讲座二常见气体的制备（精讲）-2023年高考化学（原卷版）

讲座二常见气体的制备化学是以实验为基础的学科，化学实验是高考命题的重中之重。其中以常见气体制备为主体的实验是高考的热点，具体的考查内容有：①常见气体的实验室制法；②制备气体实验装置中各仪器的作用；③气密性检查的规范表达；④化学实验安全防护措施；⑤气体的性质探究；⑥尾气吸收的处理方法等等。常见气体的实验室制法(一)发生装置1．一般发生装置反应装置类型反应装置图适用气体操作注意事项固、固加热型O2、NH3等①试管要干燥；②试管口略低于试管底；③加热时先均匀加热再固定加强热；固、液加热型或液、液加热型Cl2、HCl等①烧瓶加热时要隔石棉网；②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片(或沸石)固、液不加热型或液、液不加热型H2、CO2、SO2、NO、NO2等①使用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下；②使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速；③启普发生器只适用于块状固体和液体反应，且气体不溶于水2．发生装置的(1)“固(液)＋液eq\o(→,\s\up7(△))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的改进优点是使蒸馏烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，导管的作用：平衡压强，便于液体顺利流下。(2)“固＋液→气体”装置的创新(3)“固＋固→气体”装置的创新改进的目的：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。(二)除杂装置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。2．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。3．气体除杂的注意事项(1)需净化的气体中含有多种杂质时，除杂顺序：一般先除去酸性气体，如氯化氢气体、CO2、SO2等，水蒸气要在最后除去。(2)除杂选用方法时要保证杂质完全除掉，如除CO2最好用NaOH不用Ca(OH)2溶液。有时候为了保证气体除尽，还要验证一步，如验证混合气体中既有CO2，又有SO2，通常用品红溶液检验SO2，然后用溴水或酸性KMnO4溶液除去SO2，再用品红溶液检验是否除尽SO2，最后用澄清石灰水检验CO2。4．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，加热装置常见干燥剂浓硫酸(酸性、强氧化性)无水氯化钙(中性)碱石灰(碱性)除杂试剂Cu、CuO、Mg等(三)常见气体的收集方法1．一般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)排水法难溶于水或微溶于水，又不与水反应的气体O2、H2、NO、CO等排空气法向上排空气法密度大于空气且不与空气中的成分反应Cl2、SO2、NO2、CO2向下排空气法密度小于空气且不与空气中的成分反应H2、NH32．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。(四)尾气处理分析对有毒、有害的气体必须用适当的方法予以吸收或点燃变为无毒、无害的气体，再排放到空气中。用水吸收NH3、HCl(注意防倒吸)用烧碱溶液吸收Cl2、HCl、H2S、SO2、NO2用硫酸铜溶液或醋酸铅溶液吸收H2S用点燃法除去CO、H2、CH4用收集法除去NO二、常见气体制备及其性质探究的仪器连接1．Cl2的实验室制备系统[微点拨]如果制备FeCl3或AlCl3固体时，可将收集Cl2的装置改为“硬质玻璃管并加热”，同时在尾气处理装置前加一个干燥装置。2．SO2的实验室制备系统3．NH3的实验室制备系统三、气密性检查的方法1．气密性检查检验装置气密性的方法，主要是依据条件的改变引起装置中气体体积或压强的变化，从而产生气泡或液面差来判断装置是否漏气。常见的方法有两种。