处理解析A项，75%的硫酸为浓H2SO4，与Na2SO3不需要加热可以生成SO2，正确；B项，SO2可以使品红褪色，正确；C项，SO2的密度比空气大，应从长管进气，错误；D项，两个较大的球泡，可以防止倒吸，正确。答案C【思维建模】(1)气体除杂的一般思路气体的除杂，首先要判断气体中的杂质。判断气体中的杂质的方法：看反应物的性质，如用盐酸制取的气体中应含有HCl气体杂质；看气体是否完全反应，如用CO2与Na2O2反应制取的氧气中应含有CO2杂质；看反应实质，如C和浓硫酸加热制取的SO2中一定含有CO2；看是否有副反应发生等。最后再根据杂质的性质选择合适的试剂及装置。(2)干燥气体时选择干燥剂的原则不减原则：即通过干燥操作之后，目标气体的量不能减少；不反应原则：干燥剂不能与目标气体反应。(3)气体除杂原则先除杂质后干燥；用加热法除去杂质时，应先干燥后加热。用洗气瓶吸收气体杂质时，气流方向是长管进，短管出。用干燥管吸收气体杂质时，气流方向是大口进，小口出。若气体中含有多种酸性气体杂质时，应先将酸性较强的杂质气体除去，再除酸性较弱的杂质气体。【知识网络回顾】1(2018扬州期中)下列制取Cl2、验证其漂白性、收集并进行尾气处理的装置或原理不能达到实验目的的是 ()解析B项，Cl2和KI反应生成I2，体现Cl2的氧化性，不是漂白性，错误。答案B2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“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项错误。答案D3下列有关图示装置的叙述不正确的是()A装置可用于吸收实验中多余的SO2B装置可用于收集H2、NH3、Cl2、NO2等C装置中X为苯，可用于吸收NH3或HCl气体D装置可用于收集NH3，并吸收多余的NH3解析SO2和NaOH溶液会发生反应，故用NaOH溶液吸收SO2可以防止污染，A项正确；装置中如果气体从长导管通入，只能收集密度比空气大且不能与空气中的成分发生反应的气体，此时可以收集Cl2、NO2等气体；如果气体从短导管通入，只能收集密度比空气小且不能与空气中的成分发生反应的气体，此时可以收集H2、NH3等，B项正确；装置中如果X为苯，因为苯的密度比水的小，故苯应该在上层，C项错误；装置中先用盛有碱石灰的干燥管除去NH3中的水蒸气，然后用排空气法收集NH3，最后用防倒吸的装置吸收多余的NH3，D项正确。答案C4(1)有下列五套气体的干燥(及净化)装置(2)有下列三套尾气的吸收装置(3)利用(1)、(2)提供的装置连接组装以下气体的净化及尾气的处理装置：Cl2含HCl、H2O(g)装置的连接为：Cl2_接_接_。SO2含HCl、H2O(g)装置的连接为：SO2_接_接_。NH3H2O(g)装置的连接为：NH3_接_。CO含H2O(g)装置的连接为：CO接_接_。答案DA或B甲EA或B乙C乙A或B或C丙一、选择题1(2018海南化学，7)下列分离方法正确的是()A回收水溶液中的I2 ：加入乙酸，分液，蒸发B回收含有KCl的MnO2：加水溶解，过滤，干燥C除去氨气中的水蒸气：通过盛有P2O5的干燥管D除去乙醇中的水，加入无水氯化钙，蒸馏答案B2可用如图所示装置干燥、收集及尾气处理的气体是()H2SHClNH3Cl2SO2C2H4A和 B和C和 D和解析H2S和NH3不能用浓H2SO4干燥，C2H4不能用排空气法收集，因密度与空气很接近，Cl2应用NaOH溶液进行尾气处理，B项正确。 答案B3(2018南通一模)下列装置应用于实验室制NO2并回收硝酸铜，能达到实验目的的是()A用装置甲制取NO2B用装置乙除NO2中的少量HNO3C用装置丙收集NO2D用装置丁蒸干Cu(NO3)2溶液制Cu(NO3)26H2O解析A项，Cu和稀HNO3反应生成NO，错误；B项，NO2能与水反应，错误；D项，由于Cu(NO3)2水解，蒸干无法获得固体Cu(NO3)26H2O，错误。答案C4(2018苏锡常镇一调)实验室制备氨气、收集、验证其还原性并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是()A用装置甲制取氨气B用装置乙收集氨气时气体应该从a口进b口出C装置丙中黑色固体变成红色时还原产物一定为铜D可以用装置丁吸收氨气，进行尾气处理解析A项，NH4Cl加热分解生成NH3和HCl，但NH3和HCl化合又生成NH4Cl，无法制得氨气，错误；B项，NH3密度小于空气，用向上排空气法收集时，“短进长出”，正确；C项，除Cu外，Cu2O也是红色固体，不一定为铜，错误；D项，会发生倒吸，错误。