第三节-气体的制备(考点考法剖析)(原卷版)

第三节气体的制备【必备知识要求】1.了解化学实验中各种气体的制备的反应原理2.掌握化学实验中各种气体的干燥、除杂的试剂和方法3.了解化学实验中各种气体的收集方法4.掌握化学实验中各种气体的性质验证方法，仪器的连接顺序【关键能力及高考要求】关键能力要求：理解辨析能力、分析推理能力、实验和探究能力、模型认知能力。高考要求：在近几年的高考气体制备及性质验证实验命题中,尤其是全国I卷、北京卷、江苏卷、浙江卷、海南卷等都出现过三颈瓶、双耳球、恒压滴液漏斗等陌生仪器的使用，这些仪器属于不常用仪器，同时在试题中还常出现一些仪器的创新使用。这类题通过装置重新组合扩充的方式，考查考生全面的系统的知识，培养了考生的实验创新精神。如将传统实验中涉及的实验仪器和用品进行有效替换，以提高化学实验的效果，【学科核心素养解析】宏观辨识与微观探析：能根据气体的性质，辨识发生装置、净化装置、收集装置、尾气处理的选择，能解释这样选择和连接规律。科学探究与创新意识：将化学实验仪器及装置运用组合法、扩充法或替代法等，进行重新组合或者拆分，来进行实验研究，解决实际问题。科学态度与社会责任：具有安全意识，严谨求实的科学态度，具有探索未知、崇尚真理的意识和保护环境的可持续发展的意识。必备知识点1气体的制备一．气体制备实验的基本思路1.根据反应物的状态及反应条件选择气体发生装置;2.根据制备气体及气体杂质的性质选择气体净化装置;3.根据制备气体的性质选择干燥剂及干燥装置;4.根据制备气体的水溶性及气体的密度选择收集方法及收集装置;5.根据制备气体的毒性选择尾气吸收剂及吸收装置。二．气体制备实验的操作顺序1.仪器安装①由下到上(如制氯气的发生装置安装顺序是：放铁架台→摆酒精灯→固定铁圈→放置石棉网→固定圆底烧瓶)。②从左到右(如制氯气：发生装置→除杂装置→干燥装置→性质探究或收集装置→尾气处理装置(注意防倒吸)。③先塞后定(把带导管的胶塞在烧瓶固定前塞好，以免烧瓶固定后因不宜用力而塞不紧或因用力过猛而损坏仪器)。2.加试剂顺序固体先放入，液体后滴加(即先固后液)。3.其他操作顺序及连接顺序⑩①先检验气密性，后装入药品(便于在装置漏气时进行调整或更换仪器)，最后点燃酒精灯(所有准备工作完毕后)；②洗气瓶：在连接导管时，应长进短出；③量气装置的导管应短进长出；④干燥管应大口进小口出；⑤U形管：无前后；⑥加热玻璃管：无前后。⑦有些实验为防倒吸，往往最后停止加热或最后停止通气；有些实验为防氧化往往最后停止通气。⑧仪器拆卸的一般过程：从右到左，自上而下，先拆主体，后拆部件。⑨净化气体时，一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无气味的气体，最后除去水蒸气。⑩制备易潮解的物质时，装置最后要连干燥装置。三.常见气体的发生装置根据反应物状态和反应条件我们主要掌握以下三类气体发生装置：1.固体＋固体eq\o(→,\s\up7(△))气体：可选择等装置，能制备O2、NH3、CH4等;操作注意事项①试管要干燥；②试管口略低于试管底；③加热时先预热再固定加热；④用KMnO4制取O2时，需在管口处塞一小团棉花。2.固(或液)体＋液体eq\o(→,\s\up7(△))气体：可选择等装置，能制备Cl2、C2H4、NH3等;3.固体＋液体→气体：可选择、、等装置，能制备H2、NH3、CO2、O2等。四.气体的干燥、净化装置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.气体净化与干燥的先后顺序1)若采用溶液除杂：应该是除杂在前，干燥在后。其原因是：气体除杂过程中会从溶液中带入水蒸气，干燥剂可除去水蒸气。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NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl气体，再通过浓硫酸除去水蒸气。2)若采用加热除杂：则一般是干燥在前。如N2中混有O2、CO2、H2O(g)，可先将混合气体通过碱石灰，除去CO2和H2O(g)，再将从干燥管中导出的气体通过装有灼热铜网的硬质玻璃管，除去O2，即可得到干燥、纯净的N2。若将混合气体先通过灼热的铜网，因气体中混有水蒸气，易使硬质玻璃管炸裂。4.根据制备气体及气体杂质的性质选择如下气体净化装置及干燥装置：1）液态干燥剂或除杂试剂如浓H2SO4(酸性、强氧化性)、NaOH溶液(碱性)等，可选用洗气吸收装置。2）固态干燥剂如无水氯化钙(中性)、碱石灰(碱性)等，可选用干燥管或U形管吸收装置。3）固态除杂试剂如Cu、CuO、Mg等，需加热，可选用加热的硬质玻璃管吸收装置。五.气体的收集方法及收集装置根据制备气体的水溶性及气体的密度选择收集方法及收集装置：1.排液法：难溶于水(或某溶液)或微溶于水(或某溶液)，又不与其反应的气体可用排液法收集，选用、等收集装置收集。用该装置可收集O2、H2、Cl2(饱和NaCl溶液)、NO、CO2(饱和NaHCO3溶液)、CO、C2H2、C2H4等气体。2.向上排空气法：密度大于空气且不与空气中的成分反应的气体可用向上排空气法收集，选用等收集装置收集。用该装置可收集Cl2、SO2、NO2、CO2等气体。3.向下排空气法：密度小于空气且不与空气中的成分反应的气体可用向下排空气法收集，选用等收集装置收集。用该装置可收集H2、NH3、CH4等气体。六.尾气的处理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。