高中化學(xué)專題講座氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集

1、高中化學(xué)專題講座氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集1氣體制備實(shí)驗(yàn)的基本過程(1)氣體制備實(shí)驗(yàn)裝置一般包含以下幾部分(2)氣體制備的一般實(shí)驗(yàn)操作步驟組裝(從下到上，從左到右)；檢驗(yàn)裝置的氣密性；加入藥品；排盡裝置內(nèi)的空氣；驗(yàn)純；反應(yīng)；拆除裝置。2氣體發(fā)生裝置依據(jù)制備氣體所需的反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)條件，可將制備氣體的發(fā)生裝置分為三類：(1)固體固體氣體發(fā)生裝置：制備氣體：O2、NH3、CH4等注意事項(xiàng)：試管口應(yīng)稍向下傾斜，以防止產(chǎn)生的水蒸氣在試管口冷凝后倒流，而使試管炸裂。鐵夾應(yīng)夾在距試管口1/3處。固體藥品應(yīng)平鋪在試管底部。膠塞上的導(dǎo)管伸入試管內(nèi)不能過長，否則會(huì)影響氣體導(dǎo)出。如用排水集氣法收集氣體，當(dāng)停止

2、制氣時(shí)，應(yīng)先從水槽中把導(dǎo)管撤出，然后再撤走酒精燈，防止水倒吸。(2)固體液體或液體液體氣體發(fā)生裝置： (a) (b) (c)制備氣體：Cl2、C2H4等注意事項(xiàng)：燒瓶應(yīng)固定在鐵架臺(tái)上。先把固體藥品放入燒瓶中，再緩緩加入液體。分液漏斗應(yīng)蓋上蓋，注意蓋上的凹槽對(duì)準(zhǔn)分液漏斗頸部的小孔。對(duì)燒瓶加熱時(shí)要墊上石棉網(wǎng)。液體液體氣體時(shí)要加沸石，防止暴沸，如用(b)裝置制取乙烯時(shí)需加碎瓷片。(c)裝置中導(dǎo)管的作用是平衡氣壓，便于分液漏斗中的液體順利滴下。(3)固體液體(不加熱)氣體發(fā)生裝置：制備氣體：H2、CO2、NO2、SO2、NO等注意事項(xiàng)：塊狀固體與液體的混合物在常溫下反應(yīng)制備氣體，可用啟普發(fā)生器制備，當(dāng)

3、制取氣體的量不多時(shí)，也可采用簡易裝置。簡易裝置中長頸漏斗的下口應(yīng)伸入液面以下，否則起不到液封作用而無法使用。加入塊狀固體藥品的大小要適宜。加入液體的量要適當(dāng)。最初使用時(shí)應(yīng)待容器內(nèi)原有的空氣排凈后，再收集氣體。在導(dǎo)管口點(diǎn)燃?xì)錃饣蚱渌扇夹詺怏w時(shí)，必須先檢驗(yàn)純度?！纠?】(1)如圖是實(shí)驗(yàn)室制取某些氣體的裝置。該制氣裝置在加入反應(yīng)物前，應(yīng)事先進(jìn)行的操作是_。若用該裝置制取O2，反應(yīng)物除了可選擇二氧化錳和_(填試劑名稱)，還能選擇_(填物質(zhì)的化學(xué)式)和水。利用該裝置還可制取_(選填下列字母序號(hào))等氣體。aH2 bCO2 cNH3 dSO2(2)此裝置中加入漂白粉和濃鹽酸也可以制取Cl2。寫出該反應(yīng)的離

4、子方程式：_。若使用在空氣中放置的漂白粉和濃鹽酸發(fā)生反應(yīng)，則制取的Cl2中可能含有的雜質(zhì)為_。解析(1)制備氣體的裝置在加入反應(yīng)物之前均應(yīng)先檢查裝置的氣密性。該裝置所制氣體應(yīng)滿足固體和液體不需加熱制備氣體。符合此條件的制備氧氣的反應(yīng)可為H2O2在MnO2作催化劑時(shí)分解，或Na2O2與H2O反應(yīng)。該裝置可制備的氣體有H2、CO2、O2、NH3等。(2)ClO、Cl在酸性條件下可發(fā)生歸中反應(yīng)生成Cl2。漂白粉在空氣中放置會(huì)部分變?yōu)镃aCO3，濃鹽酸有很強(qiáng)的揮發(fā)性，因而制取的Cl2中常含有HCl、CO2和H2O。答案(1)檢查裝置氣密性雙氧水(或過氧化氫)Na2O2abcd(2)ClOCl2H=Cl

