2023年高考化学复习 大一轮复习讲义 第24讲　常见气体的实验室制备、净化和收集

第24讲常见气体的实验室制备、净化和收集

【复习目标】ι.r解常见气体制备原理、装置及改进。2.能根据气体的性质及制备原理设计实

验流程。

■归纳整合夯实必备知识

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-ʌ-气体

发生装置如图：

制备气体：Q2、N⅛>CH4等。

(2)固体+液体(或液体+液体)一^→气体

发生装置：

A发散源B

制备气体：CI2、C2H4等。

(3)固体+液体(不加热)一►气体

发生装置：

有

孔

控制反应塑

固液分离料

板

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.常见气体典型制备系统举例

(I)Cl2的实验室制备

A穹浓盐酸!

饱

⅛⅛zMnO!和

2食

盐NaOH

水B-∣溶液

气体发气体净气体收尾气处

生装置化装置集装置理装置

(2)SO2的实验室制备

(3)NH∙3的实验室制备

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体，加热

c⅜我

装置图IJΓ

1IIA

IInIV

浓H2SO4（酸性、除杂试剂Cu、

常见干燥剂无水氯化钙（中性）、碱石灰（碱性）

强氧化性）CU0、Mg等

当Cθ2中混有02杂质时，应选用上述I〜IV中的IV装置除02,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）

难溶于水或微溶于

排水法水，且不与水反应的O2ʌH2、NO、CO等

气体

(

向上排密度大于空气且不与

Cl2、So2、NO2、CO

空气法空气中的成分反应2

排空气法

向下排密度小于空气且不与

H2、NH3

空气法空气中的成分反应1

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、Ch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Cl2O

②饱和NaHCO3溶液——收集CO2。

③饱和NaHS溶液——收集H2So

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Cb时，尾气的处理可采用b装置。

②制取Co时，尾气处理可采用a、C装置。

③制取H2时，尾气处理可采用a、C装置。

8.防倒吸装置

Γ易错辨析」

1.判断下列试剂使用是否正确，正确的打“，错误的打“x”。

鱼浓硫酸

CaCO

(3)⅛∣C02(×)(4)制NH式×)

2.判断下列气体的吸收或收集方法是否正确，正确的打“，错误的打“X”。

C*2-*=T]

尾气吸收

(1)吸收NH：,(X)(2)吸收。式X)

NH3

饱和

NaHSQ

溶液尾气吸收

(3)吸收SCMX)(4)收集NtyX)

■专项突破提升关键能力

一、和气体制备有关的组合装置分析应用

1.下列实验方案最合理的是()

答案B

解析A项，Ch的密度比空气大，收集时应用向上排空气法；B项，浓氨水滴入CaO中，

Cae)与水反应放热，NH3H2O受热分解并挥发出NH3,可以制取NE:C项，No2能与水反

应，不能用排水法收集；D项，Na2O2为粉末状固体，不能用启普发生器的简易装置制取氧

气。

2.碳酸锄［La2(CO3)3］可用于治疗终末期肾病患者的高磷酸盐血症，其制备反应的化学方程式

为某化学兴趣小组利用如图

2LaCl3+6NH4HCO3=La2(CO3)3I+6NH4CI+3CO2t+3H2OO

所示装置模拟制备碳酸锢。下列说法错误的是()

A.导管的连接顺序为f-*a->b-d~*e-c

B.X中盛放的试剂是饱和NaHCo3溶液

C.球形干燥管的作用为防倒吸

D.Z中通入气体的方式是先通入足量C02，后通入过量的NH3

答案D

解析由装置可知，W中制备二氧化碳，X除去HCl,Y中制备氯气，在Z中制备碳酸铜。

则制备碳酸纲实验流程中导管从左向右的连接顺序为ffa-b—dfefc,故A正确；X中盛

放的试剂是饱和NaHCO3溶液，其作用为吸收挥发的HC1,故B正确；氨气极易溶于水，球

形干燥管的作用为防倒吸，故C正确；Z中应先通入NH3,后通入过量的Co2。

二、和气体制备有关的组合选项分析应用

3.（2022•宁波高三质检）用下图所示装置进行实验，下列实验现象描述错误的是（）

选项试剂甲试剂乙试剂丙丙中的现象

A稀盐酸CaCO3NazSiCh溶液有白色沉淀生成

B浓硫酸Na2SO3BaCI2溶液有白色沉淀生成

过氧

CMnO2酸性KI-淀粉溶液溶液变为蓝色

化氢

浓盐酸有淡黄色沉淀生成

DKMnO4NazS溶液

答案B

解析A项，稀盐酸和碳酸钙反应生成CCh,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S02,但SO2与氯化锁不反应，错误；C项，过氧化

