氣體制備實驗方案設計與評價

1、第 32 講氣體制備實驗方案設計與評價考綱解讀： 1掌握常見氣體的實驗室制法( 包括所用藥品、儀器、反應原理和收集方法等) 。2根據(jù)反應物的狀態(tài)及反應條件等，靈活選用氣體的發(fā)生裝置。3能對所制得的氣體進行凈化、干燥，對有毒氣體進行尾氣處理。4能根據(jù)試題要求設計、評價或改進實驗方案。5了解控制實驗條件的方法。6能繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖。7能分析或處理實驗數(shù)據(jù)，得出合理結(jié)論?？枷蚍治霰局v內(nèi)容是高考命題的熱點之一，主要考查：(1) 制備氣體的化學原理； (2) 相關(guān)裝置的選擇與組合； (3) 有關(guān)氣體的收集、干燥、凈化、尾氣處理等裝置的選擇； (4) 氣密性檢查及實驗安全問題。 (5) 以化

2、工生產(chǎn)、 生活實際為命題背景，將本理論、元素化合物等相關(guān)知識與實驗內(nèi)容有機結(jié)合起來。2015 年高考， 將會對常見氣體制備的考查方式轉(zhuǎn)移到制取與性質(zhì)相結(jié)合的綜合考查中；另外， 以化工生產(chǎn)、 生活中的化學問題為背景，考查化學基礎(chǔ)知識應用于實驗中的能力仍是命題的方向。考點圖析基礎(chǔ)知識梳理一、 O2 的制備1實驗室制O2(1) 制備方法用KClO3 和 MnO2或用 KMnO4制取化學方程式： _ ， _ 。用 H2O2 和 MnO2制?。夯瘜W方程式：_ 。(2) 收集方法：用_法或 _法。(3) 驗滿方法： _ ，觀察是否復燃。若用排水法收集O2 時，若 _，證明 O2 已收集滿。2工業(yè)制O2 采

3、用 _法。二、 CO2的制備 1實驗室制CO2(1) 發(fā)生反應的化學方程式為： _ 。(2) 凈化方法：用 _除去 HCl。(3) 收集方法：用 _法收集。(4) 驗滿方法： _，證明 CO2 已收集滿。高溫2工業(yè)制 CO2：高溫煅燒石灰石，化學方程式為： CaCO3=CaO CO2 三、 H2 的制備1實驗室制備H2(1) 化學方程式： _ 。(2) 收集方法： _法或 _法。2工業(yè)制法：電解水、水煤氣法等。四、 Cl 2 的制備1實驗室制Cl 2(1) 發(fā)生反應的化學方程式為： _ 。(2) 凈化方法：用 _除去 HCl，再用 _除去水蒸氣。(3) 收集及驗滿方法：采用 _法或 _法，用濕

4、潤的 _來檢驗。(4) 尾氣處理：多余的Cl 2 排放到空氣中會造成環(huán)境污染，須用_吸收除去。2工業(yè)制 Cl 2 采用電解飽和食鹽水法，化學方程式為： _ 。256五、 NH3 的制備1實驗室制NH3：(1) 發(fā)生反應的化學方程式為：_ 。(2) 除雜：用 _除去混有的水蒸氣。(3) 收集：只能用 _法。(4) 驗滿：用濕潤的 _置于試管口，若試紙 _，說明已收集滿。將蘸有 _的玻璃棒置于試管口，若有_產(chǎn)生，說明已收集滿。(5) 尾氣吸收：用 _吸收多余的 NH3。2工業(yè)制 NH：發(fā)生反應的化學方程式為：_ 。3六、化學實驗方案設計的基本要求1科學性： _準確、實驗操作程序和方法必須正確。2安

