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文档简介
1、专题三 气体的制备及其装置气体制备装置一般分四大部分:发生装置,净化装置(干燥装置),收集装置,尾气处理装置。一、气体的发生装置一)固固(加热):适用于制O2、NH3、(CH4课本没有)制备原理:制氧气:制氨气:注意事项:l、试管口应稍向下倾斜,以防止产生的水蒸气在管口冷却后倒流而引起试管破裂。2、铁夹应夹在距管口l3处。3、固体药品要放在试管底部平铺开,加热时首先均匀预热,然后在试管的最后部位集中加热,并逐步前移。4、胶塞上的导管伸入试管里不能过长,否则会妨碍气体导出。5、如用排气法收集气体,当停止制气时,应先从水槽中把导管撤出,然后再撤走酒精灯。以防止水倒流。二)固液体(不加热):适用于制
2、CO2、H2 、H2S(SO2、NO2、NO课本没有制法)制备原理:制CO2:制H2:制SO2、NO2、H2S、NO:注意事项:1瓶内气密性要好。2先放固体后加液体。(为什么?)3加人酸的量要适当。4生成气体微溶或难溶于水。(一)常规类制备原理:制CO2:制H2:制H2S:注意事项:1在简易装置中长颈漏斗的下口应深入液面以下,否则起不到液封的作用而无法使用。2加入大小适宜不溶于水的块状固体,如果太碎会落入底部的酸中使反应无法控制。造成容器内压力过大,导致酸液溢出。3加人酸的量要适当。4在导管口点燃氢气或其它可燃性气体时,必须先检验纯度。(二)启普发生器类三)固液或液液(加热):适用于制C2H4
3、、Cl2、SO2、乙酸乙酯、蒸馏(HCl课本没有) abcdef制备原理:制C2H4:制Cl2:制NO:f用于Cu和浓硫酸制取SO2:冰醋酸和乙醇浓硫酸作用下制乙酸乙酯:注意事项:l、瓶内反应物体积不宜超过烧瓶容积的1/3。2、a、b、c加热前应放入碎瓷片,防止暴沸。3、a装置温度计插入反应液面以下,测反应液温度;b装置温度计水银球与支管端口处相平,测气体温度,便于控制馏份。4、d装置便于随时加入液体,但随反应进行烧瓶内压强增加,液体不易滴入。(改进方法见e)注意点:1、用KMnO4制取O2时,为了防止生成的细小颗粒堵塞导管,在大试管口放一松软棉花。2、实验室制取氨气时,由于氨气极易与空气中的
4、水结合,导致外部空气向试管里“冲”,里面氨气向外逸出,在小试管口放一疏松棉花。3、在制取C2H2时,若用大试管为反应器时,在大试管口放一松软棉花,防止生成的泡沫喷出。4、Cu和浓硫酸制取SO2做性质试验的小试管口堵一块蘸有少量碱液的棉花防止污染。二、气体的净化(干燥)装置一)常见净化原理:气体的净化可分为物理方法和化学方法。遵循以下原理:不损失主体气体;不引入新杂质;在密闭容器中进行;先除易除的气体。1、物理方法:(1)液化法:利用沸点不同从空气中分离N2和O2。(2)水洗法:利用溶解度不同从N2和NH3中除去NH3;从NO和NO2中除去NO2。2、化学方法:(1)氧化还原法:灼热铜丝网除去混
5、合物中的O2(2CuO22CuO);CuO除去H2、CO等。(2)酸碱法:NH3和CO2通过碱石灰除去CO2。(CaOCO2CaCO3)(3)沉淀法:除去CO2中的H2S通过CuSO4溶液。H2SCuSO4CuSH2SO4(4)最常用的为洗气法:用饱和NaCl除去Cl2中的HCl;用饱和NaHCO3除去CO2中的HCl、SO2等;用酸性高锰酸钾除去气体中的SO2;(如CO2中的SO2)注意:以下考得比较少:用饱和NaHSO3除去SO2中的SO3;浓硫酸也可除SO3(SO3易溶于浓硫酸);冷却同样可以除SO3。用饱和Na2CO3溶液除去乙酸乙酯中的乙醇或乙酸;二)常见净化装置 a b c d e
