第十章　第3講　常見氣體的制備-2025年高中化學高考備考

第十章化學實驗基礎第3講常見氣體的制備課標要求核心考點五年考情核心素養(yǎng)對接能根據(jù)反應原理選取實驗裝置制取物質常見氣體的制備2023全國乙，T9；2023年6月浙江，T5；2022湖南，T15；2022廣東，T5；2021全國乙，T8；2021廣東，T17；2021天津，T15；2021遼寧，T18；2020全國Ⅱ，T26；2020全國Ⅲ，T26；2020海南，T4；2020江蘇，T5；2019海南，T17；2019北京，T281.科學探究與創(chuàng)新意識：根據(jù)原料確定反應原理，同時考慮環(huán)保、節(jié)約等因素，找出最佳制備途徑。2.證據(jù)推理與模型認知：通過物質制備及性質驗證實驗的分析，明確性質驗證實驗的思路，并進行物質制備及性質驗證實驗命題分析預測1.高考選擇題中常結合氣體除雜或收集、物質性質探究等考查氣體制備實驗裝置的選擇、除雜試劑及裝置的選擇、收集裝置的選擇等。綜合實驗題中常結合物質制備考查氣體制備實驗原理、氣體凈化、尾氣處理等，也會以文字敘述的形式考查儀器作用、實驗方案評價等。2.預計2025年高考仍會在選擇題中考查常見氣體制備、氣體凈化等的裝置選擇。綜合實驗題中會結合氣體的制備考查氣體制備原理、性質探究等考點常見氣體的制備1.常見氣體的發(fā)生裝置“固＋固”加熱型“固＋液”不加熱型或“液＋液”不加熱型“固＋液”加熱型或“液＋液”加熱型啟普發(fā)生器示例1（1）①用氯化銨與消石灰制取氨氣，化學方程式為[1]2NH4Cl＋Ca（OH）2△CaCl2＋2NH3↑＋2H2選用裝置[2]A（填標號，下同）。②用濃氨水與堿石灰制取氨氣，選用裝置[3]B或C。（2）①用碳酸鈉與稀硫酸制取二氧化碳，選用裝置[4]B或C。②用石灰石與稀鹽酸制取二氧化碳，選用裝置[5]B或C或D或H。（3）①用濃鹽酸與二氧化錳制取氯氣，化學方程式為[6]MnO2＋4HCl（濃）△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，選用裝置[7]F或G②用漂白粉與濃鹽酸制取少量氯氣，化學方程式為[8]Ca（ClO）2＋4HCl（濃）CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O，選用裝置[9]B或C（4）用銅與濃硝酸制取二氧化氮，選用裝置[10]B或C或D。（5）實驗室制取乙烯，選用裝置[11]E。（6）裝置D還能制取的氣體有[12]H2、H2S（合理即可）（任寫兩種）。（7）實驗室用過氧化氫溶液與二氧化錳制取氧氣，選用裝置[13]B或C。（8）實驗室制備乙炔的實驗原理為[14]CaC2＋2H2O+Ca（OH）2，[15]不能（填“能”或“不能”）選用裝置D，原因為[16]CaC2為粉末狀固體且該反應劇烈、放出大量熱。2.氣體的凈化（1）凈化原則：不減少被凈化氣體的量，不引入新的雜質，操作簡便，易于分離。（2）氣體凈化裝置與方法①易溶于水或能與水反應不生成其他氣體的雜質用水吸收。②酸性雜質用堿性吸收劑吸收，堿性雜質用酸性吸收劑吸收。③還原性雜質，可用氧化性較強的物質吸收；氧化性雜質，可用還原性較強的物質吸收。④選用能與氣體中的雜質反應生成難溶性物質或可溶性物質的試劑作吸收劑除去雜質。示例2氣體（括號內為雜質）除雜試劑選擇裝置H2（HCl）水[17]a（填標號，下同）N2（NH3）水[18]aNO（NO2）水[19]aCO（CO2）NaOH溶液[20]a堿石灰[21]b或c或dCO2（CO）灼熱的CuO[22]eO2（H2S）硫酸銅溶液[23]a注意（1）一般情況下，用液體作除雜試劑，則先除雜后干燥；（2）若采用加熱法除去雜質，則先干燥后除雜。