第十章　第3讲　常见气体的制备-2025年高中化学高考备考

第十章化学实验基础第3讲常见气体的制备课标要求核心考点五年考情核心素养对接能根据反应原理选取实验装置制取物质常见气体的制备2023全国乙，T9；2023年6月浙江，T5；2022湖南，T15；2022广东，T5；2021全国乙，T8；2021广东，T17；2021天津，T15；2021辽宁，T18；2020全国Ⅱ，T26；2020全国Ⅲ，T26；2020海南，T4；2020江苏，T5；2019海南，T17；2019北京，T281.科学探究与创新意识：根据原料确定反应原理，同时考虑环保、节约等因素，找出最佳制备途径。2.证据推理与模型认知：通过物质制备及性质验证实验的分析，明确性质验证实验的思路，并进行物质制备及性质验证实验命题分析预测1.高考选择题中常结合气体除杂或收集、物质性质探究等考查气体制备实验装置的选择、除杂试剂及装置的选择、收集装置的选择等。综合实验题中常结合物质制备考查气体制备实验原理、气体净化、尾气处理等，也会以文字叙述的形式考查仪器作用、实验方案评价等。2.预计2025年高考仍会在选择题中考查常见气体制备、气体净化等的装置选择。综合实验题中会结合气体的制备考查气体制备原理、性质探究等考点常见气体的制备1.常见气体的发生装置“固＋固”加热型“固＋液”不加热型或“液＋液”不加热型“固＋液”加热型或“液＋液”加热型启普发生器示例1（1）①用氯化铵与消石灰制取氨气，化学方程式为[1]2NH4Cl＋Ca（OH）2△CaCl2＋2NH3↑＋2H2选用装置[2]A（填标号，下同）。②用浓氨水与碱石灰制取氨气，选用装置[3]B或C。（2）①用碳酸钠与稀硫酸制取二氧化碳，选用装置[4]B或C。②用石灰石与稀盐酸制取二氧化碳，选用装置[5]B或C或D或H。（3）①用浓盐酸与二氧化锰制取氯气，化学方程式为[6]MnO2＋4HCl（浓）△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，选用装置[7]F或G②用漂白粉与浓盐酸制取少量氯气，化学方程式为[8]Ca（ClO）2＋4HCl（浓）CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O，选用装置[9]B或C（4）用铜与浓硝酸制取二氧化氮，选用装置[10]B或C或D。（5）实验室制取乙烯，选用装置[11]E。（6）装置D还能制取的气体有[12]H2、H2S（合理即可）（任写两种）。（7）实验室用过氧化氢溶液与二氧化锰制取氧气，选用装置[13]B或C。（8）实验室制备乙炔的实验原理为[14]CaC2＋2H2O+Ca（OH）2，[15]不能（填“能”或“不能”）选用装置D，原因为[16]CaC2为粉末状固体且该反应剧烈、放出大量热。2.气体的净化（1）净化原则：不减少被净化气体的量，不引入新的杂质，操作简便，易于分离。（2）气体净化装置与方法①易溶于水或能与水反应不生成其他气体的杂质用水吸收。②酸性杂质用碱性吸收剂吸收，碱性杂质用酸性吸收剂吸收。③还原性杂质，可用氧化性较强的物质吸收；氧化性杂质，可用还原性较强的物质吸收。④选用能与气体中的杂质反应生成难溶性物质或可溶性物质的试剂作吸收剂除去杂质。示例2气体（括号内为杂质）除杂试剂选择装置H2（HCl）水[17]a（填标号，下同）N2（NH3）水[18]aNO（NO2）水[19]aCO（CO2）NaOH溶液[20]a碱石灰[21]b或c或dCO2（CO）灼热的CuO[22]eO2（H2S）硫酸铜溶液[23]a注意（1）一般情况下，用液体作除杂试剂，则先除杂后干燥；（2）若采用加热法除去杂质，则先干燥后除杂。