6、a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、c、d一般盛液体药品,用于洗液。e一般盛固体药品,往往根据增重可测出吸收物质的质量,用于定量计算。三)常见干燥剂及气体的干燥液态干燥剂固态干燥剂装置 常见干燥剂浓硫酸无水氯化钙碱石灰可干燥气体H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CH4、N2、COH2、O2、Cl2、SO2、CO2、CH4、N2、COH2、O2、NH3、N2、CO、CH4不可干燥气体NH3、H2S、HBr、HINH3Cl2、H2S、HCl、SO2、CO2三、气体的收集装置根据气体溶解性(分子极性)和密度(相对分子量,与29比较
7、)不同,把气体的收集方法分为排液法(常为排水法)和排气法(常为排空气法)。装置图见下:一)排液法:难溶或微溶于水且不与水发生化学反应的气体。例如:H2、O2、CO、CH4、NO(只能用排液法收集)、CH2CH2、CHCH等。注:Cl2不用排水法收集,但可用排饱和食盐水收集,CO2可以用排饱和NaHCO3收集。排液法的典型仪器是a,注意导管只能伸入集气瓶内少许。二)排气法:不与空气反应且密度与空气相差较大的气体;又可分为向上排空气法和向下排空气法。用排气法收集气体时,导气管一定要伸入集气瓶底部,把空气尽量排出。为了减少空气扩散,集气瓶口可盖上毛玻璃片(如图b);试管口轻轻塞上一小团疏松的棉花(如
8、图d)(1)向上排空气法:式量大于29的气体。如O2、CO2、SO2、H2S、Cl2、NO2(只用排空气)、HCl等;典型装置是b。(2)向下排空气法:式量小于29的气体。如H2、CH4、NH3等;典型装置是c。 a b向上排空气法 c向下排空气法 d练习:(发散思维)1、下列装置也能用于收集气体,试根据气体的流向判断收集气体的种类。 2、排水法收集的气体和排气法收集的气体纯度有何不同?3、某些气体要求非常干燥,则收集前后都要干燥,如何组装仪器?四、尾气处理装置通常有毒和有污染的尾气必须适当处理。常用经典仪器有: a b c d ea用于NaOH吸收氯气、CO2;硫酸铜吸收H2S(气体溶解或反
9、应速度不很快,不易引起倒吸);b用于收集少量气体然后处理;c、d收集极易溶且溶解很快的气体。如HCl、HBr、NH3等;其中d 吸收量少。e用于处理难以吸收(有毒)且可燃的气体。如H2、CO等。实验装置总装思路1、装置的安装顺序2、操作顺序装置连接气密性检查装固体药品加液体药品气体制取1、将装置的导管口一端浸没于水中,再用双手手掌握住容器(试管可用一只手握住,如左图;复杂仪器还可微热),若在导管口处有气泡冒出,松手后,水在导管里形成了一段水柱,则装置的气密性良好。概括为:微热看气泡,静置看液面(又称整体法)。要点1:气密性的检查2、如左图,关闭止水夹后,从长颈漏斗向试管中注入一定量的水,使漏斗
