诸城一中课常见气体的实验室制法学案

诸城一中高三化学寒假作业（四）课题：常见气体的实验室制法【重点基础知识】一、气体的制备：实验室制取纯净的气体一般有以下环节：（1）气体的发生；（2）气体的净化；（3）气体的收集；（4）尾气的处理（对于有毒气体）。1、常见气体的制备原理：气体发生装置的三种典型类型：中学化学中要求掌握约13种气体的制备，它们是：三种单质气体(O2，H2，Cl2)、三种氢化物(HCl，H2S，NH3)、三种有机气体(CH4，C2H4，C2H2)、四种氧化物(CO2，SO2，NO，NO2)。写出下列制备反应的化学方程式：H2:NH3:O2:NO2:或：NO：Cl2:CO2:HCl:CH4:H2S:C2H4:或：C2H2:SO2:2、气体发生装置：（1）固、固加热：即：固+固△气如制取等。装置如右图：（2）液固或液、液加热：即：液+固△气；液+液△气，如制取等。装置如右图：固体—液体加热（3）液固不加热：即：液+固气如制取等。装置如右图：启普发生器，它用于固—液常温下反应制取大量气体。其优点是可以随时反应，随时停止。使用时应注意装置是否漏气；液体不能添加太满；固体试剂应是块状。启普发生器由、、三部分组成。３．气体的净化：净化选择气体吸收剂应根据气体的性质和杂质的性质而确定，所选用的吸收剂只能吸收气体中的杂质，而不能与被提纯的气体反应。一般情况下：①易溶于水的气体杂质可用水吸收；②酸性气体杂质可用碱性物质吸收；③碱性气体杂质可用酸性物质吸收；④水蒸气可用干燥剂来吸收；⑤能与杂质反应生成沉淀(或可溶物)的物质也可用作吸收剂。1、含有HCl杂质气体⑴CO2（HCl）––––-溶液；SO2（HCl）––––溶液H2S（HCl）––––-溶液；⑵Cl2（HCl）––––––；H2（HCl）––––-；2、中性气体中含有酸性杂质气体：用溶液吸收①O2（Cl2）②H2（H2S）③O2（CO2）④CO（CO2）⑤C2H2（H2S）⑥NO（NO2）3、酸性气体中含有其它酸性杂质气体①CO2（SO2）––––-溶液；②CO2（H2S）–––––-溶液；4、含有O2杂质气体①CO2（O2）–––––；②N2（O2）––––-5、HCl（Cl2）–––––。(2)常见气体的干燥：固体干燥剂通常放在内，液体干燥剂通常放在内。在选择干燥剂时，一般应注意以下几点。①被干燥的气体一定不能与干燥剂发生化学反应。②酸性干燥剂一般用来干燥酸性或中性气体，而不能用来干燥碱性气体。如浓H2SO4能干燥H2，O2，Cl2，CO2等，而不能干燥NH3；反之，碱性干燥剂也不能干燥酸性气体，如碱石灰不能干燥Cl2，CO2，HCl等。③具有强氧化性的浓H2SO4不能用来干燥还原性气体，如H2S，HBr，HI；对于H2，CO等虽具有较强的还原性，但反应条件是加热或高温，故常温下仍可使用浓H2SO4干燥。④无水CaCl2呈中性，对各类气体一般均可干燥，但NH3能与其发生络合作用而不能使用。反应式为：CaCl2+8NH3CaCl2·8NH3下列气体干燥选用什么干燥剂？请根据以上原则填写下表：酸性干燥剂中性干燥剂碱性干燥剂浓硫酸P2O5CaCl2硅胶碱石灰中性H2、O2、N2、CO、NO、CH4、C2H4、C2H2酸性CO2、Cl2、HCl、SO2、NO2、H2S碱性NH3(3)关于气体的净化与干燥的先后顺序：①若采用溶液除杂，一般是除杂在先，干燥在后。其原因是：气体通过溶液将带出水蒸气，干燥剂可除去这些水蒸气。例如实验室中利用大理石与稀盐酸反应制备CO2，欲制得干燥、纯净的CO2，可先将产生的气体通过饱和的NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl气体，再通过浓H2SO4除去水蒸气。②若采用加热除杂，则一般是干燥在先。例如N2中混有O2，CO2，H2O(气)，可先将混气通过碱石灰，除去CO2和H2O(气)，再将从干燥管导出的气体通过装有灼热Cu网的硬质玻璃管，除去O2，即可得到干燥、纯净的N2。若将混气先通过灼热的Cu网，因气体中混有水蒸气，易引起试管破裂。４．气体的收集：（1）排水集气法：难溶或微溶于水，且与水不发生反应的气体，均可用排水集气法收集。用排水集气法收集气体时，导管只能伸入集气瓶内少许。气此法可收集气体有等不与空气发生反应，且其密度与空气的密度相差较大的气体，均可用排空气集气法收集。