氢在二氧化镒的作用下分解生成氧气，氧气把「氧化为单质碘，淀粉遇碘显蓝色，正确；D

项，浓盐酸与高镒酸钾混合生成氯气，氯气把硫化钠氧化为单质S,生成淡黄色沉淀，正确。

4.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a中试剂b中试剂c中试剂

A验证非金属性：S>C>Si稀硫酸Na2CO3Na2SiO3溶液

B制备纯净的氯气浓盐酸MnO2饱和食盐水

C检验溶液X中含有COr盐酸溶液X澄清石灰水

D除去Na2scu中的Na2s03氯水混合物NaOH溶液

答案AD

解析A项，装置b中生成气体，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，元素非金属性越强，即非金属性：

S>C>Si,正确；B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，向

装置b中加入盐酸，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体，不能说明X中含有COf,可能含

有HCo,或Sor或HSO错误；D项，氯水具有强氧化性，能把SCr氧化成SOΓ,能达

到实脸目的，正确。

三、和气体制备有关的仪器连接分析应用

5.根据实验目的设计如下装置的连接中，正确的是（）

A.制备收集C2H4：连接a→c→g

B.制备收集NO：连接bfc-e-d

C.制备收集NH3：连接b~d~efc

D.制备收集CL：连接afffe-e-d

答案D

解析制备C2H4没有控制温度的温度计，A错误；NO与。2反应，不能用排空气法收集，B

错误；浓硫酸吸收多余的NH3,易发生倒吸，C错误；饱和食盐水除去HCl气体，浓硫酸吸

收水蒸气，碱石灰吸收多余的CL,D正确。

6.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，实验测得机（H）：皿0）>1：8。下列对导致这一结果的原因分析中，

一定错误的是（）

A.I、II装置之间缺少干燥装置

B.l∏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H?还原CUo时，装置HI中CaCI2吸收的是生成的水，而装置∏中玻璃管通H?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，而水）一〃?（氧）=/*（氢）。

当Zn和稀硫酸反应产生的H2不干燥［〃?（水）偏大］,装置In后不加干燥装置，使HI中CaCl2吸

收空气中的水分［皿水）偏大］,II中玻璃管内有水冷凝［皿氧）偏小］,都会造成测得

,"（H）：/n（0）＞l：8»H2O的组成与CuO是否完全反应无关，只与通出前后玻璃管的质量差

和生成的水有关。

真题演练明确考向

1.（2021•全国乙卷，8）在实验室采用如图装置制备气体，合理的是（）

选项化学试剂制备气体

ACa(OH)2+NH4ClNH3

BMnO2+HCI(Jt)Cl2

CMnO2+KClO3O2

DNaCI+H2SO4(浓)HCl

答案C

解析氮气的密度比空气小，不能用向上排空气法收集，故A错误：二氧化镒与浓盐酸共热

制备氯气为固液加热反应，不能选用固固加热装置，故B错误；二氧化镒和氯酸钾共热制备

氧气为固固加热的反应，氧气的密度大于空气，可选用向上排空气法收集，故C正确；氯化

钠与浓硫酸共热制备为固液加热反应，不能选用固固加热装置，故D错误。

2.（2020•江苏，5）实验室以CaCO3为原料，制备CO?并获得CaCl2∙6H2O晶体。下列图示装

置和原理不能达到实验目的的是（）

答案D

解析A对，碳酸钙与稀盐酸反应可制备CO2,且为固液常温型反应，装置也正确；B对，

Cc）2密度比空气大，可以用向上排空气法收集：C对，分离固体与液体，可采用过滤的方法；

D错，CaCl2∙6H2O晶体可以通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法制得，采用蒸发结晶法易

导致CaCl2∙6H2O失去结晶水。

3.（2017•全国卷I,10）实验室用H2还原WCh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

B.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）也可用于二氧化镒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