实验室中常见有毒气体的处理方法如下表：Cl2SO2NO2H2SHClNH3CONONaOH溶液CuSO4溶液或NaOH溶液水水或浓硫酸点燃与O2混合后通入NaOH溶液3.直接排空处理：主要是针对无毒、无害气体的处理，如N2、O2、CO2等。4.尾气处理装置①在水中溶解度较小的有毒气体，多数可通入盛有某种试剂的烧杯中被吸收除去(如图甲)，如Cl2、NO2均可通入NaOH溶液中除去。②某些可燃性气体可用点燃(如图丙)或转化的方法除去，如CO、H2可点燃或通过灼热的CuO除去。③某些可燃性气体可以采用收集的方法除去(如图丁)，如CH4、C2H4、H2、CO等。④对于溶解度很大、吸收速率很快的气体，吸收时应防止倒吸，典型装置如图乙。常见的防倒吸装置还有如下改进装置(以NH3的吸收为例，未注明的液体为水)。【知识理解提点】一．气体的量取装置对难溶于水且不与水反应的气体,往往利用量筒或滴定管组装如图所示的装置量取其体积。图（1）图（2）图（3）图2和图3读数时，要注意“一冷两平”：一冷，就是冷却至室温；两平之一，是视线与液面相平，两平之二，是两个容器中的液面相平。二、装置的改进或创新1.气体制备装置的改进(1)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。(2)“固体＋液体→气体”装置的创新(3)“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的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利流下。2.洗气装置的创新——双耳球吸收法如图中，由于双耳球上端球形容器的容积较大，能有效地防止倒吸。故该装置既能除去气体中的气态杂质，又能防止倒吸。3.集气装置的创新——排液集气装置（1）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。（2）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。三、净化气体遵循的原则:不损失要净化的气体,不引入新的杂质气体。【夯基例析·跟踪演练】【基础例析】常见气体的制备例1．（2022·湖北高三一模）燃煤和工业生产中产生的过量排放会形成酸雨。是重要的化工原料，可作漂白剂。在接触法制硫酸的工业中，发生的反应为：。用下列装置进行制取、性质验证和尾气处理，其中不能实现相应实验目的的是A．图甲：制取 B．图乙：验证其还原性C．图丙：验证其漂白性 D．图丁：尾气处理1.（2022·江苏高三二模）根据装置和下表内的物质(省略夹持、净化以及尾气处理装置，图1中虚线框内的装置是图2)，能完成相应实验目的的是选项a中的物质b中的物质实验目的、试剂和操作实验目的c中的物质进气方向A浓氨水碱石灰收集氨气饱和NH4Cl溶液N→MB浓硝酸Na2SO3检验SO2的氧化性品红溶液M→NC稀硝酸Cu收集NO水N→MD浓盐酸MnO2检验Cl2的氧化性Na2S溶液M→NA．A B．B C．C D．D【基础例析】气体制备装置的创新应用例2.实验的探究和创新是化学学科核心素养之一。某校化学实验小组为了探究SO2和Cl2(水溶液)的漂白性实验，设计了如下图所示的实验装置：

(1)仪器a的名称是_______________________。(2)他们制备SO2的反应原理为，根据反应特点，制备SO2应选用上图中的_________装置。(填A或E)(3)在制备Cl2时他们使用了浓盐酸，结合另一发生装置的特点，请你写出制备Cl2的反应方程式__________________________，该反应在含4mol浓盐酸的反应体系中充分反应，生成的Cl2在标准状况下的体积为___________22.4L。(填“>”或“＜”或“=”)(4)反应开始后，发现B、D两支试管中的品红溶液都褪色，停止通气后，分别加热两支试管中的液体，B试管中的现象是_______________。(5)C烧杯中NaOH溶液的作用是_________________。(6)该小组同学将两种气体混合后通入品红溶液，一段时间后，品红溶液几乎不褪色。查阅资料得知：两种气体按体积比1:1混合，再与水反应可生成两种常见的酸，因而失去漂白作用，写出反应的化学方程式__________________。【跟踪演练】2.化学实验有助于理解化学知识，形成化学观念，提高探究与创新能力。（1）查阅资料可知：2KMnO4+16HCl（浓）═2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+2H2O。某同学设计图1所示装置来制备纯净、干燥的氯气，其中实验装置或试剂有错误的是（_____）A．①②B．②C．②③D．①③（2）将图1装置修改正确后，虚框④是收集Cl2的装置，请从图2中选用合适的装置__。（3）将制得的Cl2进行性质实验，装置如图3所示（加热装置省略），请回答以下问题。①装置E中可观察到________________；反应的化学方程式_____________________。②装置F在反应中的作用是_____________。A．收集Cl2B．防止倒吸C．混合气体③装置G所得的溶液中具有漂白性的分子是____，将G所得饱和溶液置于光照下一段时间，溶液中大量减少的粒子有（除H2O分子外）______。（至少写2种）④装置H的作用_______________。（4）工业漂白粉常用Cl2与石灰乳反应制得，反应方程式为_________________。家庭使用漂白粉时，为了增强漂白性可滴加的用品是____________。