3.氣體的收集確定氣體收集方法時要考慮氣體的密度、溶解性、穩(wěn)定性。收集方法排水法向上排空氣法向下排空氣法收集原理收集的氣體不與水反應且難溶于水收集的氣體密度比空氣大，且與空氣密度相差較大；不與空氣中的成分反應收集的氣體密度比空氣小，且與空氣密度相差較大；不與空氣中的成分反應收集裝置示例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氣體有[24]H2、O2、CH4、NO；能用向上排空氣法收集的氣體有[25]SO2、O2、Cl2、CO2、NO2；能用向下排空氣法收集的氣體有[26]H2、CH4、NH3；可用排[27]飽和食鹽水法收集Cl2。4.尾氣處理a裝置用于吸收或溶解反應速率不是很快的氣體，如用NaOH溶液吸收Cl2、CO2等。b裝置用于收集不溶于水、酸溶液或堿溶液的氣體，如CO、NO等。c、d裝置用于吸收極易溶解且溶解很快的氣體，如HCl、HBr、NH3等；其中d裝置吸收量較少。e裝置用于處理難以吸收的可燃性氣體，如H2、CO等。f裝置也有防倒吸作用，一般試劑X為水層，試劑Y為有機層（如CCl4），可以吸收極易溶于試劑X或易與試劑X反應，但不溶于試劑Y且不與試劑Y反應的氣體。如若試劑X為水，試劑Y為四氯化碳，可用于吸收氨氣。g裝置干燥管內若盛放堿石灰（或NaOH）等堿性固體物質作為吸收劑，可用于吸收Cl2、HCl、HBr、H2S、SO2等酸性氣體。示例4[28]用c裝置進行尾氣吸收，判斷下列說法正誤。（1）用碳酸鈉溶液吸收苯和溴在FeBr3作用下反應產生的溴化氫。（√）（2）用氫氧化鈉溶液吸收工業(yè)廢氣中的NO2。（√）（3）用飽和NaHSO3溶液吸收SO2尾氣。（?）（4）用水吸收NH4Cl和Ca（OH）2反應制備NH3的尾氣。（√）5.常見氣體典型制備系統(tǒng)舉例（1）Cl2的實驗室制備（2）SO2的實驗室制備（3）NH3的實驗室制備命題點1氣體的制備、收集裝置的選擇1.[2021全國乙]在實驗室采用如圖裝置制備氣體，合理的是（C）化學試劑制備的氣體ACa（OH）2＋NH4ClNH3BMnO2＋HCl（濃）Cl2CMnO2＋KClO3O2DNaCl＋H2SO4（濃）HCl解析由題給裝置可知，固體加熱，排除B、D項；采用向上排空氣法收集氣體，NH3的密度比空氣小，排除A項。命題拓展（1）不能（填“能”或“不能”）用加熱氯化銨固體的方法制備NH3，原因為NH4Cl受熱分解生成NH3和HCl，但試管口溫度較低，NH3和HCl在試管口會重新生成NH4Cl。（2）不能（填“能”或“不能”）用向硫化鈉固體滴加濃硫酸的方法制備H2S，原因為濃硫酸具有強氧化性，能和Na2S發(fā)生氧化還原反應生成S和SO2，不能生成H2S氣體。2.[2021北京]實驗室制備下列氣體所選試劑、制備裝置及收集方法均正確的是（B）氣體試劑制備裝置收集方法AO2KMnO4adBH2Zn＋稀H2SO4beCNOCu＋稀HNO3bcDCO2石灰石＋稀H2SO4bc解析O2的密度比空氣稍大且難溶于水，通常用排水法收集，A項錯誤。實驗室中用Zn和稀硫酸反應制備H2，并用排水法收集H2，B項正確。NO易被空氣中的O2氧化，通常采用排水法收集，C項錯誤。稀硫酸與CaCO3反應制取CO2時，CaCO3表面會附著CaSO4而阻止反應的進行，實驗室通常用石灰石和稀鹽酸制備CO2，D項錯誤。命題點2氣體的凈化3.