5、2H2OHCl、CO2、H2O3氣體的除雜方法除雜試劑選擇的依據(jù)：主體氣體和雜質(zhì)氣體性質(zhì)上的差異，如溶解性、酸堿性、氧化性、還原性、可燃性。除雜原則：(1)不損失主體氣體；(2)不引入新的雜質(zhì)氣體；(3)在密閉裝置內(nèi)進(jìn)行；(4)先除易除的氣體。一般可從以下幾個(gè)方面考慮：易溶于水的雜質(zhì)可用水吸收；酸性雜質(zhì)可用堿性物質(zhì)吸收；堿性雜質(zhì)可用酸性物質(zhì)吸收；水分可用干燥劑吸收；能與雜質(zhì)反應(yīng)生成沉淀或可溶性的物質(zhì)，也可用作吸收劑。【例2】為下列各組氣體選擇合適的除雜試劑(括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì)氣體)(1)含有HCl雜質(zhì)的氣體CO2(HCl)：_；SO2(HCl)：_；Cl2(HCl)：_。(2)中性氣體中含有酸性雜質(zhì)

6、氣體O2(Cl2)：_；CO(CO2)：_；NO(NO2)：_。(3)酸性氣體中含有其他酸性雜質(zhì)氣體CO2(SO2)：_。(4)含有O2雜質(zhì)的氣體CO2(O2)：_；N2(O2)：_。(5)HCl(Cl2)：_。答案(1)飽和NaHCO3溶液飽和NaHSO3溶液飽和食鹽水(2)NaOH溶液NaOH溶液H2O(3)飽和NaHCO3溶液或酸性高錳酸鉀溶液(4)灼熱Cu灼熱Cu(5)CCl44氣體凈化與干燥的先后順序(1)若采用溶液除雜，應(yīng)該是除雜在前，干燥在后。其原因是：氣體除雜過程中會(huì)從溶液中帶入水蒸氣，干燥劑可除去水蒸氣。如實(shí)驗(yàn)室中利用大理石與稀鹽酸反應(yīng)制備CO2，欲制得干燥、純凈的CO2，可

7、先將產(chǎn)生的氣體通過飽和NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl氣體，再通過濃硫酸除去水蒸氣。(2)若采用加熱除雜，則一般是干燥在前。如N2中混有O2、CO2、H2O(g)，可先將混合氣體通過堿石灰，除去CO2和H2O(g)，再將從干燥管中導(dǎo)出的氣體通過裝有灼熱銅網(wǎng)的硬質(zhì)玻璃管，除去O2，即可得到干燥、純凈的N2。若將混合氣體先通過灼熱的銅網(wǎng)，因氣體中混有水蒸氣，易使硬質(zhì)玻璃管炸裂?！纠?】為制備干燥、純凈的CO2，將大理石和鹽酸反應(yīng)生成的氣體先后通過裝有下列物質(zhì)的兩個(gè)吸收裝置，兩個(gè)裝置中應(yīng)依次裝入()飽和NaHCO3溶液；無水CaCl2固體飽和NaHCO3溶液；濃硫酸濃硫酸；飽和NaHCO3溶液

8、飽和Na2CO3溶液；稀硫酸A B C D解析用大理石和鹽酸反應(yīng)制得的CO2中，含有少量HCl，可用飽和NaHCO3溶液除去；干燥CO2可用濃硫酸或無水CaCl2固體作干燥劑。注意：應(yīng)先凈化，后干燥。答案A5氣體的干燥(1)選用干燥劑應(yīng)根據(jù)氣體的性質(zhì)和干燥劑的性質(zhì)而定，其原則是干燥劑只能吸收氣體中的水分，而不能與氣體發(fā)生反應(yīng)。酸性干燥劑，如濃H2SO4、P2O5、硅膠等。一般用來干燥酸性或中性氣體，而不能用來干燥堿性氣體。思考：下列氣體中不能被濃H2SO4干燥的是哪些？為什么？NH3、H2、CO、H2S、SO2、Cl2、CO2答案NH3因?yàn)轱@堿性而不能被濃H2SO4干燥，H2S因?yàn)橛袕?qiáng)還原性而

