气体的实验室制备、净化和收集

专题讲座二 气体的实验室制备、净化和收集1．气体制备实验的基本思路2．重要气体的发生装置依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将制备气体的发生装置分为三类：△(1)固体＋固体――→气体发生装置：制备气体：O2、NH3、CH4等。△(2)固体＋液体或液体＋液体― ―→气体发生装置：制备气体：Cl2、C2H4等。(3)固体＋液体(不加热)―→气体发生装置：制备气体：选择合适的药品和装置能制取中学化学中常见的气体。3．气体制备装置的改进(1)改进的目的：用于加热易熔化的固体物质的分解，这样可有效地防止固体熔化时造成液体的倒流，如草酸晶体受热分解制取 CO2气体。(2)“固体＋液体―→气体”装置的创新△(3)“固(液)＋液――→气体”装置的创新图A的改进优点是能控制反应液的温度。图B的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利流下。4．气体的除杂方法(1)除杂试剂选择的依据：主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性。除杂原则：①不损失主体气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④先除易除的杂质气体。(2)气体干燥净化装置类型

液态干燥剂

固态干燥剂

固态干燥剂

固体，加热装置ⅠⅡⅢⅣ浓H2SO4(酸性、强氧无水氯化钙(中性)碱石灰(碱性)除杂试剂Cu、常见干燥剂化性)CuO、Mg等当CO2中混有O2杂质时，应选用上述Ⅰ～Ⅳ中的Ⅳ装置除O2，除杂试剂是Cu粉。5．气体的收集方法收集方法收集气体的类型收集装置可收集的气体(举例)难溶于水或微溶排水法于水，又不与水反O2、H2、NO、CO等应的气体密度大于空气且向上排空气法不与空气中的成Cl2、SO2、NO2、CO2排空分反应气法密度小于空气且向下排空气法不与空气中的成H2、NH3分反应6.集气装置的创新 ——排液集气装置装置(Ⅰ)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，还可以收集以下气体。①饱和食盐水 ——收集Cl2。②饱和NaHCO3溶液——收集CO2。③饱和NaHS溶液——收集H2S。④四氯化碳——收集HCl或NH3。装置(Ⅱ)储气式集气。气体从橡胶管进入，可将水由 A瓶排入B瓶，在瓶 A中收集到气体。7．尾气处理的原因、方法及装置(1)原因：有些气体有毒或有可燃性，任其逸散到空气中，会污染空气或者引发火灾、爆炸等灾害。(2)处理方法：一般根据气体的相关性质，使其转化为非气态物质或无毒物质，如酸性有毒气体用碱溶液吸收，可燃性气体用点燃等措施。(3)尾气处理装置 (见下图a、b、c)①实验室制取 Cl2时，尾气的处理可采用 b装置。②制取CO时，尾气处理可采用 ac装置。③制取H2时，尾气处理可采用 ac装置。题组一 气体的制备与性质探究1．(2017·临沂市高三上学期期中考试 )用下图所示装置进行实验， 下列实验现象描述错误的是( )实验试剂甲试剂乙试剂丙丙中的现象A稀盐酸CaCO3Na2SiO3溶液有白色沉淀生成B浓硫酸Na2SO3BaCl2溶液有白色沉淀生成C过氧化氢MnO2酸性KI-淀粉溶液溶液变为蓝色D浓盐酸KMnO4Na2S溶液有淡黄色沉淀生成答案 B解析 A项，盐酸和碳酸钙反应生成 CO2，CO2与硅酸钠溶液反应生成硅酸白色沉淀， 正确；B项，浓硫酸与亚硫酸钠反应生成 SO2，但SO2与氯化钡不反应，错误； C项，过氧化氢在二氧化锰的作用下分解生成氧气，氧气把碘化钾氧化为单质碘，碘遇淀粉显蓝色，正确； D项，浓盐酸与高锰酸钾混合生成氯气，氯气把硫化钠氧化为单质 S，产生淡黄色沉淀，正确。2．(2018曲·阜市高三检测)用如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是()选项实验目的试剂a试剂b试剂c装置A验证非金属性：稀硫酸Na2CO3Na2SiO3溶液S>C>SiB制备纯净的氯气浓盐酸MnO2饱和食盐水C检验溶液X中含盐酸溶液X澄清石灰水－有CO32D除去Na2SO3中的NaOH溶液氯水混合物Na2SO4答案 A解析 A项，装置 b中出现气体，说明硫酸的酸性强于碳酸，装置 c中出现沉淀，说明碳酸的酸性强于硅酸，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强，即 S>C>Si，正确；项，MnO2和浓盐酸反应，需要加热，此装置中没有加热装置，饱和食盐水除去氯气中的HCl，从装置c中出来的氯气中混有水蒸气，不是纯净的，错误；C项，装置b中加入盐酸，出现能使澄清石灰水变浑浊的气体，不能说明X中含有CO32－，可能含有HCO3－或SO32－或HSO3－，错误；D项，氯水具有强氧化性，能把SO32－氧化成SO42－，不能达到实验目的，错误。3．(2017·湖北省部分重点高中协作体高三上学期联考)利用如图所示装置进行下列实验，能得到相应实验结论的是()选项①②③实验结论A浓硫酸Na2SO3KMnO4溶液褪色SO2有漂白性B浓盐酸KMnO4FeBr2溶液变为氧化性：Cl2>Br2黄色C稀硫酸碳酸钠CaCl2溶液无明CO2不与CaCl2显变化反应D浓硫酸具有脱水浓硫酸蔗糖溴水褪色性、吸水性答案

