高二上学期化学竞赛专题一掌握常见气体的实验制法

专题一：掌握常见气体的实验制法（包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法）熟悉常见气体的发生装置、干燥装置、收集专题及尾气处理装置例1．研究性学习小组进行SO2的制备及性质探究实验。（1）根据反应Na2SO3（固）+H2SO4（浓）＝Na2SO4+SO2↑+H2O，制备SO2气体。①用下列简图，在答题卡的方框中画出制备并收集SO2的实验装置（含试剂）示意图。带孔橡胶塞锥形瓶集气瓶分液漏斗导管液体固体带孔橡胶塞锥形瓶集气瓶分液漏斗导管液体固体②实验过程中，使用分液漏斗滴加浓硫酸的操作是_____________________________。（2）将SO2气体分别通入下列溶液中：①品红溶液，现象是_______________________________________________________；②溴水溶液，现象是_______________________________________________________；③硫化钠溶液，现象是_____________________________________________________。（3）有一小组在实验中发现，SO2气体产生缓慢，以致后续实验现象很不明显，但又不存在气密性问题。请你推测可能的原因并说明相应的验证方法（可以不填满）。①原因_____________________；验证方法__________________________。②原因_____________________；验证方法__________________________。③原因_____________________；验证方法__________________________。【练习】1、某学习小组用下图装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。（1）A中试剂为_____________________________。（2）实验前，先将铝镁合金在稀硝酸中浸泡片刻，其目的是。（3）检查气密性，将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，需进行的操作还有：=1\*GB3①记录C的液面位置；=2\*GB3②将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥，称重；=3\*GB3③待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置；=4\*GB3④由A向B中滴加足量试剂；=5\*GB3⑤检查气密性。上述操作的顺序是_______________________________（填序号）；记录C的液面位置时，除视线平视外，还应_________________________。（4）B中发生反应的化学方程式为；（5）若实验用铝镁合金的质量为ag，测得氢气体积为bmL（已换算为标准状况），B中剩余固体质量为cg，则铝的相对原子质量为____________________。（6）实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得铝的质量分数将___________________（填“偏大”、“偏小”、“不受影响”）。2．Ⅰ．化学实验室制取氯化氢气体的方法之一是将浓硫酸滴入浓盐酸中。请从下图中挑选所需仪器，在方框内画出用该方法制备、收集干燥氯化氢气体的装置简图，并在图中标明所用试剂。（仪器可重复使用，固定装置不必画出）Ⅱ．实验室制备少量硫酸亚铁晶体的实验步骤如下：取过量洁净的铁屑，加入20%－30%的稀硫酸溶液，在50℃－80℃水浴中加热至不再产生气泡。将溶液趁热过滤，滤液移至试管中，用橡胶塞塞紧试管口，静置、冷却一段时间后收集产品。（1）写出该实验制备硫酸亚铁的化学方程式：。（2）硫酸溶液过稀会导致。（3）采用水浴加热的原因是。（4）反应时铁屑过量的目的是（用离子方程式表示）。（5）溶液趁热过滤的原因是。塞紧试管口的目的是。（6）静置冷却一段时间后，在试管中观察到的现象是。专题二：理解、掌握检查装置气密性、量取气体体积、喷泉实验的原理aabcK【例2】现有一套简易的气体发生装置（如右图所示，其中活塞已打开）。（1）甲、乙两同学分别设计了如下实验方案以检验其气密性是否良好。甲：把导气管插入一盛水的水槽中，双手捂住试管外壁，过一会儿，若看到试管末端有气泡冒出，松开手后又看到导管内有一段水柱，则说明该装置的气密性良好。乙：往漏斗中注入一定量的水，直到浸没长径漏斗下端。然后关闭活塞K，用手捂住试管中上部（气体部分），一会儿若看到漏斗下端液面上升到一定高度，再重新打开活塞让液面回落，并迅速关闭活塞K，松开手，又看到漏斗中液面低于试管中液面且不再升降。则说明该装置气密性良好。①甲、乙的设计方案中不可行的是 （填“甲”、“乙”或“甲和乙”），理由是：。②丙同学认为，只要往漏斗中加水，便可检验其气密性是否良好。经检验他的方案是可行的。则他的方案是： 。（2）若用该装置制取氢气，反应原理为：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。试简述其实验操作步骤：。（3）若要将上述装置改成可随时控制反应和停止的气体发生装置，则需在试管里增设一带小孔隔板，你认为隔板应装在（填a、b、或c）处。盐酸还原铁粉锌粒干燥剂酚酞试液盐酸还原铁粉锌粒干燥剂酚酞试液（1）实验前如何检查装置的气密性？___________________________________。（2）点燃氢气前必须进行___________操作，进行该操作的方法是________________。