必备知识点2常见气体的制备方法气体工业制法实验室制法实验室装置O2液化空气2KCO3eq\o(=====,\s\up7(MnO2),\s\do3(△))3O2↑+2KCl2H2O2eq\o(=====,\s\up7(MnO2),\s\do3())2H2O+O2↑固体＋固体eq\o(→,\s\up7(△))气体装置固体＋液体→气体不加热装置 H2C+H2OCO+H2CH4+H2OCO+H2Zn+H2SO4(稀)+ZnSO4+H2↑固体＋液体→气体不加热装置CO2C+O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O固体＋液体→气体不加热装置NH3N2+3H2eq\o(,\s\up6(高温、高压),\s\do2(催化剂))2NH3Ca(OH)2+2NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))CaCl2+2NH3↑+2H2ONH3.H2O+CaO=Ca(OH)2+NH3↑固体＋固体eq\o(→,\s\up7(△))气体装置固体＋液体→气体不加热装置COC+O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2CO2+C2COHCOOHeq\o(→,\s\up8(浓硫酸),\s\do3(△))CO↑+H2O固(或液)体＋液体eq\o(→,\s\up7(△))气体装置N2液化空气NH4Cl+NaNO2eq\o(=,\s\up7(△))NaCl+2H2O+N2↑固(或液)体＋液体eq\o(→,\s\up7(△))气体装置NO4NH3+5O2eq\o(=,\s\up7(高温),\s\do3(催化剂))4NO+6H2O3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO+4H2O固体＋液体→气体不加热装置NO22NO+O2=2NOCu+4HNO3=Cu（NO3）2+2NO2+2H2O固体＋液体→气体不加热装置Cl22NaCl+2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑+H2↑+2NaOH4HCl（浓）+MnO2eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2+Cl2↑+2H2OKMnO4+HCl（浓）=Cl2↑+KCl+MnCl2+H2O固(或液)体＋液体eq\o(→,\s\up7(△))气体装置固体＋液体→气体不加热装置HClCl2+H2eq\o(=,\s\up7(点燃))2HClNaCl+H2SO4（浓）eq\o(=,\s\up7(△))NaHSO4+HCl↑NaCl+NaHSO4eq\o(=,\s\up7(△))Na2SO4+HCl↑固(或液)体＋液体eq\o(→,\s\up7(△))气体装置SO24FeS2+11O2eq\o(=,\s\up7(煅烧))8SO2+2Fe2O3Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O固体＋液体→气体不加热装置H2S--FeS+2HCl=H2S↑+FeCl2固体＋液体→气体不加热装置CH2=CH2石油裂解CH3CH2OHeq\o(→,\s\up8(浓硫酸),\s\do3(170℃))CH2=CH2↑+H2O固(或液)体＋液体eq\o(→,\s\up7(△))气体装置乙炔电石法石油裂解CaC2+H2Oeq\o(→,\s\up11(),\s\do4())C2H2↑+Ca(OH)2固体＋液体→气体不加热装置【知识理解提点】1实验室制备H2S时，只能用稀H2SO4或盐酸，不能用有强氧化性的酸，如：浓H2SO4、HNO3。2.实验室制HCl还有用浓H2SO4和浓盐酸混合，产生HCl。3.实验室制备SO2时，可以用铜和浓硫酸加热。4.实验室制备CO2时，不可用浓H2SO4。【高考应用】高频考点1气体的制备在选择题中的应用【高考实例】例1.（2021·全国甲卷试题）实验室制备下列气体的方法可行的是气体方法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【考点演练】1.(2020·海南卷,4)实验室制备下列气体,能实现的是(C)A.Cl2:MnO2与稀HCl溶液混合B.C2H4:CaC2与H2O混合C.CO2:加热饱和NaHCO3溶液D.SO2:Cu丝与稀H2SO4混合2.(2020·江苏卷,5)实验室以CaCO3为原料,制备CO2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(D)高频考点2气体的制备在综合实验题中的应用【高考实例】例2.（2020年新课标Ⅲ）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KClO3和NaClO，探究其氧化还原性质。回答下列问题：（1）盛放MnO2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．Na2SB．NaClC．Ca(OH)2D．H2SO4（4）反应结束后，取出b中试管，经冷却结晶，________，__________，干燥，得到KClO3晶体。（5）取少量KClO3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CCl4振荡，静置后CCl4层显____色。可知该条件下KClO3的氧化能力____NaClO(填“大于”或“小