5、全性：實驗設計時應盡量避免使用_藥品和進行具有一定危險性的實驗操作。3可行性：實驗設計應條件允許，效果明顯，操作方便。4簡約性：實驗設計應盡可能簡單易行，應采用較_的實驗裝置，用較_的實驗步驟和實驗藥品，并能在較短的時間內(nèi)完成實驗。5經(jīng)濟性：在能達到實驗目的的前提下盡量選用常見的、容易得到的儀器和藥品。七、實驗操作的順序1連接儀器：按氣體發(fā)生_干燥相關(guān)實驗_順序連接好實驗儀器。2檢驗裝置的 _。3裝藥品，進行實驗操作。八、評價化學實驗方案的一般原則一個實驗方案的優(yōu)劣主要以_是否科學合理、_是否簡單可行，另外還要從_和_兩個角度去評價。自主檢查 1下列反應最適用于實驗室制氫氣的是()鋅與稀硫酸反

6、應甲烷熱分解電解稀硫酸熾熱的炭與水蒸氣反應A只有BC D2實驗室制取下列氣體，所用藥品和干燥劑都正確的是()選取的氣體藥品干燥劑A.H2Zn 和稀鹽酸濃 H2SO4B.Cl 2KClO3 和濃鹽酸堿石灰C.HCl固體 NaCl 和稀 H SO堿石灰24D.NHNHCl 和熟石灰P O34253在實驗室進行下列有關(guān)實驗，理論上正確、操作上可行、經(jīng)濟上合理的是()在空氣中點燃CuO，NaOH溶液AgNO3溶液NaOH溶液A CCO CO Na CO B Cu Cu(NO)2 Cu(OH)22332點燃H2SO溶液H ONa CO4223C FeFe O Fe (SO )溶液D CaO Ca(OH)

7、 溶液 NaOH溶液2324324如圖是實驗室常見的氣體制取、干燥和收集裝置。若用過氧化氫和催化劑二氧化錳制取干燥的氧氣，則合理的裝置組合為()ABCD 5某同學擬用如圖裝置分別制取H2 和 NO。而實驗室只有水、濃硫酸、濃硝酸、銅片。257(1) 制取 H2 時，還缺少的固體試劑是_( 填名稱)，反應的離子方程式是_ 。(2) 用儀器 A、B 和膠管組成裝置收集 NO(收集儀器 A已經(jīng)氣密性檢查；除水外不能選用其他試劑 ) 。正確的操作步驟是 _ ?？键c一 常見氣體的制備1氣體制備的思路及操作順序(1) 氣體制備的思路，可從下面幾個方面來歸納：反應原理 氣體發(fā)生裝置 除雜提純 干燥 收集檢驗

8、 尾氣處理(2) 操作順序組裝儀器：自下而上，從左到右，氣體凈化時，先凈氣裝置，后干燥裝置；檢驗裝置的氣密性；裝藥品，進行實驗操作；記錄實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)；拆卸、洗滌儀器：自右而左，從上到下。2常見氣體制備的發(fā)生裝置實驗室制備氣體發(fā)生裝置選擇的依據(jù)是反應物的狀態(tài)及反應條件。反應裝反應裝置圖適用氣體操作注意事項置類型試管要干燥試管口略低于試固、固加O2、 NH3等管底熱型加熱時先均勻加熱再固定加強熱固、液加燒瓶加熱時要墊上石棉網(wǎng)反液、液加Cl、 HCl 等 應物均為液體時， 燒瓶內(nèi)要加碎瓷熱型或2片熱型固、液不使用長頸漏斗時， 要使漏斗下端插入液面以下啟普發(fā)生器只適加熱型222H 、 CO、SO、用

9、于塊狀固體和液體反應， 且氣體或液、液NO、不溶于水不加熱2NO等使用分液漏斗既可以增強氣密型性，又可控制液體流速(1) 啟普發(fā)生器具有隨開隨用、隨關(guān)隨停的特點，實驗室中沒有啟普發(fā)生器時，我們可以設計成如下裝置：(2) 剛開始排出的氣體不能收集，只有當氣體連續(xù)并比較均勻地放出時才能收集，否則收集的氣體中混有空氣?！纠?1】實驗室制備、收集干燥的SO2，所需儀器如下。裝置A產(chǎn)生 SO2，按氣流方向連接各儀器接口， 順序為 a_ f 。裝置 D 的作用是 _，裝置 E 中 NaOH258溶液的作用是 _。變式訓練 1 如圖、是常見的氣體發(fā)生裝置；、是氣體收集裝置；根據(jù)要求回答下列問題。(1) 若用