（3）写出B、D中分别发生反应的化学方程式。

B中_________________________________________________________

D中_________________________________________________________

（4）C中所盛干燥剂的名称是_________；该干燥剂的作用是______________________。4．为探究CO2和NaOH确实发生了化学反应，某实验小组的同学设计了下列4种实验装置，请回答下列问题：ABCDEABCDE（1）选择实验装置C，简述出现的实验现象以及产生该实验现象的原因：__________________________________________________________________________。（2）某同学质疑上述所有实验设计，该同学质疑的依据是________________________________________________________________________________________________________。（3）在原实验的基础D上，请你设计实验证明CO2和NaOH肯定发生了化学反应。_____________________________________________________________________________。5．现有实验药品：一定质量的锌（分片状和粒状两种）、浓H2SO4（ρ=·cm－1）、水以及右图装置，右图中量气管B是由甲、乙两根玻璃管组成，它们用橡皮管连通，并装适量水，甲管有刻度（0—100mL），甲、乙管可固定在铁架上，供量气用，乙管可上下移动，以调节液面高低，利用此装置可测定锌的相对原子质量。（设锌全部反应，产生的气体不超过50mL）。回答下列问题：（1）实验前应如何检查装置的气密性？（2）①按图示装置实验，要保证不漏出H2，应如何操作？②若改变气体发生装置，但仍要求保证不漏气，在中学的常用仪器中，应用（自选仪器）仪器来装配；在检查了装置的气密性后，应如何操作？（3）为了准确地测量H2的体积，在读取反应后甲管中液面的读数时，应注意 （填写序号）。 A．视线与凹液面最低处相平 B．等待片刻，待乙管液面不再上升时读数 C．读数时应上、下移动乙管，使甲、乙两管液面相平 D．读数不一定使甲、乙两管液面相平（4）设计一个不用量气管，而用中学常用仪器测量H2体积的装置，应选用的仪器（自选）是 。6．制取氨气并完成喷泉实验（图中夹持装置均已略去）。（1）写出实验室制取氨气前化学方程式：。氨气水水氨气水（2）收集氨气应使用氨气水水氨气水（3）用图1装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是。该实验的原理是。图一图二（4）如果只提供如图2的装置，请说明引发喷泉的方法是。图一图二专题三实验流程图的分析和理解【例3】纯净的过氧化钙（CaO2）是白色的结晶粉末，难溶于水，不溶于乙醇、乙醚，常温下较为稳定，是一种新型水产养殖增氧剂，常用于鲜活水产品的运输。已知：①在潮湿空气中CaO2能够分解：CaO2+2H2O==Ca（OH）2+H2O2，2CaO2+2CO2==2CaCO3+O2②CaO2与稀酸反应生成盐和H2O2：CaO2+2H+==Ca2++H2O2在实验室可用钙盐制取CaO2·8H2O，再经脱水制得CaO2。CaO2·8H2O在0℃时稳定，在室温时经过几天就分解，加热至130℃时逐渐变为无水CaO2。其制备过程如下：据以上信息，回答下列问题：（1）用上述方法制取过氧化钙的化学方程式是；（2）为了控制沉淀温度为0℃左右，在实验室宜采取的方法是；（3）该制法的副产品为（填化学式），为了提高副产品的产率，结晶前要将溶液的pH调整到合适范围，可加入的试剂是。A、盐酸B、氨水（4）为了检验“水洗”是否合格，可取少量洗涤液于试管中，再滴加。（5）测定产品中CaO2的含量的实验步骤是：第一步，准确称取ag产品于有塞锥形瓶中，加入适量蒸馏水和过量的bgKI晶体，再滴入少量2mol/L的H2SO4溶液，充分反应。第二步，向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。第三步，逐滴加入浓度为cmol/L的Na2SO3溶液至反应完全，消耗Na2S2O3溶液VmL。（已知：I2+2S2O32—==2I—+S4O62—（无色））①第三步中说明反应恰好完全的现象是；②CaO2的质量分数为（用字母表示）；③某同学第一步和第二步的操作都很规范，第三步滴速太慢，这样测得的CaO2的质量分数可能___________（填“不受影响”、“偏低”或“偏高”），原因是。【练习】溶解NaClO3H2O溶解NaClO3H2O溶解稀H2SO4ClO2发生器SO2和空气混合气吸收160g/LNaOHH2O2过滤滤液NaClO2·3H2O已知：①NaClO2的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO2·3H2O。