C解析

A项，二氧化硫使酸性高锰酸钾溶液褪色表现的是二氧化硫的还原性，错误；

B项，氯气通入溴化亚铁溶液先氧化亚铁离子，使溶液变为黄色，错误；

C项，碳酸的酸性弱于盐酸，所以二氧化碳不与氯化钙反应，正确；

D项，溴水褪色说明有二氧化硫生成，证明了浓硫酸的强氧化性，错误。4．(2017·江西省临川区第一中学高三上学期期中考试 )用下图所示装置进行实验， 下列对实验现象的解释不合理的是 ( )选项①中试剂①中现象解释A品红溶液溶液褪色SO2具有漂白性BNa2SiO3溶液产生胶体沉淀酸性：H2SO3>H2SiO3CBa(NO3)2溶液生成白色沉淀SO32－与Ba2＋生成白色BaSO3沉淀D酸性KMnO4溶液紫色褪去SO2具有还原性答案CCu和浓硫酸发生反应△解析Cu＋2H2SO4(浓)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O。A项，SO2具有漂白性，能使品红溶液褪色，正确；B项，通入SO2后产生胶体沉淀，说明产生H2SiO3，即H2SO3酸性强于 H2SiO3，正确；C项，SO2溶于水，溶液显酸性， NO－3在酸性条件下具有强氧化性，能把

HSO或23

SO2－氧化成3

SO2－，因此沉淀是4

BaSO，错误；4

D项，酸性高锰酸钾溶液具有氧化性，紫色褪去，说明 SO2具有还原性，正确。题组二 高考新题型——和气体制备有关的仪器连接分析5．(2017·国卷全Ⅰ，10)实验室用 H2还原WO3制备金属 W的装置如图所示 (Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气 )。下列说法正确的是 ( )A．①②③中依次盛装 KMnO4溶液、浓 H2SO4、焦性没食子酸溶液．管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度C．结束反应时，先关闭活塞 K，再停止加热D．装置

Q(启普发生器

)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气答案

B解析

A项，气体从溶液中逸出易带出水蒸气，所以浓硫酸应放在

③中，错误；

B项，先通H2以排除空气，加热前应先检验

H2的纯度，正确；

C项，若先停止通

H2，空气有可能重新将W氧化，应先停止加热，再关闭活塞K，错误；D项，MnO2和浓盐酸反应制氯气需要加热，不能用启普发生器制备，错误。6．(2018·南省海南中学高三月考海 )用下图所示装置测定水中氢、 氧元素的质量比， 其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和 U形管的质量差，实验测得 m(H)∶m(O)>1∶8。下列对导致这一结果的原因分析中，一定错误的是 ( )．Ⅰ、Ⅱ装置之间缺少干燥装置．Ⅲ装置之后缺少干燥装置C．Ⅱ装置中玻璃管内有水冷凝D．CuO没有全部被还原答案