答案B5(2018江苏化学，5)下列有关从海带中提取碘的实验原理和装置能达到实验目的的是()A用装置甲灼烧碎海带B用装置乙过滤海带灰的浸泡液C用装置丙制备用于氧化浸泡液中I的Cl2D用装置丁吸收氧化浸泡液中I后的Cl2尾气解析灼烧应在坩埚中进行，A项错误；海带灰浸泡液通过过滤可得海带灰和滤液，B项正确；浓HCl与MnO2反应制备Cl2时需要加热，C项错误；Cl2在饱和NaCl溶液中的溶解度小，应用碱液吸收，D项错误。答案B6(2018江苏扬州期末)下列有关实验装置的说法正确的是()A用图甲装置收集并测量NO2的体积B用图乙装置可以完成“喷泉”实验C用图丙装置可以实现化学能转化为电能D用图丁装置制取并收集SO2解析NO2与H2O发生反应，A项错误；Cl2在饱和食盐水中溶解度最小，不能发生“喷泉”现象，B项错误；该装置符合原电池形成条件，C项正确；Cu与浓硫酸反应需要加热才能发生，D项错误。答案C7(2018江苏南通期末)下列有关实验原理或实验操作正确的是()A用装置甲收集SO2并验证其漂白性B用装置乙验证氯气与水反应有盐酸生成C用澄清石灰水鉴别苏打溶液和小苏打溶液D用NaOH溶液除去苯中混有的少量苯酚，反应后分液解析用装置甲收集SO2并验证其还原性(不是漂白性)，A项错误；由于浓盐酸挥发干扰检验，B项错误；澄清石灰水与苏打溶液和小苏打溶液反应均有碳酸钙沉淀生成，C项错误；苯酚与NaOH溶液反应生成溶于水的苯酚钠，分液除去即可，D项正确。答案D8关于下列各实验装置图的叙述中，正确的是()A装置可用于分离苯和溴苯的混合物B装置可用于吸收HCl或NH3气体C装置可用于分解NH4Cl制备NH3D装置b口进气可收集CO2或NO气体解析苯和溴苯互溶，可以采用蒸馏的方法分离，A项正确；HCl和NH3极易溶于水，导气管直接伸入水层会产生倒吸，B项错误；NH4Cl分解后产生的HCl和NH3遇冷会迅速化合，C项错误；NO不能用排空气法收集，CO2密度比空气大，收集时导管要长进短出，D项错误。答案A9(2018通扬泰徐淮宿二调)下列通过制取硫酸铝、氢氧化铝获得氧化铝的装置和原理能达到实验目的的是()解析A项，常温下，浓硫酸遇铝钝化，错误；B项，NaOH过量，Al(OH)3溶解，错误；D项，灼烧要用到坩埚，不是蒸发皿，错误。答案C10下列实验中，所使用的装置(夹持装置略)、试剂和操作方法都正确的是()解析为防止氢氧化亚铁被氧化，滴管伸入硫酸亚铁溶液中制备氢氧化亚铁，A项正确；应在烧杯中溶解固体，冷却后转移到容量瓶中，B项错误；氨气易溶于水，不能用排水法收集氨气，C项错误；挥发的乙醇、浓H2SO4被还原生成的SO2也可使酸性KMnO4褪色，D项错误。答案A11某学习小组设计实验制备供氢剂氢化钙(CaH2)，实验装置如下图所示。已知：氢化钙遇水剧烈反应。下列说法正确的是()A相同条件下，粗锌(含少量铜)比纯锌反应速率慢B酸R为浓盐酸，装置b中盛装浓硫酸C实验时先点燃酒精灯，后打开活塞KD装置d的作用是防止水蒸气进入硬质玻璃管解析粗锌中含少量铜，锌、铜、稀硫酸构成原电池，使反应速率加快，A项错误；酸R应为稀硫酸，实验室一般不会使用浓盐酸和锌粒反应制取氢气，因为这样会引入氯化氢杂质，徒增除杂成本，装置b中盛装浓硫酸，用于干燥氢气，B项错误；点燃酒精灯前必须用氢气排尽装置内的空气，避免钙与空气中的氧气反应，或引燃氢气和空气的混合物，C项错误；氢化钙遇水剧烈反应，装置d中的浓硫酸可吸收水槽中可能逸出的水蒸气，避免氢化钙因吸收水蒸气而变质，D项正确。答案D二、填空题12实验室常见的几种气体发生装置如图A、B、C所示：(1)实验室可以用B或C装置制取氨气，如果用C装置，通常使用的药品是_；检查C装置气密性的操作方法是_。(2)气体的性质是选择气体收集方法的主要依据。下列气体的性质与收集方法无关的是_(填序号，下同)。密度颜色溶解性热稳定性是否与氧气反应(3)下图是某学生设计收集气体的几种装置，其中不可行的是_。(4)若用A装置与D装置相连制取收集X气体，则X可能是下列气体中的_；CO2NOCl2H2其中在D装置中连接小烧杯的目的是_。解析(1)采用B装置制取氨气时应选用消石灰和氯化铵固体；C装置适用于固体与液体不需要加热的反应，故应选用浓氨水和氧化钙(或碱石灰、固体氢氧化钠等)。