能用如圖所示（圖中夾持裝置、氣體收集裝置等均已略去；必要時可以加熱）裝置及相關試劑制取干燥、純凈氣體的是（D）選項ABCD氣體CO2Cl2NH3NOa鹽酸濃鹽酸飽和NH4Cl溶液稀硝酸bCaCO3MnO2消石灰銅屑c飽和Na2CO3溶液NaOH溶液H2OH2Od濃硫酸濃硫酸固體NaOH濃硫酸解析鹽酸和CaCO3反應可制取二氧化碳，但碳酸鈉溶液能與CO2反應生成碳酸氫鈉，即不能用飽和碳酸鈉溶液除去CO2中的HCl氣體，A不符合題意；濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下反應可制取氯氣，但氯氣和氫氧化鈉溶液反應而導致收集不到氯氣，B不符合題意；消石灰與飽和氯化銨溶液在加熱條件下反應可以制備氨氣，氨氣易溶于水，所以不能用水洗氣，C不符合題意；稀硝酸與銅反應生成NO，且NO不溶于水也不與濃硫酸反應，D符合題意。技巧點撥常見干燥劑的選擇及裝置歸納液態(tài)干燥劑固態(tài)干燥劑裝置洗氣瓶干燥管或U形管常見干燥劑濃硫酸無水氯化鈣堿石灰可干燥的氣體H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、N2H2、O2、N2、Cl2、SO2、CO2、CH4、H2S、HCl、HBr、HIN2、H2、O2、CH4、CO、NH3不可干燥的氣體NH3、H2S、HBr、HINH3Cl2、HCl、H2S、SO2、CO2、NO2命題點3有害氣體的尾氣處理4.下列有關敘述錯誤的是（A）ABCD可用作少量HCl尾氣的吸收裝置可用作少量氨氣尾氣的吸收裝置關閉止水夾K，從a處加水可檢驗裝置氣密性可用作少量SO2尾氣的吸收裝置解析HCl易溶于水，上層為水，下層為CCl4時才能起到吸收尾氣且防倒吸的作用，A錯誤。氨氣極易溶于水，雙球U形管可阻止水倒吸入反應容器中，B正確。關閉止水夾K，從a處加水，若裝置氣密性良好，則U形管左右兩側存在液面差，且一段時間內不改變，C正確。SO2與NaOH的反應速率不是很快，可以不考慮倒吸，D正確。[氣體的凈化][全國Ⅰ高考]實驗室用H2還原WO3制備金屬W的裝置如圖所示（Zn粒中往往含有硫等雜質，焦性沒食子酸溶液用于吸收少量氧氣）。下列說法正確的是（B）A.①、②、③中依次盛裝KMnO4溶液、濃H2SO4、焦性沒食子酸溶液B.管式爐加熱前，用試管在④處收集氣體并點燃，通過聲音判斷氣體純度C.結束反應時，先關閉活塞K，再停止加熱D.裝置Q（啟普發(fā)生器）也可用于二氧化錳與濃鹽酸反應制備氯氣解析裝置Q是啟普發(fā)生器，是氫氣的發(fā)生裝置，裝置排列順序是氫氣發(fā)生裝置→安全瓶→除去HCl、O2裝置→除去H2S裝置→干燥氫氣裝置→氫氣還原氧化鎢裝置→尾氣處理裝置。Zn＋2HClZnCl2＋H2↑、ZnS＋2HClZnCl2＋H2S↑，用裝置Q制得的氫氣中含有H2S、O2、HCl、H2O等雜質，由于酸性KMnO4溶液可氧化氯化氫生成氯氣，所以，應先用焦性沒食子酸溶液吸收氧氣，同時除去氯化氫（易溶于水），再用酸性KMnO4溶液吸收硫化氫，最后用濃硫酸干燥，試劑盛放順序依次為焦性沒食子酸溶液、酸性KMnO4溶液、濃硫酸，A項錯誤。加熱WO3之前，要確保排盡裝置內的空氣，因為H2在空氣中的濃度達到一定范圍時，加熱易發(fā)生爆炸，通過檢驗氫氣的純度判斷空氣是否排盡，B項正確。類似氫氣還原氧化銅，實驗完畢后，先停止加熱，再繼續(xù)通入氫氣一段時間，C項錯誤。裝置Q不能加熱，適合塊狀固體與液體在常溫下反應，而實驗室用二氧化錳與濃鹽酸反應制氯氣需要加熱，且二氧化錳是粉末狀固體，故裝置Q不能用于MnO2與濃鹽酸反應制備氯氣，1.[2024武漢調研]18世紀70年代，瑞典化學家舍勒利用軟錳礦與濃鹽酸制得了氯氣。某化學興趣小組利用以下裝置模擬舍勒制備氯氣，能達到預期目的的是（D） A.發(fā)生裝置 B.