3.气体的收集确定气体收集方法时要考虑气体的密度、溶解性、稳定性。收集方法排水法向上排空气法向下排空气法收集原理收集的气体不与水反应且难溶于水收集的气体密度比空气大，且与空气密度相差较大；不与空气中的成分反应收集的气体密度比空气小，且与空气密度相差较大；不与空气中的成分反应收集装置示例3利用上述收集方法收集H2、SO2、O2、CH4、Cl2、CO2、NO、NO2、NH3。其中能用排水法收集的气体有[24]H2、O2、CH4、NO；能用向上排空气法收集的气体有[25]SO2、O2、Cl2、CO2、NO2；能用向下排空气法收集的气体有[26]H2、CH4、NH3；可用排[27]饱和食盐水法收集Cl2。4.尾气处理a装置用于吸收或溶解反应速率不是很快的气体，如用NaOH溶液吸收Cl2、CO2等。b装置用于收集不溶于水、酸溶液或碱溶液的气体，如CO、NO等。c、d装置用于吸收极易溶解且溶解很快的气体，如HCl、HBr、NH3等；其中d装置吸收量较少。e装置用于处理难以吸收的可燃性气体，如H2、CO等。f装置也有防倒吸作用，一般试剂X为水层，试剂Y为有机层（如CCl4），可以吸收极易溶于试剂X或易与试剂X反应，但不溶于试剂Y且不与试剂Y反应的气体。如若试剂X为水，试剂Y为四氯化碳，可用于吸收氨气。g装置干燥管内若盛放碱石灰（或NaOH）等碱性固体物质作为吸收剂，可用于吸收Cl2、HCl、HBr、H2S、SO2等酸性气体。示例4[28]用c装置进行尾气吸收，判断下列说法正误。（1）用碳酸钠溶液吸收苯和溴在FeBr3作用下反应产生的溴化氢。（√）（2）用氢氧化钠溶液吸收工业废气中的NO2。（√）（3）用饱和NaHSO3溶液吸收SO2尾气。（✕）（4）用水吸收NH4Cl和Ca（OH）2反应制备NH3的尾气。（√）5.常见气体典型制备系统举例（1）Cl2的实验室制备（2）SO2的实验室制备（3）NH3的实验室制备命题点1气体的制备、收集装置的选择1.[2021全国乙]在实验室采用如图装置制备气体，合理的是（C）化学试剂制备的气体ACa（OH）2＋NH4ClNH3BMnO2＋HCl（浓）Cl2CMnO2＋KClO3O2DNaCl＋H2SO4（浓）HCl解析由题给装置可知，固体加热，排除B、D项；采用向上排空气法收集气体，NH3的密度比空气小，排除A项。命题拓展（1）不能（填“能”或“不能”）用加热氯化铵固体的方法制备NH3，原因为NH4Cl受热分解生成NH3和HCl，但试管口温度较低，NH3和HCl在试管口会重新生成NH4Cl。（2）不能（填“能”或“不能”）用向硫化钠固体滴加浓硫酸的方法制备H2S，原因为浓硫酸具有强氧化性，能和Na2S发生氧化还原反应生成S和SO2，不能生成H2S气体。2.[2021北京]实验室制备下列气体所选试剂、制备装置及收集方法均正确的是（B）气体试剂制备装置收集方法AO2KMnO4adBH2Zn＋稀H2SO4beCNOCu＋稀HNO3bcDCO2石灰石＋稀H2SO4bc解析O2的密度比空气稍大且难溶于水，通常用排水法收集，A项错误。实验室中用Zn和稀硫酸反应制备H2，并用排水法收集H2，B项正确。NO易被空气中的O2氧化，通常采用排水法收集，C项错误。稀硫酸与CaCO3反应制取CO2时，CaCO3表面会附着CaSO4而阻止反应的进行，实验室通常用石灰石和稀盐酸制备CO2，D项错误。命题点2气体的净化3.