气（2）向上排空气法：此法可收集气体有等（3）向下排空气法：棉花此法可收集气体有等气气注意：所制气体如难溶于水又不要求干燥时，应该用排水集气法；如气体溶于水则只能用排空气法收集。排气集气时，应使气体导管伸到瓶底。空气的平均式量约为29，则式量大于29的气体如Cl2等用可瓶口向上排空气法收集；式量小于29的气体如H2等可用瓶口向下排空气法收集；而与空气密度相近的气体如NO、CO等不能用排空气法收集。用排空气法收集气体时，导管一定要接近集气瓶底部，把空气尽量排出；为减少空气向瓶内扩散，集气瓶口应盖上毛玻璃片；如用试管收集时，可在管口轻轻塞入一小团疏松的棉花。５．尾气的处理操作中应掌握的几个问题：①液收法：对有毒、有害的气体必须用适当的溶液予以吸收。如Cl2、SO2、Br2(蒸气)、NO2等，可用NaOH溶液吸收；H2S可用CuSO4或NaOH溶液吸收；NH3可用浓H2SO4吸收。②燃烧法：点燃变为无毒、无害的气体，再排放到空气中。如CO尾气，则可在导管口处点燃，将其转化为CO2。③直排法：针对无毒、无害气体的排出。如：N2，O2，H2，CO2等(可在塞子上安装一个放空管或多打一个孔)。④转化法：若需检验某混气中含有大量H2和CO，先将混气通过灼热的CuO，使其分别转化为H2O(气)和CO2，然后通过装有无水CuSO4的U形管(或干燥管)，再通过澄清石灰水进行验证(该顺序不能颠倒)。气体的净化与干燥装置如图。【跟踪训练】1．下列关于实验室制取氧气的四种说法中，一定正确的是：A．必须选择含氧元素的物质作原料B．必须用排水法收集氧气C．必须使用二氧化锰作催化剂D．必须使用酒精灯2．实验室制取CO2的实验中，下列做法可行的是：A．用镊子夹取块状石灰石固体B．鼻子凑到瓶口闻酸液的气味C．用稀硫酸与块状石灰石反应制取CO2D．把用剩的酸液倒回原瓶3．下列所示分别是二氧化碳的制取、干燥、收集和性质检验的装置图，其中正确的是：4．按下述实验方法制备气体，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CO25．如下图所示的装置可用于实验室制取某些气体，并能随开随用，随关随停。下表中所选用的药品及制取的气体完全正确的一组是：A．M：大理石N：稀硫酸制备二氧化碳B．M：锌粒N：浓硫酸制备氢气C．M：大理石N：稀盐酸制备二氧化碳D．M：碳酸钠N：稀硫酸制备二氧化碳第5题第6题6．下列三个问题均与上图右实验装置有关，请选择A～D序号填入空格内。(1)制取某无色非金属氧化物气体时，锥形瓶X内的药品应是：A．铜和稀硝酸B．铜和浓硝酸C．碳酸钙与稀硫酸D．亚硫酸钠和浓盐酸(2)洗气瓶Y中所装的液体应是(不允许非水杂质混在气体中)：A．浓H2SO4B．NaOH溶液C．NaHSO3溶液D．HaHCO3溶液(3)检验集气瓶Z是否集满气体，置于瓶口的滤纸上蘸上的溶液是：A．BaCl2溶液B．酸性KMnO4溶液C．碘化钾淀粉试纸D．澄清石灰水7．如图装置可用于：A．加热NaHCO3制CO2B．用Cu与稀HNO3反应制NOC．用NH4Cl与浓NaOH制NH3D．用NaCl与浓H2SO4制HCl8.利用图所示装置收集以下8种气体(图中烧瓶的位置不得变化)。①H2②Cl2③CH4④HCl⑤NH3⑥NO⑦H2S⑧SO2(1)若烧瓶是干燥的，则由B口进气可收集的气体有(写序号，下同)；(2)若烧瓶充满水，可收集的气体有，这时气体由口进入；(3)若烧瓶是干燥的，则由A口进气，可收集的气体有；(4)若烧瓶内装入浓硫酸进行气体干燥，则可用此装置干燥的气体有___，这时气体由口进入。9．下图是常用气体制备的装置图。(1)利用双氧水、二氧化锰制取氧气可选用上述装置，化学方程式为，二氧化锰在该反应中起作用。(2)利用上述装置还能制取的气体是：，检验集气瓶中收集满该气体的方法是。(3)利用装置I制取气体时，长颈漏斗的末端应，以免气体逸出。(4)利用两套装置制备气体时，装置Ⅱ与装置I相比，其优点是。10．（03全国20）．拟用下图左装置制取表中的四种干燥、纯净的气体（图中铁架台、铁夹、加热及气体收集装置均已略去；必要时可以加热；a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂）。气体abcdC2H4乙醇浓H2SO4NaOH溶液浓H2SO4Cl2浓盐酸MnO2NaOH溶液浓H2SO4NH3饱和NH4Cl溶液消石灰H2O固体NaOHNO稀HNO3铜屑H2OP2O5（1）上述方法中可以得到干燥、纯净的气体是。