10、 MnO2 與濃鹽酸反應制取氯氣，應選用裝置 _，用化學方程式表示的制取氯氣的反應原理是 _ 。(2)若用 KMnO4與濃鹽酸反應制取氯氣，應選用裝置_，試完成并配平下列離子的方2程式： _MnO4 _Cl _H =_Mn _Cl 2 _。(3)若選用為氯氣的收集裝置，應該在試管口放置一團棉花，該棉花團應用_溶液浸濕，其作用是_ 。(4) 若選用為氯氣收集裝置，則氯氣應從_口通入，用化學方法檢驗氯氣收集滿了的方法是 _ ?？键c二氣體的收集、凈化與干燥1氣體的收集方法根據(jù)氣體的密度、溶解性、穩(wěn)定性可將氣體收集裝置分為三類：(1) 排水集氣法， 如圖。 難溶或微溶于水且與水不發(fā)生反應的氣體，均可用

11、排水法收集，如 CH4、 C2H2、 O2、H2 等。剛開始排出的氣體不能收集，只有等導氣管口急促而連續(xù)地冒氣泡時，才能收集，否則收集的氣體中混有空氣。(2) 向上排空氣法，如圖。跟空氣不發(fā)生反應且密度比空氣大的氣體，均可用向上排空氣法收集，如 O2、 CO2、Cl 2、 HCl、SO2、 NO2 等。(3) 向下排空氣法，如圖。跟空氣不發(fā)生反應且密度比空氣小的氣體，均可用向下排空氣法收集，如 H2、 NH3 等。2氣體的凈化與干燥(1) 氣體的凈化：根據(jù)雜質(zhì)氣體與所制氣體的性質(zhì)，選擇合適的試劑和裝置，將雜質(zhì)氣體吸收或轉(zhuǎn)化為所需要的氣體，從而達到凈化的目的。(2) 氣體的干燥：常見的干燥裝置以

12、及使用時的限制見下表。液態(tài)干燥劑固態(tài)干燥劑裝置常見干燥劑濃硫酸 ( 酸性、強氧化性 )無水氯化鈣 ( 中性 )堿石灰(堿性)不 可 干 燥 的 堿性氣體 NH3及還原性Cl 2 及酸性氣體 HCl、322氣體2NHH2S、 SO2 、 CO、 NO氣體 HS、 HBr、 HI 等等2593. 尾氣的吸收制取、收集有毒氣體結(jié)束時，應增加尾氣吸收裝置，使化學實驗“綠色”化。如氯氣應用NaOH溶液吸收。常見的尾氣處理裝置見下表。序號(1)(2)(3)裝置適用范一般用于溶解度不一般用于極易溶解于一般用于可燃性氣體的處理圍大的氣體的吸收水的氣體的吸收舉例CO2、 NO2、Cl 2 等用HCl、 NH3等

13、用水吸收CO、 H2 等NaOH溶液吸收【例 2】下列四種氣體( 括號內(nèi)是混有的少量雜質(zhì)) ，其中可用如圖所示裝置進行凈化和干燥的是()A CO2(HCl)B C2H6(C2H4)C CO2(SO2)D NH3(N2)【規(guī)律方法】(1) 除雜和干燥時，雜質(zhì)氣體應能被試劑吸收且不產(chǎn)生另一種雜質(zhì)氣體。(2) 當氣體中含有多種雜質(zhì)時，若采用洗氣裝置，通常是除雜質(zhì)在前，干燥在后，若用加熱裝置除雜時通常是干燥在前，除雜在后。(3) 下列氣體可采用排飽和溶液的方法收集：CO2飽和 NaHCO3溶液SO2飽和NaHSO3溶液H2S飽和 NaHS溶液Cl 2飽和NaCl 溶液(4) 如圖為“萬能”集氣裝置：當