9、不能被濃H2SO4干燥。堿性干燥劑，如生石灰、固體NaOH、堿石灰等。堿性干燥劑不能干燥酸性氣體，如堿石灰不能干燥Cl2、CO2、HCl等。中性干燥劑，如無水CaCl2。無水CaCl2呈中性，對(duì)各類氣體一般均可干燥，但NH3能與其發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而不能使用，其反應(yīng)方程式為CaCl28NH3=CaCl2·8NH3。(2)氣體干燥凈化裝置類型液態(tài)干燥劑固態(tài)干燥劑固態(tài)干燥劑固體，加熱裝置常見干燥劑濃H2SO4(酸性、強(qiáng)氧化性)無水氯化鈣(中性)堿石灰(堿性)除雜試劑Cu、CuO、Mg當(dāng)CO2中混有O2雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)選用上述中的裝置除O2，除雜試劑是Cu粉或Mg粉。6氣體的收集收集方法收集氣體的類型

10、收集裝置可收集的氣體(舉例)排水法難溶于水或微溶于水，又不與水反應(yīng)的氣體O2、H2、Cl2(飽和NaCl溶液)、NO、CO2(飽和NaHCO3溶液)、CO排空氣法向上排空氣法密度大于空氣Cl2、SO2、NO2、CO2向下排空氣法密度小于空氣H2、NH37. 尾氣的吸收(1)用水吸收的是HCl、NH3(注意防倒吸)。(2)用燒堿溶液吸收的是Cl2、SO2、NO2、H2S等。(3)用燃燒的酒精燈點(diǎn)燃可除去的是CO。題組一氣體制備裝置的選擇1如圖是實(shí)驗(yàn)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()A BC D答案C解析用H2O2制O2的反應(yīng)原理為

11、2H2O22H2OO2，由反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件可選作為制取裝置。干燥O2可選用和裝置，要收集干燥的O2只能用裝置，故合理的裝置組合為或。2下表是實(shí)驗(yàn)室制備氣體的有關(guān)內(nèi)容：編號(hào)氣體名稱實(shí)驗(yàn)原理氣體發(fā)生裝置氧氣H2O2O2氨氣NH4ClNH3氯氣HClCl2(1)上述氣體中，從制備過程看，必須選擇合適的氧化劑才能實(shí)現(xiàn)的是_(填氣體的化學(xué)式，下同)。(2)根據(jù)表中所列實(shí)驗(yàn)原理，從下列裝置中選擇合適的氣體發(fā)生裝置，將其編號(hào)填入上表中的空格內(nèi)。(3)若用上述制備O2的裝置制備NH3，則選擇的試劑為_。答案(1)Cl2(2)DBA或D(3)濃氨水、生石灰(或堿石灰，NaOH固體)題組二氣體制備中藥品的選

12、擇與評(píng)價(jià)3(2013·安徽理綜，8)實(shí)驗(yàn)室中某些氣體的制取、收集及尾氣處理裝置如圖所示(省略夾持和凈化裝置)。僅用此裝置和表中提供的物質(zhì)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，最合理的選項(xiàng)是()選項(xiàng)a中的物質(zhì)b中的物質(zhì)c中收集的氣體d中的物質(zhì)A濃氨水CaONH3H2OB濃硫酸Na2SO3SO2NaOH溶液C稀硝酸CuNO2H2OD濃鹽酸MnO2Cl2NaOH溶液答案B解析由題給裝置可知，本裝置可以用于固體和液體不加熱型、收集方法為向上排空氣法、防倒吸型尾氣處理方式的氣體的制取。A項(xiàng)，NH3的密度比空氣的小，收集用向下排空氣法，不符合；C項(xiàng)，銅和稀硝酸反應(yīng)不能產(chǎn)生NO2，且NO2的吸收不能用水，可以用NaOH溶

13、液；D項(xiàng)，用濃鹽酸與MnO2反應(yīng)制Cl2需要加熱，本裝置不能滿足。4(2011·大綱全國卷，29)請(qǐng)回答下列實(shí)驗(yàn)室中制取氣體的有關(guān)問題。(1)下圖是用KMnO4與濃鹽酸反應(yīng)制取適量氯氣的簡易裝置。裝置B、C、D的作用分別是：B_；C_；D_。(2)在實(shí)驗(yàn)室欲制取適量NO氣體。下圖中最適合完成該實(shí)驗(yàn)的簡易裝置是_(填序號(hào))；根據(jù)所選的裝置完成下表(不需要的可不填)：應(yīng)加入的物質(zhì)所起的作用ABCD簡單描述應(yīng)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象_。答案(1)向上排空氣收集氯氣安全瓶作用，防止D中的液體倒吸進(jìn)入集氣管B中吸收尾氣，防止氯氣擴(kuò)散到空氣中污染環(huán)境(2)應(yīng)加入的物質(zhì)所起的作用A銅屑和稀硝酸制取NO氣體