能用如图所示（图中夹持装置、气体收集装置等均已略去；必要时可以加热）装置及相关试剂制取干燥、纯净气体的是（D）选项ABCD气体CO2Cl2NH3NOa盐酸浓盐酸饱和NH4Cl溶液稀硝酸bCaCO3MnO2消石灰铜屑c饱和Na2CO3溶液NaOH溶液H2OH2Od浓硫酸浓硫酸固体NaOH浓硫酸解析盐酸和CaCO3反应可制取二氧化碳，但碳酸钠溶液能与CO2反应生成碳酸氢钠，即不能用饱和碳酸钠溶液除去CO2中的HCl气体，A不符合题意；浓盐酸和二氧化锰在加热条件下反应可制取氯气，但氯气和氢氧化钠溶液反应而导致收集不到氯气，B不符合题意；消石灰与饱和氯化铵溶液在加热条件下反应可以制备氨气，氨气易溶于水，所以不能用水洗气，C不符合题意；稀硝酸与铜反应生成NO，且NO不溶于水也不与浓硫酸反应，D符合题意。技巧点拨常见干燥剂的选择及装置归纳液态干燥剂固态干燥剂装置洗气瓶干燥管或U形管常见干燥剂浓硫酸无水氯化钙碱石灰可干燥的气体H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、N2H2、O2、N2、Cl2、SO2、CO2、CH4、H2S、HCl、HBr、HIN2、H2、O2、CH4、CO、NH3不可干燥的气体NH3、H2S、HBr、HINH3Cl2、HCl、H2S、SO2、CO2、NO2命题点3有害气体的尾气处理4.下列有关叙述错误的是（A）ABCD可用作少量HCl尾气的吸收装置可用作少量氨气尾气的吸收装置关闭止水夹K，从a处加水可检验装置气密性可用作少量SO2尾气的吸收装置解析HCl易溶于水，上层为水，下层为CCl4时才能起到吸收尾气且防倒吸的作用，A错误。氨气极易溶于水，双球U形管可阻止水倒吸入反应容器中，B正确。关闭止水夹K，从a处加水，若装置气密性良好，则U形管左右两侧存在液面差，且一段时间内不改变，C正确。SO2与NaOH的反应速率不是很快，可以不考虑倒吸，D正确。[气体的净化][全国Ⅰ高考]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（B）A.①、②、③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）也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气解析装置Q是启普发生器，是氢气的发生装置，装置排列顺序是氢气发生装置→安全瓶→除去HCl、O2装置→除去H2S装置→干燥氢气装置→氢气还原氧化钨装置→尾气处理装置。Zn＋2HClZnCl2＋H2↑、ZnS＋2HClZnCl2＋H2S↑，用装置Q制得的氢气中含有H2S、O2、HCl、H2O等杂质，由于酸性KMnO4溶液可氧化氯化氢生成氯气，所以，应先用焦性没食子酸溶液吸收氧气，同时除去氯化氢（易溶于水），再用酸性KMnO4溶液吸收硫化氢，最后用浓硫酸干燥，试剂盛放顺序依次为焦性没食子酸溶液、酸性KMnO4溶液、浓硫酸，A项错误。加热WO3之前，要确保排尽装置内的空气，因为H2在空气中的浓度达到一定范围时，加热易发生爆炸，通过检验氢气的纯度判断空气是否排尽，B项正确。类似氢气还原氧化铜，实验完毕后，先停止加热，再继续通入氢气一段时间，C项错误。装置Q不能加热，适合块状固体与液体在常温下反应，而实验室用二氧化锰与浓盐酸反应制氯气需要加热，且二氧化锰是粉末状固体，故装置Q不能用于MnO2与浓盐酸反应制备氯气，1.[2024武汉调研]18世纪70年代，瑞典化学家舍勒利用软锰矿与浓盐酸制得了氯气。某化学兴趣小组利用以下装置模拟舍勒制备氯气，能达到预期目的的是（D） A.发生装置 B.干燥装置 C.收集装置 D.