②ClO2的沸点为283K，纯ClO2易分解爆炸，常用稀有气体或空气稀释防止爆炸性分解③HClO2在25℃时的电离常数与硫酸的第二步电离常数相当，可视为强酸。（1）160g/LNaOH溶液的物质的量浓度为。若要计算该溶液的质量分数，还需要的一个数据是。（2）ClO2发生器中所发生反应的化学方程式为。（3）吸收塔中为防止产生NaClO2被继续还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中。除H2O2处，还可以选择的还原剂是（填序号）A、Na2O2B、Na2SC、FeCl2D、KMnO4（4）从滤液中得到NaClO2·3H2O晶体还必须进行的操作是（填操作名称）。8．硬铝废料（含90%铝、2.5%镁、7.5%铜）可以制取明矾KAl(SO4)2.12H2O，某探究小组设计了下列实验：请回答以下问题：（1）写出步骤②的离子方程式____________________；简述用pH试纸的过程：__________。（2）步骤④包括三个环节，分别是_______、_________、________。（3）步骤⑤不直接用水洗的原因是___________________，洗涤的操作是_________________。（4）有人建议：直接将硬铝溶于稀硫酸中，过滤；滤液中加入硫酸钾得到溶液丙，在进行后续实验。请你评价此建议的可行性_____________________。专四利用溶解度曲线或溶度积数据制备和提纯物质【例题4】以氯化钠和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠，工艺流程如下：氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如上图所示。回答下列问题：氯化钠氯化钠硫酸铵混合溶解蒸发浓缩趁热过滤Na2SO4滤液冷却结晶过滤滤液NH4Cl洗涤干燥NH4Cl产品4Cl，理论上需NaClg。20304050203040506070802030405060708090100氯化铵溶解度/g硫酸钠温度/℃（3）“冷却结晶”过程中，析出NH4Cl晶体的合适温度为。（4）不用其它试剂，检查NH4Cl产品是否纯净的方法及操作是。（5）若NH4Cl产品中含有硫酸钠杂质，进一步提纯产品的方法是。【练习】9．已知四种物质在水中、液氨中的溶解度(g溶质/100g溶剂)如下表：溶质溶剂AgNO3Ba(NO3)2AgClBaCl2水170×10－4液氨860（1）分别是1.0mol·L－1的Ag＋、Ba2＋、NO3－和Cl－在水中发生反应的离子方程式是。（2）分别是0.50mol·L－1的以上四种离子在液氨中发生反应的离子方程式是。（3）得出以上结论的依据是。（4）将以上四种离子按适当浓度混合于液氨之中，能否有AgCl沉淀析出？________(能”或“否”)。10．碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠（钝度约98％）中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO等杂质，提纯工艺路线如下：已知碳酸钠的溶解度（S）随温度变化的曲线如下图所示：回答下列问题：（1）滤渣的主要成分为。（2）“趁热过滤”的原因是。（3）若在实验室进行“趁热过滤”，可采取的措施是___________________________（写出1种）。（4）若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是。专题五实验探究题【例题5】用常见试剂设计实验探究某混合溶液中含有Fe3+、Al3+、Ag+、Ba2+中三种或四种离子。【练习】11．已知某混合金属粉末，除铝外还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在5%以上。请设计合理实验探究该混合金属粉末中铁、铜元素的存在。仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；1mol/L硫酸、2mol/L硝酸、2mol/LNaOH溶液、20%KSCN溶液。完成以下实验探究过程：提出假设：假设1：该混合金属粉末中除铝外还含有_________元素；假设2：该混合金属粉末中除铝外还含有_________元素；假设3：该混合金属粉末中除铝外还含有Fe、Cu元素；（2）设计实验方案：基于假设3，设计出实验方案(不需要作答)。（3）实验过程：根据（2）的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。编号实验操作预期现象和结论①②③④12．某种催化剂为铁的氧化物。化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究：将适量稀硝酸加入少许样品中，加热溶解；取少许溶液，滴加KSCN溶液后出现红色(与Fe3+反应的特定性质)。一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为+3的结论。（1）请指出该结论是否合理并说明理由