14、瓶口向上A 管進氣時，可收集向上排空氣法收集的氣體。當瓶口向上B 管進氣時，可收集向下排空氣法收集的氣體。當瓶口向上瓶內(nèi)充滿液體且B管進氣，可收集采用排液法收集的氣體。變式訓練2以下集氣裝置中不正確的是()3 制備 CaCO3時，應向CaCl2 溶液中先通入 ( 或先加入 )_( 填化學式 ) 。若實驗過程中有氨氣逸出，應選用下列_裝置回收 ( 填代號 ) 。考點三化學實驗方案的設計與評價2601化學實驗方案設計的思路2實驗設計的步驟明確目的、原理選擇儀器、藥品設計裝置、步驟記錄現(xiàn)象、數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。3化學實驗方案設計的儀器選用及連接順序4實驗操作的順序連接儀器檢查氣密性裝藥品進行實驗。一般

15、順序：氣體發(fā)生除雜質(zhì)干燥相關(guān)實驗尾氣處理。5實驗設計的注意事項(1) 藥品和裝置是部分或剛好給出還是有剩余：若藥品和裝置只部分給出，則應需要作必要的補充，若有剩余，則應進行篩選和淘汰。(2) 題目條件有無特殊要求：如采用最簡單或最合理的實驗步驟，這些要求對我們考慮反應原理，選擇藥品和裝置，確定操作步驟都作了限定，必須高度重視。(3) 實驗過程中的隱蔽性操作：如某些必要的干燥、除雜、冷凝等，這些都是實驗中必不可少的，但容易被忽略。(4) 藥品、儀器的規(guī)格：有些題目要求指出藥品的名稱，這類問題學生最難答準確，如有些藥品的準確描述為：硫酸銅粉末、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和NaHCO3

16、溶液、 NaOH溶液等。此外也應注意某些儀器的規(guī)格。(5) 會畫簡單的實驗裝置圖：一般可用“示意裝置圖”表示。6實驗設計的安全問題常見的安全問題有：防倒吸、防爆炸、防氧化、防吸水、冷凝回流、易揮發(fā)液體產(chǎn)物( 導出時可為蒸氣 ) 的及時冷卻、儀器拆卸的科學性與安全性等。具有特殊作用的實驗裝置的改進問題。例如，為保證分液漏斗中液體順利流出，可用橡皮管連接成連通裝置。7化學實驗方案的評價(1) 從可行性方面對實驗方案做出評價科學性和可行性是設計實驗方案的兩條重要原則，在對實驗方案進行評價時，要分析實驗方案是否科學可行，實驗方案是否遵循化學理論和實驗方法要求，在實際操作時能否做到可控易行，評價時，從以

17、下4 個方面分析：實驗原理是否正確、可行；實驗操作是否安全、合理；實驗步驟是否簡單、方便；實驗效果是否明顯。(2) 從“綠色化學”視角對實驗方案做出評價“綠色化學” 要求設計安全的、 對環(huán)境友好的合成線路， 降低化學工業(yè)生產(chǎn)過程中對人類健康和環(huán)境的危害， 減少廢棄物的產(chǎn)生和排放。 據(jù)此，對化學實驗過程或方案從以下 4 個方面綜合評價：反應原料是否易得、安全、無毒；反應速率是否較快；原料利用率以及合成物的產(chǎn)率是否較高；合成過程中是否造成環(huán)境的污染。(3) 從“安全性”方面對實驗方案做出評價化學實驗從安全角度需考慮的主要因素如下：凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防液體倒吸；進行某些易燃易爆實驗時要防