（2）指出不能用上述方法制取的气体，并说明理由（可以不填满）①气体，理由是。②气体，理由是。③气体，理由是。④气体，理由是。10题图11题图11．（02全国17）根据上面图右回答问题（1）上述装置中，在反应前用手掌紧贴烧瓶外壁检查装置的气密性，如观察不到明显的现象，还可以用什么简单的方法证明该装置不漏气。（2）写出浓硫酸和木炭粉在加热条件下发生反应的化学方程式：（3）如果用图中的装置检验上述反应的全部产物，写出下面标号所表示的仪器中应加入的试剂的名称及其作用：A中加入试剂是，作用。B中加入试剂是，作用。C中加入试剂是，除尽气体。D中加入试剂是，作用。（4）实验时，C中观察到的现象是12.利用图所示装置收集以下8种气体(图中烧瓶的位置不得变化)。①H2②Cl2③CH4④HCl⑤NH3⑥NO⑦H2S⑧SO2(1)若烧瓶是干燥的，则由B口进气可收集的气体有____________(写序号)；(2)若烧瓶充满水，可收集的气体有____________，这时气体由_____口进入；(3)若烧瓶是干燥的，则由A口进气，可收集的气体有______________；(4)若在烧瓶内装入浓硫酸进行气体干燥，则可用此装置干燥的气体有____，这时气体由____口进入。13.按下述实验方法制备气体，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CO214.下列三个问题均与图示实验装置有关，请选择A～D序号填入括号内(1)制取某无色非金属氧化物气体时，锥形瓶X内的药品应是[]A．铜和稀硝酸B．铜和浓硝酸C．碳酸钙与稀硫酸D．亚硫酸钠和浓盐酸(2)洗气瓶Y中所装的液体应是(不允许非水杂质混在气体中)[]A．浓H2SO4B．NaOH溶液C．NaHSO3溶液D．HaHCO3溶液(3)检验集气瓶Z是否集满气体，置于瓶口的滤纸上蘸上的溶液是[]A．BaCl2溶液B．酸性KMnO4溶液C．碘化钾淀粉试纸D．澄清石灰水15.如图装置可用于____。A．加热NaHCO3制CO2B．用Cu与稀HNO3反应制NOC．用NH4Cl与浓NaOH溶液反应制NH3D．用NaCl与浓H2SO4反应制HCl有关答案及解析：【重点基础知识】一、气体的制备：1.常见气体的制备原理：固体-固体加热装置制O2的反应原理2KClO32KCl+3O2↑2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑制NH3的反应原理2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O制CH4的反应原理CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑固体-液体(液体-液体)加热装置制Cl2的反应原理MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O制HCl的反应原理NaCl(固)+H2SO4(浓)==NaHSO4+HCl↑（不加热或微热均可）NaCl(固)+NaHSO4(浓)Na2SO4+HCl↑制SO2的反应原理Na2SO3(固)+H2SO4(较浓)Na2SO4+H2O+SO2↑制NO的反应3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O（不加热速率慢）制C2H4的反应原理CH3CH2OHCH2==CH2↑+H2O固体-液体不加热装置制H2的反应原理Zn+H2SO4(稀)==ZnSO4+H2↑制CO2的反应原理CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O制H2S的反应原理FeS+H2SO4(稀)==FeSO4+H2S↑制NO2的反应原理Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O制C2H2的反应原理CaC2+2H2O→Ca(OH)2+CH≡CH↑３．