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第二讲常见物质的制备第十章化学实验1．掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法)。2．根据化学实验的目的和要求，能做到正确选用实验装置。第十章化学实验常见气体的实验室制法[知识梳理]一、常见气体的制备1．常见气体制备的反应原理(填化学方程式)(1)O2：2KClO3=====MnO2△2KCl＋3O2↑或____________________________________或_____________________________________；2H2O2=====MnO22H2O＋O2↑2KMnO4=====△K2MnO4＋MnO2＋O2↑(2)H2：_______________________________________________；(3)NH3：_____________________________________________；(4)CO2：_____________________________________________；(5)Cl2：_______________________________________________；(6)SO2：_____________________________________________；(7)NO：_____________________________________________。Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑2NH4Cl＋Ca(OH)2=====△CaCl2＋2H2O＋2NH3↑CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2ONa2SO3＋H2SO4(浓)===Na2SO4＋H2O＋SO2↑3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O2．常见气体制备的发生装置选择发生装置一般需从反应物的状态、溶解性和反应条件确定制气装置类型，具体如下表中所示：装置类型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加热时先预热再固定加热④用KMnO4制取O2时，需在试管口处塞一小团棉花装置类型装置图适用气体操作注意事项固、液加热型或液、液加热型Cl2等①加热烧瓶时要垫石棉网②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片装置类型装置图适用气体操作注意事项固、液不加热型O2、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启普发生器只适用于_________________反应，且气体不溶于水③使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速和用量块状固体和液体二、气体的收集方法收集方法排水法向上排空气法向下排空气法收集原理收集的气体不与水反应且_________收集的气体密度比空气___，且与空气密度相差较大，不与空气中成分反应收集的气体密度比空气____，且与空气密度相差较大，不与空气中成分反应收集装置适用的气体H2、O2、NO、CH4等Cl2、CO2、NO2、SO2等H2、NH3等难溶于水大小[自我检测]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)制备NO时，可用排空气法收集。()(2)制备CO2可用大理石和稀硫酸。()(3)可利用如图装置收集H2。()(4)实验室中可用MnO2或KMnO4与浓盐酸反应制取氯气，两制备方法中氯气的制取装置完全相同。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×2．利用如图装置能制取并收集到相应气体的是()A．浓氨水与固体CaO制氨气B．浓盐酸与KClO3固体制氯气C．稀硝酸与铜片制NOD．饱和食盐水与电石(CaC2)制乙炔(C2H2)答案：B3．实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置，其中正确的是()A．①是氨气发生装置B．②是氨气吸收装置C．③是氨气发生装置D．④是氨气收集装置答案：C关于气体收集的两点说明(1)下列气体可采用排饱和溶液的方法收集CO2——饱和NaHCO3溶液SO2——饱和NaHSO3溶液H2S——饱和NaHS溶液Cl2——饱和NaCl溶液(2)如图为“万能”集气装置。①当A管进气时，可用向上排空气法收集气体(密度比空气大，且与空气密度相差较大，不与空气反应的气体)。②当B管进气时，可用向下排空气法收集气体(密度比空气小，且与空气密度相差较大，不与空气反应的气体)。③当瓶内充满液体且B管进气时，可用排液法收集气体(不与所装液体反应且不溶于所装液体的气体)。(2017·高考全国卷Ⅰ，10，6分)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是()A．①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液B．管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度C．结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热D．装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气[解析]装置Q是启普发生器，是氢气的发生装置，装置排列顺序是氢气发生装置→安全瓶→除去HCl、O2装置→除去H2S装置→干燥氢气装置→氢气还原氧化钨装置→尾气处理装置。Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑、ZnS＋2HCl===ZnCl2＋H2S↑，用装置Q制得的氢气中含有H2S、O2、HCl、H2O等杂质，由于酸性高锰酸钾溶液氧化氯化氢生成氯气，所以，应先用焦性没食子酸溶液吸收氧气，同时除去氯化氢(易溶于水)，再用酸性高锰酸钾溶液吸收硫化氢，最后用浓硫酸干燥，试剂盛放顺序依次为焦性没食子酸溶液、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸，A项错误；加热WO3之前，要确保排尽装置内的空气，因为H2在空气中的浓度达到一定范围时，加热易发生爆炸，通过检验氢气的纯度判断空气是否排尽，B项正确；类似氢气还原氧化铜，实验完毕后，先停止加热，再继续通入氢气一段时间，C项错误；装置Q不能加热，适合块状固体与液体在常温下反应，而实验室用二氧化锰与浓盐酸反应制氯气需要加热，且二氧化锰是粉末状固体，故不能用装置Q制备氯气，D项错误。