出以排出空气，加热前应先检验H2的纯度，正确；C项，若先停止通H2,空气中的氧气有

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。

课时精练

一、选择题：每小题只有一个选项符合题目要求。

1.实验室用如图装置制氨气并验证氨气的某些化学性质，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

答案C

解析NaoH与NHKl反应生成NH3∙H2O,不加热的情况下NH3∙H2O难以分解，无N%生

成，故无法制备氨气，A错误；NH3与浓H2SO4反应，不能用浓H2SO4干燥NH3,B错误；

NH3与CUC）反应生成N2、CU和H2O,黑色的CUo转化为红色的Cu,N元素的化合价升高，

说明NHs具有还原性，C正确；苯的密度比水的密度小，在上层，NH3直接通入下层的水

中，会发生倒吸，D错误。

2.用所给试剂与图示装置能够制取相应气体的是（夹持仪器略）（）

X嚏

选项ABCD

X浓盐酸浓硫酸双氧水浓氨水

YKMnO4C2H5OHMno2NaOH

气体

Cl2C2H4O2NH3

答案C

解析浓盐酸和KMnO4固体混合有氯气生成，但氯气溶于水，且与水发生反应，则不能用

排水法收集，故A不符合题意；在浓硫酸存在下，乙醇消去制乙烯需要迅速升温到170°C,

故B不符合题意；双氧水在二氧化镒催化作用下分解制氧气，制取装置不需要加热，收集氧

气可以用排水法，故C符合题意；氨气极易溶于水，不能用排水法收集，故D不符合题意。

3.（2022∙广州市普通高中毕业班综合测试）用如图装置制取气体（图中加热及气体收集装置均

已略去；必要时可加热：a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂）。利用下列方案可得到干燥、

纯净气体的是（）

选项制备气体abcd

浓盐酸NaOH溶液碱石灰

ACl2MnO2

浓氨水

BNH3CaOH2O固体NaoH

CNO稀硝酸CuH2OP2O5

稀硝酸溶液

DH2ZnNaOH无水CaCh

答案C

解析浓盐酸与Mno2共热可制备Cb,但Nac）H溶液会与Ck反应，应选用饱和食盐水除杂,

故A错误；NH3极易溶于水，不能通入水中，故B错误：稀硝酸与铜反应生成NO,No难

溶于水，且不与P2O5反应，故可以用水除杂，用P2O5干燥，故C正确；稀硝酸与Zn反应

生成NO,不生成H2,故D错误。

4.（2022•天津模拟）如图是实验室制取气体的装置，其中发生装置相同，干燥和集气装置有两

套，分别用图1和图2表示。下列选项正确的是（）

选项发生装置中的药品干燥和集气装置

A电石和饱和食盐水图2

B大理石和稀盐酸图1

C铜和稀硝酸图2

D氧化钙和浓氨水图1

答案D

解析由实脸装置可知，反应物为固体和液体，且不需要加热；图1收集装置的特点：气体

能用碱石灰干燥，气体可用向下排空气法收集；图2收集装置的特点：气体能用氯化钙干燥，

气体可用向上排空气法收集。电石和饱和食盐水可以制取C2H2,其密度比空气小，应用向下

排空气法收集，故A错误；大理石和稀盐酸反应生成二氧化碳，二氧化碳气体和碱石灰反应，

所以不能用碱石灰干燥，且二氧化碳的密度大于空气的密度，应用向上排空气法收集，故B

错误；铜和稀硝酸反应生成NO,一氧化氮能和氧气反应生成二氧化氮，所以不能用排空气

法收集，故C错误；氧化钙和浓氨水反应生成氨气，氨气和碱石灰不反应，所以可用碱石灰

干燥，氨气的密度小于空气的密度，所以可用向下排空气法收集，故D正确。

5.（2022•晋中市高三一模）某实验小组拟利用如图装置制取干燥的氮气。下列说法错误的是

（）

A.装置I中发生反应的化学方程式为NaNO2+NH4CI』=NaCl+N2t+2H2O

B.加热片刻后需要将酒精灯移开，说明该反应是放热反应

C.装置II的作用是冷凝水蒸气

D.在装置W末端收集纯净干燥的Nz只能用向下排空气法

答案D

解析根据题中已知的反应物和生成物，结合原子守恒和得失电子守恒，可知装置I中发生

反应的化学方程式为NaNO2+NH4Cl=2=NaCl+N2t+2氏0,A项正确；因移开酒精灯后

反应仍能进行，说明该反应自身放热，B项正确；根据化学方程式可知产物有水蒸气，且反

应物为溶液状态，先用装置II将绝大多数水蒸气冷凝后再用装置HI进行干燥，故装置∏的作

用是冷凝水蒸气，C项正确；N2的密度与空气密度相差太小，不适合用排空气法收集，D项

错误。

6.（2022.铁岭模拟）Ca3N2是一种极易潮解的试剂。某小组利用领气与钙反应制备氮化钙。下

列说法错误的是（）

浓

氨碱石灰钙

水

O

∙6H

CaCl

2

试2

*

剂T稀

R硫

酸

倒吸

是防止

的作用

干燥管

中球形

装置D

A.

H2

N+3

^Ca

H3^

+2N

3Ca

反应：

中发生

玻璃管

中硬质

B.C

32

精灯

处酒

燃C

再点

间后

段时

，一

反应

A处

启动

，先

程中

验过

C.实

装置

加E

该增

间应

置之

、D装

虑，C

度考

品纯

从产

D.

D

答案

正确:

故A

吸，

防止倒

作用是

燥管的

球形干

D中

，装置

反应

与酸

极易

于水、

气易溶

氨

解析

+

3Ca

式为

方程

化学

应的

生反

则发

H,