尾气处理装置解析用MnO2和浓盐酸制备氯气需要加热，A项错误；氯气能与碱石灰反应，B项错误；氯气的密度比空气大，用向上排空气法收集，气体应从长管进、短管出，C项错误；氯气有毒，能与NaOH溶液反应，可用NaOH溶液处理尾气，D项正确。2.[2024广州模拟等组合]下列装置能达到目的的是（C） A.吸收尾气NH3，可防倒吸 B.吸收CO C.吸收尾气HCl D.收集NO2气体解析NH3易溶于水，但装置中的煤油不能起到防止倒吸的作用，所以该装置不可用于吸收尾气NH3，A不符合题意。一氧化碳是无色、无味、有毒气体，难溶于水，且不是酸性氧化物，不可用氢氧化钠溶液吸收，B不符合题意。HCl易溶于水，尾气吸收时用安全瓶可防倒吸，C符合题意。NO2易与水反应生成HNO3和NO，所以该装置不可用于收集NO2气体，D不符合题意。3.[2024南京模拟等组合]下列实验方案最合理的是（A） A.制备乙烯 B.制备氨气 C.制备并收集SO2气体 D.制备氧气解析A项，乙醇和浓硫酸混合加热至170℃发生消去反应生成乙烯和水，需使用温度计测量混合溶液的温度，温度计水银球应在液面以下，正确；B项，实验室用氯化铵固体和氢氧化钙固体在加热的条件下反应制备氨气，直接加热氯化铵固体生成氨气和氯化氢，但生成的氨气和氯化氢在试管口反应重新生成氯化铵，无法制备氨气，错误；C项，Cu和浓硫酸反应需要加热，且SO2能与水反应，不能用排水法收集，错误；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，错误。4.[2024黑龙江齐齐哈尔模拟改编]检验炭与浓硫酸反应产生气体的装置和所加药品如图所示，下列叙述不正确的是（C）A.a中品红溶液褪色，说明混合气体中有SO2B.b中酸性KMnO4溶液的作用是除去SO2C.b中发生反应的离子方程式为5SO2＋4H＋＋2MnO4－5SO42－＋D.c中品红溶液不褪色，d中Ca（OH）2溶液变浑浊，说明混合气体中存在CO2解析检验炭与浓硫酸反应产生的气体，即检验SO2与CO2是否存在，二者均能使澄清石灰水变浑浊，故先检验并除去SO2，再检验CO2。SO2能使品红溶液褪色而CO2不能，若a中品红溶液褪色，说明混合气体中有SO2，A正确。b中酸性KMnO4溶液的作用是除去SO2，防止对后续CO2的检验产生干扰，b中发生反应的离子方程式为5SO2＋2H2O＋2MnO4－5SO42－＋4H＋＋2Mn2＋，B正确，C错误。c中品红溶液不褪色，证明SO2已被除尽，此时d中Ca（OH）5.[2024山东部分学校联考]利用下列试剂和如图所示装置制备气体并除去其中的非水杂质，能达到目的的是（必要时可加热，加热及夹持装置已略去）（C）选项气体试剂Ⅰ试剂Ⅱ试剂ⅢACl2浓盐酸MnO2NaOH溶液BSO2浓硝酸Na2SO3饱和NaHSO3溶液CCO2稀盐酸CaCO3饱和NaHCO3溶液DC2H4浓硫酸C2H5OHKMnO4酸性溶液解析实验室利用二氧化锰和浓盐酸加热反应制取氯气，制取的氯气中含有HCl和水蒸气，除HCl应选用饱和食盐水，不能用NaOH，因为氯气也能与NaOH反应，A项不能达到实验目的；浓硝酸具有强氧化性，能将Na2SO3氧化为Na2SO4，得不到SO2气体，B项不能达到实验目的；实验室用稀盐酸和CaCO3制备CO2，制得的CO2中含有HCl和H2O，CO2不与饱和NaHCO3溶液反应，而HCl与饱和NaHCO3溶液反应生成CO2，C项能达到实验目的；实验室将浓硫酸和无水乙醇的混合液迅速加热到170℃制备乙烯，制得的乙烯中含有SO2、CO2和乙醇蒸气等杂质，乙烯、乙醇和二氧化硫都能被酸性高锰酸钾溶液氧化，因此除杂时应选用NaOH溶液，D项不能达到实验目的。