。（2）请完成对铁元素价态的探究：限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹：3mol·L-1H2SO4、3％H2O2、6mol·L-1HNO3、0.01mol·L-1KMnO4、NaOH稀溶液、0.1mol·L-1Kl、20％KSCN、蒸馏水。提出合理假设：假设1：；假设2：；假设3：。设计实验方案证明你的假设（不要在答题卡上作答）实验过程：根据②的实验方案，进行实验。请在答题卡上按下表格式写出实验操作步骤、预期现象与结论。实验操作预期现象与结论步骤1：步骤2：步骤3：…序号猜想物质的化学式实验步骤预期实验现象及结论1234酸钠Na213酸钠Na2【参考答案】例1.(1)①如图装置②打开分液漏斗上口的活塞，旋开分液漏斗的旋塞，缓慢滴加；(2)①溶液褪色;②溶液褪色;③有浅黄色沉淀(或溶液变浑浊)；(3)①Na2SO3变质,取待测试样于试管中，加适量蒸馏水配成溶液，先滴入足量稀盐酸，再滴入BaCl2溶液有白色沉淀生成，则证明该Na2SO3固体变质；②不是浓硫酸,用洁净玻璃棒蘸取待测试样，涂白纸不变黑，则证明该溶液不是浓硫酸。【练习】1．（1）NaOH溶液（2）除去铝镁合金表面的氧化膜（3）⑤①④③②

使D和C的液面相平（4）2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑或2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑（5）