18、爆炸 ( 如 H2 還原 CuO應先通 H2，氣體點燃先驗純等 ) ；防氧化 ( 如 H2 還原 CuO后要“先滅燈再停氫” ，白磷切割宜在水中等 ) 。(4) 防吸水 ( 如實驗取用、 制取易吸水、潮解、 水解的物質(zhì)時宜采取必要措施，以保證達到實261驗目的 )。(5) 冷凝回流 ( 有些反應中， 為減少易揮發(fā)液體反應物的損耗和充分利用原料，需在反應裝置上加裝冷凝回流裝置，如長玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等) 。(6) 易揮發(fā)液體產(chǎn)物 ( 導出時可為蒸氣 ) 的及時冷卻。(7) 儀器拆卸的科學性與安全性 ( 也從防污染、 防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考慮 ) 。(8) 其他 ( 如實

19、驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等) ?！纠?3】信息時代產(chǎn)生的大量電子垃圾對環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅。某“變廢為寶”學生探究小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含70% Cu、 25% Al 、 4% Fe 及少量 Au、 Pt 等金屬的混合物，并設計出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：請回答下列問題：(1) 第步 Cu 與酸反應的離子方程式_ ；得到濾渣1 的主要成分為 _。(2) 第步加H2O2 的作用是 _ ，使用 H2O2 的優(yōu)點是_ ；調(diào)溶液 pH 的目的是使 _生成沉淀。(3) 用第步所得 CuSO4·5H2O制備無水 CuSO4的方法是 _ 。(4) 由濾渣

20、2 制取 Al 2(SO4) 3·18H2O，探究小組設計了三種方案：H SO蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾24甲：濾渣2 酸浸液Al (SO ) ·18H O2432H2SO4適量 Al 粉蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾乙：濾渣2 酸浸液濾液Al 2(SO4) 3·18H2O過濾NaOH溶液H2SO蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾4丙：濾渣2濾液 溶液Al (SO ) ·18H O過濾2432上述三種方案中 ， _ 方案 不 可行，原 因是_ ；從原子利用率角度考慮，_方案更合理。(5) 探究小組用滴定法測定 CuSO4·5H2O(Mr 250) 含量。取 a g 試

21、樣配成 100 mL 溶液，每次取 20.00 mL ，消除干擾離子后，用 12 2)標準溶液滴定至終點，平均消耗c mol·LEDTA(H YEDTA溶液 b mL。滴定反應如下：Cu2 H2Y2=CuY2 2H寫出計算 CuSO·5H O質(zhì)量分數(shù)的表達式 w _；42下列操作會導致CuSO4·5H2O含量的測定結(jié)果偏高的是_。a未干燥錐形瓶b 滴定終點時滴定管尖嘴中產(chǎn)生氣泡c未除凈可與EDTA的反應的干擾離子變式訓練 4某化學小組為測定一定質(zhì)量的某銅鋁混合物中銅的質(zhì)量分數(shù)，設計了如下實驗方案。足量溶液 A方案：銅鋁混合物測定生成氣體的體積充分反應足量溶液 B方

22、案：銅鋁混合物測定剩余固體的質(zhì)量充分反應下列有關(guān)判斷中不正確的是()A溶液 A 和 B 均可以是鹽酸或NaOH溶液2625某氯堿廠利用廢鐵皮制取凈水劑廢鐵、高溫水B若溶液B 選用濃硝酸，則測得銅的質(zhì)量分數(shù)偏小C溶液 A 和 B 均可選用稀硝酸D實驗室中方案更便于實施5下列實驗方案中合理的是()A鑒別氯化鋁和氯化鎂溶液：分別取少量原溶液滴加過量的氫氧化鈉溶液B除去氯化銨溶液中的氯化鐵：向溶液中滴加適量氫氧化鈉溶液，過濾C除去苯中的溴：轉(zhuǎn)入分液漏斗中，分液D將氯化鋁溶液加熱蒸發(fā)、低溫烘干可得無水氯化鋁固體自我演練1下列反應適用于實驗室制備氧氣的是()高錳酸鉀分解：2KMnO4=K2MnO4MnO2 O2硝酸銨分解：2NH4NO3=4H2O 2N2MnO2O2過氧化氫催化分解：2H2O2=2H2O O2二氧化氮受熱分解：2N