14、B水排水收集NO氣體C主要是接收B中排出的水D反應(yīng)開始時(shí)，A中銅屑表面出現(xiàn)無色小氣泡，反應(yīng)速率逐漸加快；A管上部空間由無色逐漸變?yōu)闇\紅棕色，隨著反應(yīng)的進(jìn)行又逐漸變?yōu)闊o色；A中的液體由無色變?yōu)闇\藍(lán)色；B中的水面逐漸下降，B管中的水逐漸流入燒杯C中解析(1)KMnO4與濃鹽酸發(fā)生反應(yīng)：2KMnO416HCl(濃)=2KCl2MnCl25Cl28H2O。裝置B采用向上排空氣法收集Cl2，裝置C起安全瓶作用，防止D中的液體倒吸進(jìn)入B中。Cl2具有毒性，裝置D中NaOH溶液用于吸收多余的Cl2，防止污染環(huán)境。(2)實(shí)驗(yàn)室制取NO氣體通常用銅與稀硝酸反應(yīng)：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4

15、H2O。由于NO易與空氣中的O2反應(yīng)生成NO2，不宜用排空氣法收集NO氣體，應(yīng)用排水法收集NO，故裝置和錯(cuò)誤。裝置和比較，更簡單，A中Cu與稀硝酸反應(yīng)生成NO氣體，B中盛滿水，用排水法收集NO。題組三氣體制備裝置的連接5某課外活動(dòng)小組用圖中的儀器和藥品組裝一套實(shí)驗(yàn)裝置制取干燥的CO，用CO還原Fe2O3粉末制取還原鐵粉。(制取CO的原理為H2C2O4CO2COH2O)序號(hào)儀器及藥品序號(hào)儀器及藥品ABCDE(1)如果所制氣體流向?yàn)閺淖笙蛴視r(shí)，上述組裝的實(shí)驗(yàn)裝置從左向右的連接順序(填儀器序號(hào))是_。(2)正確的操作第一步應(yīng)是_；最后一步應(yīng)是熄滅_處的酒精燈。(3)裝置B的作用是_；裝置E的作用是_

16、。答案(1)AECDB(2)連接好裝置并檢查裝置的氣密性A(3)檢驗(yàn)D中生成的CO2除去CO中的CO2解析(1)先通過裝置A制備CO，但其中含有CO2雜質(zhì)，可用裝置E中的NaOH溶液除去，然后用濃硫酸除去CO中的水蒸氣，干燥純凈的CO在裝置D中還原氧化鐵，最后用裝置B中的澄清石灰水檢驗(yàn)D中生成的CO2。(2)氣體制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中必須檢查裝置的氣密性。對(duì)于A、D兩處的酒精燈，應(yīng)最后撤掉A處的酒精燈，防止還原出的Fe再被氧化，并防止出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象。(3)裝置B中盛裝澄清石灰水，用來檢驗(yàn)D中生成的CO2氣體；裝置E中盛裝的NaOH溶液用來除去CO中的CO2。6(2011·重慶理綜，27)固態(tài)

17、化合物A由兩種短周期元素組成，可與水發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)。甲組同學(xué)用下圖裝置(夾持裝置略)對(duì)其進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。(1)儀器B的名稱是_。(2)實(shí)驗(yàn)中，中的試紙變藍(lán)，中黑色粉末逐漸變?yōu)榧t色并有M生成，則中的試劑為_；中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_；V中的試劑為_。(3)乙組同學(xué)進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)，但裝置連接順序?yàn)?，此時(shí) 中現(xiàn)象為_，原因是_。(4)經(jīng)上述反應(yīng)，2.5 g化合物A理論上可得0.56 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)M；則A的化學(xué)式為_。答案(1)分液漏斗(2)堿石灰3CuO2NH3,3CuN23H2O濃H2SO4(3)紅色石蕊試紙變藍(lán)CuO與氨氣反應(yīng)生成的水和未反應(yīng)的氨氣生成氨水，使紅色石蕊試紙變藍(lán)(4)Mg3N2解析(1)儀器B是分液漏斗。(2)使紅色石蕊試紙變藍(lán)色的氣體在中學(xué)中所學(xué)過