6.[2023哈尔滨监测]侯德榜是我国近代化学工业的奠基人之一，他将氨碱法和合成氨工艺联合起来，创立了“联合制碱法”。氨碱法中涉及的反应有反应Ⅰ：NaCl＋CO2＋NH3＋H2ONaHCO3↓＋NH4反应Ⅱ：2NaHCO3△Na2CO3＋CO2↑＋下列制取少量Na2CO3的实验原理和装置能达到实验目的的是（C） A.制取CO2 B.除去CO2中的HCl C.制取NaHCO3 D.制取Na2CO3解析稀盐酸和大理石反应生成二氧化碳气体，可用于制取CO2，但长颈漏斗下端在液面以上，没有形成液封，A不符合题意。除去CO2中的HCl，可以把混合气体通入饱和碳酸氢钠溶液中，但气体应长导管进，短导管出，B不符合题意。向溶有足量氨气的饱和食盐水中通入二氧化碳，在冷水浴下发生反应，生成碳酸氢钠晶体和氯化铵，可以制备碳酸氢钠，C符合题意。碳酸氢钠固体受热分解生成碳酸钠、CO2和水，题给装置中生成的水会倒流，试管口应略向下倾斜，D不符合题意。7.[2023苏锡常镇四市调研]实验小组利用如图所示装置（加热及夹持装置已省略）制备氯酸钠。下列实验装置和操作不能达到实验目的的是（A）A.用装置甲制备氯气B.用装置乙处理余氯C.用装置丙除去氯化氢D.用装置戊检验氯气解析A项，MnO2和浓盐酸在加热条件下反应生成Cl2，实验中用的稀盐酸，不能达到实验目的；B项，关闭丙中的止水夹，打开乙中的止水夹，甲中剩余的Cl2可由乙中NaOH溶液吸收处理，能达到实验目的；C项，HCl极易溶于水，而Cl2在饱和食盐水中的溶解度较小，能达到实验目的；D项，Cl2可将KI氧化成I2，淀粉遇I2变蓝，故可以检验Cl2，能达到实验目的。8.NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用于日常漂白织物等，实验室制备NaClO2的装置如图所示，其中C内生成ClO2。下列说法错误的是（A）A.为快速制取SO2，可用质量分数为98％的浓硫酸代替质量分数为75％的硫酸溶液B.C中竖直玻璃管的作用是平衡系统的压强C.E的作用是防止倒吸，F中的试剂不能用澄清石灰水代替D.H2O2是制备NaClO2的还原剂，其中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1解析由于质量分数为98％的浓硫酸中H2SO4主要以分子形式存在，反应速率较慢，故不能用质量分数为98％的浓硫酸代替质量分数为75％的硫酸溶液，A项错误。如果装置内压强过大，竖直玻璃管内液面升高，使装置内压强减小，故竖直玻璃管可起到平衡系统压强的作用，B项正确。F中NaOH溶液的作用是吸收尾气，由于Ca（OH）2溶解度较小，不能用澄清石灰水代替NaOH溶液，C项正确。D中发生反应2ClO2＋H2O2＋2NaOH2NaClO2＋2H2O＋O2，ClO2为氧化剂，H2O2为还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1，D9.[2024山西运城月考改编]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（D）A.装置Ⅰ中发生反应的化学方程式为NaNO2＋NH4Cl△NaCl＋N2↑＋B.加热片刻后将酒精灯移开反应仍能进行，说明该反应是放热反应C.装置Ⅱ的作用是冷凝水蒸气D.只能用向下排空气法在装置Ⅲ末端收集纯净干燥的N2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