[答案]B如图是制取和收集某气体的实验装置(可加热)，其可用于()A．加热NaHCO3制CO2B．用Cu与稀硝酸反应制NOC．用NH4Cl与浓NaOH溶液反应制NH3D．用Zn和稀硝酸反应制H2解析：选B。加热NaHCO3时试管口应略向下倾斜，且一般不用加热NaHCO3的方法制取CO2，CO2也不能用排水法收集；NH3不能用排水法收集；Zn和稀硝酸反应时无H2生成。题组常见气体的制备和收集装置的选择1．(2018·惠州模拟)下列制备和收集气体的实验装置合理的是()解析：选D。A中被加热试管的管口应略向下倾斜，且收集气体的试管口应放一团棉花；B中NO很容易被空气中的氧气氧化，所以采用B装置得不到NO；C中氢气的密度比空气小，所以集气瓶中的进气导管应比出气导管要短。2．(2018·郑州模拟)以下是几种常见的气体制取装置，不适用于相应化学反应的是()A4HCl(浓)＋MnO2=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2OB2KMnO4=====△K2MnO4＋MnO2＋O2↑C2HNO3＋CaCO3===Ca(NO3)2＋H2O＋CO2↑D2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑解析：选D。A、B项分别为实验室制取氯气和氧气的装置和反应，正确；C项装置中用硝酸替换了实验室制二氧化碳中的盐酸，同样可以达到目的，正确；D项中过氧化钠是一种淡黄色粉末，不是块状固体，故不能在多孔塑料板上放置，错误。3．(2018·菏泽模拟)如图是制取和收集某气体的实验装置，该装置可用于()A．浓盐酸和高锰酸钾固体反应制取Cl2B．过氧化钠固体和水反应制取O2C．浓硝酸与铜反应制取NO2D．浓氨水和生石灰反应制取NH3解析：选B。A项，Cl2与水反应，不能用排水法收集；C项，NO2与水反应生成NO气体，不能用排水法收集；D项，NH3易溶于水，不能用排水法收集。气体的净化与尾气处理[知识梳理]一、常见气体的净化方法和净化装置1．常见气体的净化方法气体的净化可分为物理方法和化学方法。遵循的原则：不损失__________，不引入__________。原来气体新的杂质(1)物理方法①液化法：如利用沸点不同从空气中分离出N2和O2。②水洗法：如利用溶解度不同从N2和NH3的混合气体中除去NH3。(2)化学方法①氧化还原法：如通过灼热的铜丝网除去混合气体中的_____；通过灼热的CuO除去H2、CO等。②酸碱法：如将NH3和CO2的混合气体通过碱石灰除去_____。③沉淀法：如除去CO2中的H2S可利用CuSO4溶液，化学反应方程式为H2S＋CuSO4===______________。O2CO2CuS↓＋H2SO42．常见净化装置3．常见干燥剂及使用范围类型干燥剂可干燥的气体不可干燥的气体酸性干燥剂浓硫酸中性：N2、O2、H2、CH4酸性：CO2、NO2、SO2、Cl2碱性：NH3还原性：H2S、HBr、HIP2O5、硅胶中性：N2、O2、H2、CH4、C2H4酸性：HCl、CO2、NO2、SO2、Cl2碱性：NH3类型干燥剂可干燥的气体不可干燥的气体碱性干燥剂碱石灰中性：N2、O2、H2、CH4、C2H4碱性：NH3酸性：CO2、SO2、HCl、NO2、H2S、Cl2中性干燥剂无水CaCl2中性：N2、O2、H2、CH4、C2H4酸性：Cl2、HCl、H2S、CO2、NO2、SO2碱性：NH3(与CaCl2反应生成CaCl2·8NH3)二、尾气的处理1．转化处理对有毒、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。实验室中常见有毒气体的处理方法如下表所示：Cl2SO2NO2H2SHClNH3CONO通入NaOH溶液通入CuSO4溶液或NaOH溶液通入水通入水或H2SO4溶液点燃与O2混合后通入NaOH溶液2．直接排入空气中：主要是针对无毒、无害气体的处理。如N2、O2、CO2等。3．尾气处理装置(1)在水中溶解度较小的有毒气体，多数可通入烧杯中的溶液中，用某些试剂吸收除去(如图甲)，如Cl2、NO2均可通入NaOH溶液中除去。(2)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。(3)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。(4)收集法：尾气处理也可以采用收集的方法除去(如图丁)，如CH4、C2H4、H2、CO等。4．防倒吸装置的理解与应用(1)肚容式：对于NH3、HCl等易溶于水的气体，吸收时常用倒置的小漏斗、干燥管、双耳球等防倒吸装置，如下图所示。(2)分液式：把导气管末端插入气体溶解度小的液体中，不会发生倒吸，气体进入上层液体被充分吸收。HCl、NH3均可用如图所示装置吸收。[自我检测]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)Cl2、SO2、NH3均可用NaOH溶液吸收尾气。()(2)Cl2、SO2的验满均可用湿润的品红试纸。()(3)除去CO2中混有的HCl，可依次通过盛有饱和Na2CO3溶液的洗气瓶和盛有浓硫酸的洗气瓶。()(4)吸收NH3可采用如图装置。()(5)除去SO2中的水蒸气，可利用盛浓硫酸的U形管。()答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×2．(2018·三亚模拟)如图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3，仪器连接顺序正确的是()A．a—b—c—d—e—f—g—hB．a—e—d—c—b—h—i—gC．a—d—e—c—b—h—i—gD．a—c—b—d—e—h—i—f解析：选B。根据实验目的和所给仪器药品应首先制得氯气，然后再将氯气与铁粉反应，制取FeCl3，最后用NaOH溶液吸收多余的氯气防止污染环境。由于制得的氯气中含有HCl、H2O等杂质，所以与铁反应之前应先用饱和NaCl溶液吸收挥发出的HCl，然后用浓硫酸干燥。连接仪器时应注意长管进气，短管出气。1．气体制备操作先后顺序(1)装配仪器时：先下后上，先左后右。(2)加入试剂时：