(1)升温法其原理是使装置中的气体受热后体积膨胀，插入水中的导管口处有气泡产生，冷却至室温时，装置内气体的压强小于外界大气压，从而在导管中形成一段液柱。检验时应将装置的导管口的一端插入水中，再用双手手掌握住容器，若在导管口有气泡冒出，手掌离开后，管端又形成一段高于水面的水柱，则证明连接装置不漏气。若要检验一整套装置的气密性，可用酒精灯对装置中某个可加热的容器微热，观察插入液体中的导管口处是否有气泡冒出，从而判断整套装置的气密性是否良好。用此方法检验气密性时，除插入水中的导管外，其余各端点处导管和活塞均应封闭以与大气隔绝。(2)注水法其原理是通过漏斗向一封闭的装置中注入水，使装置内气体的体积减小，压强增大，从而在装置和漏斗颈内形成一段稳定的液面差。实验时将长颈漏斗插入气体发生装置中的液面以下，关闭各端点处导管和活塞，从漏斗中加水，观察液面稳定后是否下降。若液面下降，表示漏气；若液面不下降，表示不漏气。用此方法检验气密性时，除插入水中的长颈漏斗外，其余各端点处导管和活塞均应封闭以与大气隔绝。四、化学实验安全防护措施(一)．防倒吸安全装置倒吸现象的发生是因为气体在水中的溶解度很大，当导管直接插入水中时，由于气体的迅速溶解，导管内压强减小，外界大气压大于管内压强，水便会倒吸入导管继而倒吸入其他装置中，从而导致实验失败甚至发生安全事故。1、溶液或水吸收尾气时防倒吸装置2、防倒吸装置的创新装置防倒吸原理肚容式(上图中的发散源及Ⅰ和Ⅱ)由于上部有一容积较大的空间，当水进入该部分时，烧杯(或试管)中液面显著下降而低于漏斗口(或导管口)，由于重力作用，液体又流回到烧杯(或试管)中接收式(上图中的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)使用较大容积的容器将可能倒吸来的液体接收，防止进入前端装置(如气体收集装置等)。它与肚容式的主要区别是液体不再流回到原容器隔离式(上图中的Ⅵ、Ⅶ)导管末端与液体吸收剂呈隔离状态，导管内压强不会减小，能起到防倒吸作用（二）防堵塞安全装置在气体实验中，由于固体或泡沫涌入导管或装置本身的问题而发生堵塞时，气体物质不能顺利排出，导致装置内气体的压强增大，从而使实验无法顺利进行甚至发生安全事故。为了避免因堵塞给实验造成不良影响，在设计实验时应当增加防堵塞安全装置。常见的防堵塞安全装置有如下三种类型：在恒压式中，由橡皮管将分液漏斗与烧瓶连通，使分液漏斗与烧瓶中的压强相等，以保证分液漏斗中的液体能够顺利流下；在液封平衡式中，当发生堵塞时，锥形瓶内气体的压强增大，锥形瓶中的液体由直玻璃管溢出，从而避免发生安全事故；在防阻式中，将一团棉花放在导管口处，可以避免固体物质或泡沫涌入导管而发生堵塞。【链接四年高考】1、（2022·江苏）实验室制取少量水溶液并探究其酸性，下列实验装置和操作不能达到实验目的的是()A.用装置甲制取气体 B.用装置乙制取水溶液C.用装置丙吸收尾气中的 D.用干燥试纸检验水溶液的酸性2、（2022·山东）某同学按图示装置进行实验，欲使瓶中少量固体粉末最终消失并得到澄清溶液。下列物质组合不符合要求的是（）气体液体固体粉末A饱和溶液B溶液C溶液D3、（2022·广东）实验室用和浓盐酸反应生成后，按照净化、收集、性质检验及尾气处理的顺序进行实验。下列装置（“→”表示气流方向）不能达到实验目的的是()A. B.C. D.4、（2021·福建）利用下列装置和试剂进行实验，不能达到实验目的的是()ABCD比较Zn与Cu的金属性强弱除去中的HCl并干燥制取乙酸乙酯(必要时可加沸石)实验室制取氯气5、（2021·海南）用如图装置制取干燥的气体（a、b表示加入的试剂），能实现的是()选项气体abA稀FeSB溶液C浓铁片D浓氨水CaO6、（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（）气体试剂制备装置收集方法AadBZn+稀beCNOCu+稀bcD+稀bc7、（2021·全国甲卷）实验室制备下列气体的方法可行的是()选项气体方法A氨气加热氯化铵固体B二氧化氮将铝片加到冷浓硝酸中C硫化氢向硫化钠固体滴加浓硫酸D氧气加热氯酸钾和二氧化锰的混合物8、（2021·全国乙卷）在实验室采用如图装置制备气体，合理的是()化学试剂制备的气体AB(浓)CD(浓)HCl9、（2020·江苏）实验室以为原料，制备并获得晶体。下列图示装置和原理不能达到实验目的的是()