干燥裝置 C.收集裝置 D.尾氣處理裝置解析用MnO2和濃鹽酸制備氯氣需要加熱，A項錯誤；氯氣能與堿石灰反應，B項錯誤；氯氣的密度比空氣大，用向上排空氣法收集，氣體應從長管進、短管出，C項錯誤；氯氣有毒，能與NaOH溶液反應，可用NaOH溶液處理尾氣，D項正確。2.[2024廣州模擬等組合]下列裝置能達到目的的是（C） A.吸收尾氣NH3，可防倒吸 B.吸收CO C.吸收尾氣HCl D.收集NO2氣體解析NH3易溶于水，但裝置中的煤油不能起到防止倒吸的作用，所以該裝置不可用于吸收尾氣NH3，A不符合題意。一氧化碳是無色、無味、有毒氣體，難溶于水，且不是酸性氧化物，不可用氫氧化鈉溶液吸收，B不符合題意。HCl易溶于水，尾氣吸收時用安全瓶可防倒吸，C符合題意。NO2易與水反應生成HNO3和NO，所以該裝置不可用于收集NO2氣體，D不符合題意。3.[2024南京模擬等組合]下列實驗方案最合理的是（A） A.制備乙烯 B.制備氨氣 C.制備并收集SO2氣體 D.制備氧氣解析A項，乙醇和濃硫酸混合加熱至170℃發(fā)生消去反應生成乙烯和水，需使用溫度計測量混合溶液的溫度，溫度計水銀球應在液面以下，正確；B項，實驗室用氯化銨固體和氫氧化鈣固體在加熱的條件下反應制備氨氣，直接加熱氯化銨固體生成氨氣和氯化氫，但生成的氨氣和氯化氫在試管口反應重新生成氯化銨，無法制備氨氣，錯誤；C項，Cu和濃硫酸反應需要加熱，且SO2能與水反應，不能用排水法收集，錯誤；D項，Na2O2為粉末狀固體，不能用啟普發(fā)生器的簡易裝置制取氧氣，錯誤。4.[2024黑龍江齊齊哈爾模擬改編]檢驗炭與濃硫酸反應產生氣體的裝置和所加藥品如圖所示，下列敘述不正確的是（C）A.a中品紅溶液褪色，說明混合氣體中有SO2B.b中酸性KMnO4溶液的作用是除去SO2C.b中發(fā)生反應的離子方程式為5SO2＋4H＋＋2MnO4－5SO42－＋D.c中品紅溶液不褪色，d中Ca（OH）2溶液變渾濁，說明混合氣體中存在CO2解析檢驗炭與濃硫酸反應產生的氣體，即檢驗SO2與CO2是否存在，二者均能使澄清石灰水變渾濁，故先檢驗并除去SO2，再檢驗CO2。SO2能使品紅溶液褪色而CO2不能，若a中品紅溶液褪色，說明混合氣體中有SO2，A正確。b中酸性KMnO4溶液的作用是除去SO2，防止對后續(xù)CO2的檢驗產生干擾，b中發(fā)生反應的離子方程式為5SO2＋2H2O＋2MnO4－5SO42－＋4H＋＋2Mn2＋，B正確，C錯誤。c中品紅溶液不褪色，證明SO2已被除盡，此時d中Ca（OH）5.[2024山東部分學校聯(lián)考]利用下列試劑和如圖所示裝置制備氣體并除去其中的非水雜質，能達到目的的是（必要時可加熱，加熱及夾持裝置已略去）（C）選項氣體試劑Ⅰ試劑Ⅱ試劑ⅢACl2濃鹽酸MnO2NaOH溶液BSO2濃硝酸Na2SO3飽和NaHSO3溶液CCO2稀鹽酸CaCO3飽和NaHCO3溶液DC2H4濃硫酸C2H5OHKMnO4酸性溶液解析實驗室利用二氧化錳和濃鹽酸加熱反應制取氯氣，制取的氯氣中含有HCl和水蒸氣，除HCl應選用飽和食鹽水，不能用NaOH，因為氯氣也能與NaOH反應，A項不能達到實驗目的；濃硝酸具有強氧化性，能將Na2SO3氧化為Na2SO4，得不到SO2氣體，B項不能達到實驗目的；實驗室用稀鹽酸和CaCO3制備CO2，制得的CO2中含有HCl和H2O，CO2不與飽和NaHCO3溶液反應，而HCl與飽和NaHCO3溶液反應生成CO2，C項能達到實驗目的；實驗室將濃硫酸和無水乙醇的混合液迅速加熱到170℃制備乙烯，制得的乙烯中含有SO2、CO2和乙醇蒸氣等雜質，乙烯、乙醇和二氧化硫都能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，因此除雜時應選用NaOH溶液，D項不能達到實驗目的。