10、内液面高于试管内液面,静置后若漏斗内液面不下降,则装置的气密性良好;液面下降,则装置的漏气;概括为:注液静置看液面(又称局部法)。创新设计方案集锦:1、气体安全装置1)防倒吸安全装置 2)防堵塞安全装置 3)防污染安全装置 2、液封装置3、量气体体积装置(读数时,要使量筒与洗气瓶中的液面保持水平,消除水位差造成的误差) 4、启普发生器原理及类似反应器 【典型例题】例1(2006江苏卷)实验室可用右下图所示装置干燥、收集某气体R,则R可能是( ) ASO2 BNH3 CHCl DCl2 例2(05上海)以下各种尾气吸收装置中,适合于吸收易溶性气体,而且能防止倒吸的是例3(06上海题18)右图是气
11、体制取装置,下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是A大理石和稀硫酸制取二氧化碳 B锌粒和稀硫酸制氢气C浓盐酸和二氧化锰制取氯气 D电石和水制取乙炔例4(06广东21)某研究小组进行与NH3有关的系列实验。K1K2K3K4K5ACB石蜡油从下图中挑选所需仪器,画出制取干燥NH3的装置简图(添加必要的塞子、玻璃导管、胶皮管。固定装置和尾气处理装置不用画),并标明所用试剂。将NH3通入溴水中,有N2生成,反应的化学方程式为 。为验证“同温同压下,相同体积的任何气体都含有相同数目的分子”,该小组同学设计了如第6页右上图所示的装置,图中B管的容积是A管的2倍,活塞K1、K2、K3、K4、K
12、5均关闭(固定装置和尾气处理装置略;HCl和NH3均不溶于石蜡油,也不与之反应;装置气密性好。在A管中充满与大气压强相等的干燥HCl气体。操作是 。控制活塞K4、K5,调节C,使B管充满与A管同压的干燥NH3。缓缓开启K3,A管中的现象是 。要达到实验目的,当反应完成并恢复到室温时,B管中预期的现象是 ;若观察不到预期现象,主要原因是 。例5 今有下列气体:H2、Cl2、CH4、HCl、NH3、NO、H2S、SO2,用图装置进行实验,填写下列空白:(1)当烧瓶干燥时,从A口进气可收集的气体是 ,从B口进气可收集的气体是_。(2)当烧瓶中充满水时,可用来测量 等气体的体积。(3)当烧瓶中装入洗液
13、,用于洗气时,气体应从 口进入烧瓶。例6水蒸气通过灼热的煤所产生的混合气,其主要成分是CO、H2,还含有CO2和水蒸气。请用所示装置设计一个实验,以确认上述混合气中含有CO和H2。(1)连接上述装置的正确顺序是:(填各接口的代码字母)混合气( )、( )接( )、( )接( )、( )接( )、( )接( )、( )。(2)确认混合气中含有H2的实验现象是_,其理由是_。例7 已知氨气跟氧化铜反应可以制备氮气(),纯氮气跟镁在高温下反应可得到氮化镁,但氮化镁遇水即反应生成氢氧化镁和氨气。(1)下面是某化学课外小组的同学提出的实验室制备氨气的几种方案A. 硫酸铵固体与消石灰共热B. 浓氨水逐渐滴
14、加到新制的生石灰水C. 在一定条件下,氮气与氢气化合D. 加热分解氯化铵固体你认为其中较简便易行的方案有_(填字母);其反应的化学方程式为_。(2)该小组同学设计的制备氮化镁的方案有以下两个。分别见实验方案的装置图(夹持及加热仪器没有画出)。且在实验前系统内的空气均已排除。方案一 该实验完成后,能否得到纯净的氮化镁_(填“能”或“不能”);简述理由_。 装置C的作用是_。方案二已知: 该方案中存在的主要问题是_ 如何才能解决上述问题_。精选题一、选择题1图5-19装置可用于 A加热NaHCO3制CO2B用铜和稀硝酸反应制NOC用NH4Cl与浓NaOH溶液反应制NH3D用NaCl与浓硫酸反应制H