A. B.C. D.10、（2022·全国I卷）下列气体去除杂质的方法中，不能实现目的的是()选项气体（杂质）方法A通过酸性高锰酸钾溶液B通过饱和的食盐水C通过灼热的铜丝网D通过氢氧化钠溶液11、（2021·广东）含氯物质在生产生活中有重要作用。1774年，舍勒在研究软锰矿（主要成分是）的过程中，将它与浓盐酸混合加热，产生了一种黄绿色气体。1810年，戴维确认这是一种新元素组成的单质，并命名为chlorine（中文命名“氯气”）。（1）实验室沿用舍勒的方法制取的化学方程式为_________________。（2）实验室制取干燥时，净化与收集所需装置的接口连接顺序为_______________。（3）某氯水久置后不能使品红溶液褪色，可推测氯水中_____________已分解。检验此久置氯水中存在的操作及现象是_________________。（4）某合作学习小组进行以下实验探究。①实验任务通过测定溶液电导率，探究温度对AgCl溶解度的影响。②查阅资料电导率是表征电解质溶液导电能力的物理量。温度一定时，强电解质稀溶液的电导率随溶液中离子浓度的增大而增大；离子浓度一定时，稀溶液电导率随温度的升高而增大。25℃时，。③提出猜想猜想a：较高温度的AgCl饱和溶液的电导率较大。猜想b:AgCl在水中的溶解度。④设计实验、验证猜想取试样Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（不同温度下配制的AgCl饱和溶液），在设定的测试温度下，进行表1中实验13，记录数据。⑤数据分析、交流讨论25℃的AgCl饱和溶液中，_________________mol/L。实验结果为。小组同学认为，此结果可以证明③中的猜想a成立，但不足以证明猜想b成立。结合②中信息，猜想b不足以成立的理由有_________________。⑥优化实验小组同学为进一步验证猜想b，在实验13的基础上完善方案，进行实验4和5。请在答题卡上完成表2中内容⑦实验总结根据实验15的结果，并结合②中信息，小组同学认为猜想b也成立。猜想b成立的判断依据是_________________。12、（2019·海南）干燥的二氧化碳和氨气反应可生成氨基甲酸铵固体，化学方程式为：，在四氯化碳中通入二氧化碳和氨制备氨基甲酸铵的实验装置如下图所示，回答下列问题：(1)装置1用来制备二氧化碳气体：将块状石灰石放置在试管中的带孔塑料板上，漏斗中所加试剂为____；装置2中所加试剂为____；(2)装置4中试剂为固体NH4Cl和Ca(OH)2，发生反应的化学方程式为________；试管口不能向上倾斜的原因是__________。装置3中试剂为KOH，其作用为______________。(3)反应时三颈瓶需用冷水浴冷却，其目的是_______________________。13、（2021·天津）某化学小组同学利用一定浓度的溶液制备，再用氧化，并检验氧化产物。Ⅰ.制备该小组同学设计了如下气体发生装置（夹持装置省略）（1）甲装置中主要仪器的名称为________。（2）乙装置中，用粘合剂将制成团，放在多孔塑料片上，连接好装置，气密性良好后打开活塞，经长颈漏斗向试管中缓慢加入溶液至_________。欲使反应停止，关闭活塞即可，此时装置中的现象是__________________。（3）丙装置可用于制备较多，催化剂铂丝可上下移动。制备过程中如果体系内压强过大，安全管中的现象是_________，此时可以将铂丝抽离溶液，还可以采取的安全措施是_________。（4）丙装置的特点是____________（填序号）。a.可以控制制备反应的开始和结束b.可通过调节催化剂与液体接触的面积来控制反应的速率c.与乙装置相比，产物中的含量高、杂质种类少Ⅱ.氧化该小组同学设计的氧化的装置如图（夹持装置省略）（5）在图中方框内补全干燥装置和干燥剂。Ⅲ.检验产物（6）为检验上述实验收集到的产物，该小组同学进行了如下实验并得出相应结论.实验序号检验试剂和反应条件现象结论①酸性溶液紫红色褪去产物含有乙醛②新制，加热生成砖红色沉淀产物含有乙醛③微红色含酚酞的溶液微红色褪去产物可能含有乙酸实验①~③中的结论不合理的是____________（填序号），原因是_______________。14、（2020·全国Ⅲ卷）氯可形成多种含氧酸盐，广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备和NaClO，探究其氧化还原性质。回答下列问题：(1)盛放粉末的仪器名称是，a中的试剂为。(2)b中采用的加热方式是，c中化学反应的离子方程式是，采用冰水浴冷却的目的是。(3)d的作用是，可选用试剂(填标号)。A. B.NaCl C. D.(4)反应结束后，取出b中试管，经冷却结晶，，，干燥，得到晶体。(5)取少量和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中，滴加中性KI溶液。1号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色，加入振荡，静置后层显____色。可知该条件下的氧化能力____NaClO(填“大于”或“小于”)。【链接两年模拟】（2022·上海虹口区二模）实验室制取乙烯并验证其化学性质，下列装置正确的是(