D解析

用H2还原

CuO时，装置Ⅲ中

CaCl2吸收的是生成的水，而装置

Ⅱ中玻璃管通

H2前后的质量差为反应时消耗CuO中氧的质量，即生成水中氧元素的质量，而m(水)－m(氧)＝m(氢)。当Zn和稀硫酸反应产生的H2不干燥[m(水)偏大]，装置Ⅲ后不加干燥装置，使Ⅲ中CaCl2吸收空气中的水分[m(水)偏大]，Ⅱ中玻璃管内有水冷凝[m(氧)偏小]，都会造成测得m(H)∶m(O)>1∶8。H2O的组成与 CuO是否完全反应无关，只与通 H2前后玻璃管的质量差和生成的水有关。7．(2017

·北省武邑中学高三上学期期中考试河

)Cl2O

是一种强氧化剂，易溶于水且会与水反应生成次氯酸，与有机物或还原剂接触会发生燃烧并爆炸。一种制取

Cl2O的装置如图所示，加热装置和夹持仪器已略。已知：Cl2O的熔点为－116℃，沸点为 3.8℃；Cl2的沸点为－34.6℃；HgO＋2Cl2===HgCl2＋Cl2O。下列说法正确的是 ( )．装置②③中盛装的试剂依次是浓硫酸和饱和食盐水．通干燥空气的目的是作氧化剂C．从装置⑤中逸出气体的主要成分是 Cl2OD．装置④与⑤之间不用橡皮管连接，是为了防止橡皮管燃烧和爆炸答案 D解析 A项，从饱和食盐水中逸出的气体中含有水蒸气，所以氯气要先通过饱和食盐水，再通过浓硫酸，即装置

②③中盛装的试剂依次是饱和食盐水和浓硫酸，错误；

B项，通干燥空气的目的是将

Cl2O从发生装置完全赶出至收集装置，

错误；C

项，从装置⑤中逸出气体的主要成分是 Cl2，错误；D项，装置④与⑤之间不用橡皮管连接，是为了防止橡皮管燃烧和爆炸，正确。题组三

仪器连接专练8．将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应，测定生成气体在通常状况

(约

20℃，1.01×105Pa)的体积。某同学拟选用如图实验装置完成实验：最简易的装置其连接顺序： A接(______)(________)接(________)(________)接(________)(填接口字母，可不填满 )。答案 E D G9．实验室合成硫酰氯要先制取干燥氯气。制备干燥纯净的氯气所用仪器如下图：上述仪器的连接顺序： e接________，________接________，________接________，________接________(按气流方向，用小写字母表示)。答案dcabihg10．亚硝酸钠是一种工业盐， 在生产、生活中应用广泛。 现用下图所示装置 (夹持装置已省略 )及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物成分。已知：① NO＋NO2＋2OH－===2NO－2＋H2O②气体液化的温度： NO2(21℃)、NO(－152℃)(1)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，目的是 _______________________________________________________________________________________________________。(2)为了检验装置 A中生成的气体产物，仪器的连接顺序 (从左向右连接 )：A→________；组装好仪器后，接下来进行的操作是 _______________________________________________。答案(1)排出装置中的空气，防止干扰NO的检验(2)CEDB检查装置的气密性解析(1)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排出装置中的空气，防止干扰NO的检验，否则会影响NO和NO2的检验。(2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(从左向右连接)：A是发生装置，C是干燥除去水。因为NO2更易液化，先分离NO2，所以接E冷却二氧化氮，NO2分离后再检验NO，再接D通氧气，观察到气体从无色变成红棕色，说明是NO，B是尾气处理；吸收反应后剩余的NO和NO2的混合气体，防止污染空气。装置的连接为A→C→E→D→B；有气体参与或生成的实验必须检查装置的气密性，故组装好仪器后，接下来进行的操作是检查装置的气密性。11．利用如图装置，进行 NH3与金属氧化物 MxOy反应生成 M、N2、H2O，通过测量生成水的质量来测定 M的相对