15、Cl2按下述方法制备气体,合理而又实用的是 A锌粒与稀硝酸反应制备H2B向饱和氯化钠溶液中滴加浓硫酸制备HClC亚硫酸钠与浓硫酸反应制备SO2D大理石与浓硫酸反应制备CO23图5-20是一套实验室制气装置,用于发生、干燥和收集气体。下列各组物质中能利用这套装置进行实验的是A铜屑和浓硝酸B二氧化锰和浓HClC电石和水D碳酸钙和稀盐酸4现用二氧化锰氧化浓盐酸来制取氯气,将氯气经过净化装置、干燥装置后,再跟灼热的铜屑反应,以制取氯化铜固体,最后还应连接尾气吸收装置,以保护环境。在尾气吸收装置中,若只有以下试剂,你认为不适宜的试剂是 A溴化钠溶液B氢氧化钠溶液C氯化钠溶液D硫酸亚铁溶液5实验桌上只有烧
16、碱、盐酸、铜片、大理石、蒸馏水五种试剂,从欠缺试剂的角度来看(实验仪器齐全),无法进行的实验项目是 A制取氢气B制取碳酸钠C制取氯化铜D测定盐酸的浓度6如图5-21装置,红磷、硫磺分别在a、b瓶中燃烧,当燃烧结束后同时打开两个夹子,可看到 A水同时流入a、b两集气瓶B水只流入a集气瓶C水只流入b集气瓶Da、b集气瓶中都无水流入 7某实验室有锥形瓶、集气瓶、各种玻璃导管、橡皮塞、烧杯、药匙和所需药品,可以制备下列各组气体的是 AH2、NO2、CH4BHCl、Cl2、O2CH2、CO2、H2SDC2H2、NH3、C2H48当氢气混有氯化氢、硫化氢、二氧化碳和水蒸气时,为得到干燥纯净的氢气,操作步骤
17、和顺序完全正确的是(每一步只除去一种杂质) 通过装浓硫酸的洗气瓶 通过装水的洗气瓶 通过装氢氧化钠溶液的洗气瓶 通过灼热的氧化铜 通过装硫酸铜溶液的洗气瓶 通过装有五氧化二磷的干燥管A、B、C、D、二、非选择题9图5-22所示装置可以收集以下气体:H2、NO、CH4、HCl、Cl2、NH3、SO2。(1)若集气瓶是干燥的,气体从a进入,可收集的气体有_。(2)若将集气瓶盛满水,收集气体并测量气体的体积,可收集并测量体积的气体有_。此时气体应由_管进入,由_管通向量筒。10图5-23装置:(铁架台和加持仪器均略去)制得的气体X是干燥和纯净的,在装置A、B、C中盛放的试剂在下列(11)中选用。Mn
18、O2粉末 P2O5粉末 NaOH粒 无水CaCl2 NaBr粉粒 浓盐酸 浓硫酸 浓氨水 浓NaOH溶液 稀盐酸 (11)稀硫酸。试回答:(1)A中a盛放的是(均用编号)_,B中盛放的是_,B中盛放的是_,C中盛放的是_。(2)发生器中产生气体X的原理是_。(97-全国)1,2 - 二溴乙烷可作汽油抗爆剂的添加剂,常温下它是无色液体,密度,沸点131.4,熔点9.79,不溶于水,易溶于醇、醚、丙酮等有机溶剂。在实验室中可以用下图所示装置制备1,2- 二溴乙烷。其中分液漏斗和烧瓶a中装有乙醇和浓硫酸的混合液,试管d中装有液溴(表面覆盖少量水)。填写下列空白:(1)写出本题中制备1,2-二溴乙烷的两个化学反应方程式._(2)安全瓶b可以防止倒吸,并可以检查实验进行时试管d是否发生堵塞。请写出发生堵塞时瓶b中的现象。_.(3)容器c中NaOH溶液的作用是:_.(4)某学生在做此实验时,使用一定量的液溴,当溴全部褪色时,所消耗乙醇和浓硫酸混合液的量,比正常情况下超过许多。如果装置的气密性没有问题,试分析其可能的原因。专题三 气体的制备及其装置 参考答案例1例2例3例4例5BDB(1)(2)2NH3+3Br2 N2+6HBr;(3)调节C中的液面与B中的液面高度相等,开启K1和K2,从K2处通入干燥的HCl将其中的空气排净,直到K1处有白雾出现,关闭K1、K2。A中产生
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