)A.制备乙烯 B.除去杂质

C.验证加成反应 D.收集乙烯（2022·新疆克拉玛依三模）实验室采用如图装置制备气体，合理的是(

)选项化学试剂制备的气体浓盐酸与二氧化锰浓氨水与生石灰铜与浓硝酸锌粒与稀硫酸（2022·河北秦皇岛三模）下列制备并收集气体的方法不可行的是(

)气体方法将浓盐酸滴入高锰酸钾固体中，用排饱和食盐水法收集将浓氨水滴入固体中，用向下排空气法收集将铜片加入浓硝酸中，用排水法收集铜与浓硫酸混合加热，用排饱和亚硫酸氢钠溶液法收集（2022·上海静安二模）实验室用如图装置制备气体，合理的是(

)选项反应试剂制备的气体电石、饱和食盐水、稀、稀大理石、稀（2022·四川成都第一次适应性考试）下列有关制取气体的设计方案正确的是(

)选项制取气体所选药品收集装置浓氨水氧化钙浓硫酸亚硫酸钠醋酸溶液石灰石浓盐酸二氧化锰（2022·青海玉树四模）实验室中采用如图所示装置夹持仪器已省略制备气体，合理的是(

)选项化学药品制备的气体浓氨水熟石灰稀硝酸铜片稀硫酸锌粒浓硫酸亚硫酸钠（2022·天津模拟）是制备有机合成的重要还原剂的反应物，氢化锂遇水蒸气剧烈反应。某小组设计如图装置制备。下列说法正确的是（）A.装置，依次盛装浓硫酸、饱和食盐水

B.装置中加入硫酸铜越多，反应速率越大

C.装置用于吸收尾气，避免污染环境

D.实验中，先通入，后点燃酒精灯（2022·广州惠州模拟）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(

)中试剂浓硝酸浓硫酸双氧水浓氨水中试剂气体（2022·海南海口诊断性考试）常温下，利用下列试剂能制备对应气体的是(

)选项试剂制备的气体氯酸钾、浓盐酸铜、浓硫酸浓硫酸、硫化亚铁稀硝酸、锌（2022·河北联考一）实验室制备某常见气体的装置如图所示，其中、、、分别为制备、除杂除非水杂质，如无必要可省略、干燥和收集装置，下列所制备的气体和所选干燥剂的组合中可行的是(

)

选项气体氧气氯气氢气氨气干燥剂碱石灰浓硫酸五氧化二磷无水氯化钙（2022·江西九江二模）实验室制取下列气体方法可行的是(

)选项气体方法氢气向铁粉中滴加稀硝酸二氧化硫向亚硫酸钠固体中滴加硫酸硫化氢向硫化铜中滴加稀硫酸二氧化碳向块状碳酸钙固体中滴加稀硫酸（2022·成都七中三月质检）用如图装置制取、提纯并收集表中的四种气体、、表示相应仪器中加入的试剂，必要时可以加热，其中可行的是(

)气体浓硫酸铜饱和溶液浓硝酸铜片溶液浓盐酸二氧化锰饱和碳酸氢钠溶液稀硫酸浓硫酸（2022·河南六市一调）能用如图所示装置完成气体制备、尾气处理加热和夹持等装置略去的是(

)气体制备试剂烧杯中试剂铜与浓硝酸溶液浓氨水与碱