（6）偏小2．（1）Fe+H2SO4（稀）FeSO4+H2↑（2）反应速率慢不利于晶体析出（3）便于控制反应温度（4）Fe3++2Fe＝3Fe2+（5）减少FeSO4的损失防止空气进入试管将Fe2+氧化为Fe3+（6）有浅绿色晶体析出3．（1）在A中放入少量水，使水面刚浸没漏斗颈下端，打开旋塞a，在烧瓶B底部稍加热，若在A中漏斗颈的水面上升，且E中导管口有气泡逸出，表示装置不漏气。（也可以关闭活塞a，用同样的方法分别在烧瓶B底部和反应管D下部稍加热，检查活塞前、后两部分装置是否漏气。两种回答都正确（2）检验氢气纯度用排水法（或向下排气法）收集一试管氢气，用拇指堵住，移近火焰，没有尖锐的爆鸣声，表示氢气纯度合格，可以点燃和收集。（3）B中2H2+O22H2OD中N2+3H22NH3（4）碱石灰（也可以回答生石灰、氢氧化钠固体、或任意一种碱性固体干燥剂）吸收气体中少量的水蒸气和盐酸酸雾。4．（1）气球变大；CO2与NaOH反应，使试管内压强减小。（2）上述四种装置只能说明CO2减少(也可能是CO2溶解于水所致)，并不能说明CO2一定和NaOH反应。（3）取上述实验后的液体，滴加CaCl2溶液，若出现白色沉淀，说明原实验中生成了CO32-，即CO2和NaOH混合后产生的新物质,发生了化学反应。5．（1）固定A、甲、乙三管，将A、甲两管橡皮塞塞紧，在乙管注入适量水使乙管液面高于甲管液面，静置片刻，水面保持不变，说明装置气密性良好。（2）①取下试管A，向其中加入适量水，再沿试管壁慢慢加入少量浓硫酸，振荡，使液体总体积不超过试管容积的1/3；将试管斜放，把锌片放在试管内壁，塞紧塞子，慢慢直立，使锌片滑下与稀硫酸接触。②100mL烧瓶，带分液漏斗和导管的双孔塞，烧杯及玻璃棒；将锌粒（片）放入烧瓶中，然后用双孔塞塞紧，在烧杯里将浓硫酸稀释为适当浓度的稀硫酸后转入分液漏斗中，打开活塞，使反应发生。（3）A、C（4）洗气瓶、带导管的双孔塞、50mL量筒（或水槽、50mL量筒）。6．（1）2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O（2）向下排空气；碱石灰（3）打开止水夹，挤出胶头滴管中的水；氢气极易溶解于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小。（4）打开夹子，用手（或热毛巾等）将烧瓶捂热，氢气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉。【例题3】（1）CaCl2+H2O2+2NH3+8H2O==CaO2·8H2O↓+2NH4Cl（2分）（2）冰水浴冷却（或将反应容器浸泡在冰水中）（1分）（3）NH4ClA（各1分，共2分）（4）稀硝酸酸化的硝酸银溶液（1分）（5）①溶液由蓝色变为无色（1分）②36cVx10-3/a（2分）③偏高（1分），在酸性条件下空气中的O2也可以把KI氧化为I2，使消耗的Na2S2O3增多，从而使测得的CaO2的质量分数偏高。（2分）【练习】7．（1）4mol/L；溶液的密度（2）2NaClO3+SO2+H2SO4=2ClO2+2NaHSO4或2NaClO3+SO2=2ClO2+Na2SO4（3）A；（4）重结晶8．（1）步骤②是偏铝酸钠和硫酸反应，调节溶液PH为8-9生成氢氧化铝沉淀，离子方程式为AlO2-+H++H2O=Al（OH）3↓；用洁净，干燥的玻璃棒沾取待测液滴在试纸上，用标准比色卡对照，读数（2）蒸发浓缩；冷却结晶，过滤；（3）（明矾在酒精中的溶解度小，用酒精洗涤，明矾在酒精中的溶解度小）减少产品的损失；往漏斗中加入洗涤剂至浸没固体，自然流出，重复2～3次；（4）不可行，直接加入稀硫酸其中铝和镁都可以溶解，因为按此方法获得的溶液中还含有Mg2+，最后得到的产品不纯。【例题4】．(1)11.7(2)蒸发皿(3)35℃(33℃~40℃均可得分)

(4)加热法，取少量氯化铵产品于试管底部，加热，若试管底部无残留物，表明氯化铵产品纯净。(5)重结晶9．(1)Ag＋＋Cl－====AgCl↓ Ba2＋＋2NO3-==Ba(NO3)2↓(2)Ba2＋＋2Cl－====BaCl2(3)溶液中复分解反应发生的条件之一是有沉淀生成，而溶解度小者首先形成沉淀析出(4)能10．（1）Mg（OH）2、Fe（OH）3、CaCO3；（2）避免析出Na2CO3·10H2O，或Na2CO3·7H2O（3）预热过滤装置；（4）产品纯度降低，因为循环使用时母液中Cl-与SO42-累积，导致产品含或Na2SO4杂