检查C装置气密性的操作是连接一根导管，将导管通入水槽中，用手捂或酒精灯微热圆底烧瓶底部，如果导管口处有气泡产生，松开手或停止加热后，在导管里形成一段水柱，则说明C装置气密性良好。(2)选择气体收集方法，无需考虑气体的颜色和热稳定性，根据密度和是否与氧气反应选择能否采用向上或向下排空气法，根据溶解性判断能否选择排水或排其他液体的方法。(3)收集气体时不应采取b，b装置密闭不能排出空气。(4)制取CO2时不需加热，也不必处理尾气；NO常温下与氧气反应，不能用排空气法收集；制取H2时不需加热，应采用向下排空气法收集，尾气处理时一般用点燃的方法，故X可能是氯气。D装置中的小烧杯用来吸收尾气，防止污染空气。答案(1)浓氨水和氧化钙(或碱石灰、固体氢氧化钠等)关闭分液漏斗的活塞连接一根导管，将导管通入水槽中，用手捂或酒精灯微热圆底烧瓶底部，如果导管口处有气泡产生，松开手或停止加热后，在导管里形成一段水柱，说明C装置气密性良好(2)(3)b(4)吸收尾气，防止污染空气 13四氯化钛(TiCl4)是生产金属钛及其化合物的重要中间体。室温下，四氯化钛为无色液体。某化学兴趣小组同学以TiO2 和CCl4为原料在实验室制取液态TiCl4，装置如下图所示：有关信息如下：反应原理：TiO2(s)CCl4(g)TiCl4(g)CO2(g)。反应条件：无水无氧且加热。有关物质性质如下表所示：物质熔点/沸点/其他CCl42376与TiCl4互溶TiCl425136遇潮湿空气产生白雾请回答下列问题：(1)装置F中有氮气生成，该反应的化学方程式为_。(2)实验装置依次连接的顺序为FB_。(3)实验开始前首先点燃_处(填“D”或“F”)酒精灯，目的是_。(4)E装置不能换成B装置，理由是_。(5)欲分离装置C中的液态混合物，所采用操作方法的名称是_。(6)TiCl4是制取航天航空工业材料钛合金的重要原料。某钛合金含有的元素还有Al和Si等。已知在常温下，钛是一种耐强酸、强碱的金属，请设计实验检验其中的Si元素：_。解析(1)F中的反应物为NaNO2、NH4Cl，在加热条件下生成氮气，属于归中型氧化还原反应：NaNO2NH4ClN2NaCl2H2O。(2)以TiO2和CCl4为原料在实验室制取液态TiCl4，需要无水无氧且加热条件下进行，所以要先通干燥氮气，根据表格中物理数据，实验装置依次连接的顺序为FBADCE。(3)为保证反应在无水无氧环境下进行，需要排出装置中的空气， 因此应先在F处加热，通一段时间的氮气。(4)B装置中碱石灰仅作干燥剂，吸收水分，而E中的浓H2SO4能阻止空气中氧气和H2O蒸气进入合成流程中，保证反应在无氧干燥环境下进行，因此，这两个装置不能互换。(5)C中有生成的TiCl4和过量的CCl4，由于两者沸点相差较大，可以用蒸馏法进行分离。(6)钛是一种耐强酸强碱的金属，而硅能溶于碱生成硅酸盐，取少量合金样品于试管中，滴加过量NaOH溶液，振荡，Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2，静置后取上层清液，再逐滴滴入稀盐酸至过量，Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl，若有沉淀产生且最终沉淀不完全溶解，则证明样品中有Si元素。答案(1)NaNO2NH4ClN2NaCl2H2O(2)ADCE (3)F排出装置中的空气，保证反应在无水无氧环境下进行(4)B装置可以吸收水，但不能阻止空气中的氧气进入。不能保证反应在无氧环境下进行(5)蒸馏(6)取少量合金样品于试管中，滴加过量NaOH溶液，振荡，静置后取上层清液，再逐滴滴入稀盐酸至过量，若有沉淀产生且最终沉淀不完全溶解，则证明样品中含有Si元素(合理答案均可给分)14氯化亚砜(SOCl2)是一种液态化合物，沸点为77 ，在农药、制药行业中用途广泛。SOCl2遇水剧烈反应，液面上产生白雾，并有带刺激性气味的气体产生，实验室合成原理：SO2Cl2SCl2=2SOCl2，部分装置如图所示，回答以下问题：(1)仪器c的名称是_，装置f的作用是_。(2)实验室制Cl2的化学方程式为_。(3)SOCl2与水反应的化学方程式为_。蒸干AlCl3溶液不能得到无水AlCl3，使SOCl2与AlCl36H2O混合加热，可得到无水AlCl3，试解释原因：_。(4)下列四种制备SO2的方案中最佳选择是_。方案甲乙丙丁发生装置所选试剂NaHSO3固体18.4 molL1H2SO4Cu4 mol