6.[2023哈爾濱監(jiān)測]侯德榜是我國近代化學工業(yè)的奠基人之一，他將氨堿法和合成氨工藝聯(lián)合起來，創(chuàng)立了“聯(lián)合制堿法”。氨堿法中涉及的反應有反應Ⅰ：NaCl＋CO2＋NH3＋H2ONaHCO3↓＋NH4反應Ⅱ：2NaHCO3△Na2CO3＋CO2↑＋下列制取少量Na2CO3的實驗原理和裝置能達到實驗目的的是（C） A.制取CO2 B.除去CO2中的HCl C.制取NaHCO3 D.制取Na2CO3解析稀鹽酸和大理石反應生成二氧化碳氣體，可用于制取CO2，但長頸漏斗下端在液面以上，沒有形成液封，A不符合題意。除去CO2中的HCl，可以把混合氣體通入飽和碳酸氫鈉溶液中，但氣體應長導管進，短導管出，B不符合題意。向溶有足量氨氣的飽和食鹽水中通入二氧化碳，在冷水浴下發(fā)生反應，生成碳酸氫鈉晶體和氯化銨，可以制備碳酸氫鈉，C符合題意。碳酸氫鈉固體受熱分解生成碳酸鈉、CO2和水，題給裝置中生成的水會倒流，試管口應略向下傾斜，D不符合題意。7.[2023蘇錫常鎮(zhèn)四市調研]實驗小組利用如圖所示裝置（加熱及夾持裝置已省略）制備氯酸鈉。下列實驗裝置和操作不能達到實驗目的的是（A）A.用裝置甲制備氯氣B.用裝置乙處理余氯C.用裝置丙除去氯化氫D.用裝置戊檢驗氯氣解析A項，MnO2和濃鹽酸在加熱條件下反應生成Cl2，實驗中用的稀鹽酸，不能達到實驗目的；B項，關閉丙中的止水夾，打開乙中的止水夾，甲中剩余的Cl2可由乙中NaOH溶液吸收處理，能達到實驗目的；C項，HCl極易溶于水，而Cl2在飽和食鹽水中的溶解度較小，能達到實驗目的；D項，Cl2可將KI氧化成I2，淀粉遇I2變藍，故可以檢驗Cl2，能達到實驗目的。8.NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑，也常用于日常漂白織物等，實驗室制備NaClO2的裝置如圖所示，其中C內生成ClO2。下列說法錯誤的是（A）A.為快速制取SO2，可用質量分數(shù)為98％的濃硫酸代替質量分數(shù)為75％的硫酸溶液B.C中豎直玻璃管的作用是平衡系統(tǒng)的壓強C.E的作用是防止倒吸，F(xiàn)中的試劑不能用澄清石灰水代替D.H2O2是制備NaClO2的還原劑，其中氧化劑與還原劑的物質的量之比為2∶1解析由于質量分數(shù)為98％的濃硫酸中H2SO4主要以分子形式存在，反應速率較慢，故不能用質量分數(shù)為98％的濃硫酸代替質量分數(shù)為75％的硫酸溶液，A項錯誤。如果裝置內壓強過大，豎直玻璃管內液面升高，使裝置內壓強減小，故豎直玻璃管可起到平衡系統(tǒng)壓強的作用，B項正確。F中NaOH溶液的作用是吸收尾氣，由于Ca（OH）2溶解度較小，不能用澄清石灰水代替NaOH溶液，C項正確。D中發(fā)生反應2ClO2＋H2O2＋2NaOH2NaClO2＋2H2O＋O2，ClO2為氧化劑，H2O2為還原劑，氧化劑與還原劑的物質的量之比為2∶1，D9.[2024山西運城月考改編]某實驗小組擬利用如圖裝置制取干燥的氮氣。下列說法錯誤的是（D）A.裝置Ⅰ中發(fā)生反應的化學方程式為NaNO2＋NH4Cl△NaCl＋N2↑＋B.加熱片刻后將酒精燈移開反應仍能進行，說明該反應是放熱反應C.裝置Ⅱ的作用是冷凝水蒸氣D.只能用向下排空氣法在裝置Ⅲ末端收集純凈干燥的N2解析根據(jù)題中已知的反應物和生成物，結合原子守恒和得失電子守恒，可知裝置Ⅰ中發(fā)生反應的