气体的净化：⑴净化1、含有HCl杂质气体⑴CO2（HCl）––––-饱和NaHCO3溶液；SO2（HCl）––––饱和NaHSO3溶液H2S（HCl）––––--饱和NaHS溶液；⑵Cl2（HCl）––––––水或饱和食盐水；H2（HCl）––––-水；2、中性气体中含有酸性杂质气体：用NaOH溶液吸收3、酸性气体中含有其它酸性杂质气体①CO2（SO2）––––-饱和NaHCO3溶液；②CO2（H2S）–––––-CuSO4溶液；4、含有O2杂质气体①CO2（O2）––––––灼热Cu；②N2（O2）––––-灼热Cu5、HCl（Cl2）–––––-CCl4溶液(2)常见气体的干燥：固体干燥剂通常放在球形干燥管内，液体干燥剂通常放在洗气瓶内。下列气体干燥选用什么干燥剂？请根据以上原则填写下表：酸性干燥剂中性干燥剂碱性干燥剂浓硫酸P2O5CaCl2硅胶碱石灰中性H2、O2、N2、CO、NO、CH4、C2H4、C2H2√√√√√酸性CO2、Cl2、HCl、SO2、NO2H2S√×√√√√√√××碱性NH3×××√√【跟踪训练】1．A2．A3．D4．C解析：A不合理，由于稀硝酸具有强氧化性，两者反应得不到H2；B不合理，由于HCl极易溶于水，不能用饱和NaCl溶液与浓H2SO4反应制备HCl，而应该用NaCl晶体与浓H2SO4反应制备HCl；D不合理，大理石与浓硫酸反应生成的微溶性的CaSO4包裹在大理石表面，阻碍反应的继续进行。所以，合理而又实用的是C。5．C6．答(1)D；(2)C；(3)B可根据实验装置的特点对各选项进行筛选。根据制气装置为有液体参加反应且不需加热，可淘汰A，根据所制气体是无色的，又可排除B，由本节例1分析知C也应排除。亚硫酸钠和浓盐酸反应不需加热，气体SO2为无色，且符合Z瓶集气方式，故(1)应选D。亚硫酸钠和浓盐酸反应产生SO2并混有HCl气体和水气(本题未对水气作除杂要求)，需将HCl除去。由于浓H2SO4只能吸收水汽而不能除去HCl气体，NaOH溶液要同时除去HCl和SO2，NaHCO3溶液虽能除去HCl气体，但同时产生新杂质CO2混在SO2中。NaHSO3溶液能吸收HCl，同时放出SO2，故(2)应选C。由于SO2不与BaCl2及KI反应，SO2与澄清石灰水反应生成CaSO3白色沉淀不便在滤纸上观察。酸性KMnO4溶液与SO2反应后紫红色褪去，故(3)应选B。7．B：分析题干提供的图示可知：气体发生装置为固—液(不加热)型，气体收集方法为排水集气法。所以首先排除需加热的A选项；而C，D两选项中，反应条件亦均需加热，且制得的NH3和HCl均为极易溶于水的气体，不能用排水集气法收集，故予以排除。而B选项中，用Cu与稀HNO3作用制取NO发生的反应方程式为：3Cu＋8HNO3==3Cu(NO3)2＋4H2O＋2NO↑，从反应物的聚集状态及反应条件来看，为固—液(不加热)型，而且制备的气体NO不溶于水，可用排水法收集，符合题意。8．(1)②④⑦⑧；(2)①③⑥，A；(3)①③⑤；(4)①②③④⑥⑧，B。9．（1）

2H2O22H2O＋O2

分解反应

催化（2）二氧化碳

将燃着的木条放在集气瓶口，如果木条熄灭，说明集气瓶中充满二氧化碳气体（3）浸没在液面以下（4）II装置更容易控制反应速率和反应物的用量10．（1）NO（2）①C2H4装置中没有温度计，无法控制反应温度②Cl2反应生成的Cl2被c中的NaOH溶液吸收了③NH3反应生成的NH3被c中的H2O吸收了11．（1）反应前点燃酒精灯，加热烧瓶一小会儿。在瓶B、C、D中出现气泡，熄灭酒精灯，瓶Ｂ、C、D中导管液面上升，证明该装置不漏气。（2）2H2SO4(浓)＋CCO2↑＋2SO2↑＋2H2O（3）无水硫酸铜检验H2O；品红溶液检验SO2足量酸性KMnO4溶液SO2；澄清石灰水检验CO2导管有气泡冒出；溶液紫色逐渐变浅；瓶底有少量黑色固体生成。12.本题考查的内容是基础内容，但综合思考性较强。其立意在于考查学生对常见实验装置图的识别、分析能力；运用正确的化学实验基本操作等知识，通过思维的联想、迁移和重组，解决具体问题的能力。由图可以看出：(1)若烧瓶是干燥的，由B口进气收集的气体必然为密度比空气大的气体。这是因为只有密度比空气大的气体如Cl2，HCl，H2S，SO2等，当由B口进气后，才能在烧瓶底部逐渐积聚，产生的压强将瓶内的空气由A口排出，直至所收集的气体充满整个烧瓶。(2)若烧瓶充满水，则应为能够采用排水集气法收集的气体，装置应与“排水量气”装置相同，遵循“短进长出”的原则。此时由A口通入像H2，CH4，NO等极难溶于水的气体，气体产生的压强将烧瓶中的水由B口排出，当烧瓶中的水排尽后，即说明烧瓶内已充满所收集的气体。(3)若烧瓶是干燥的，由A口进气