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第2讲常见气体的实验室制备考点一气体的制备与收集考点二气体的净化和尾气处理总纲目录高考演练考点一气体的制备与收集1.常见气体制备的反应原理(1)O2:2KClO3 2KCl+3O2↑或2H2O2 2H2O+O2↑(2)H2:Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑(3)NH3:①2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2H2O+2NH3↑(4)CO2:CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑(5)Cl2:②MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O(6)SO2:Na2SO3+H2SO4 Na2SO4+H2O+SO2↑(7)NO: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,具体如下表所示:反应装置类型反应装置图适用气体操作注意事项固、固加热型 O2、NH3等a.试管要干燥b.试管口略向下倾斜c.加热时先预热再固定加热d.用KMnO4制取O2时,需在管口处塞一小团棉花固、液加热型或液、液加热型 Cl2等a.烧瓶在加热时要垫上③石棉网b.反应物均为液体时,烧瓶内要加碎瓷片常温型 O2、H2、CO2、SO2、NO、NO2等a.使用长颈漏斗时,要使漏斗下端插入液面以下b.启普发生器只适用于④块状固体和液体反应,且气体不溶于水c.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3.气体的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难溶于水收集的气体密度比空气大,且与空气密度相差较大,不与空气中的成分反应收集的气体密度比空气小,且与空气密度相差较大,不与空气中的成分反应收集装置 适用的气体H2、O2、NO、CH4Cl2、CO2、NO2、SO2H2、NH3 特别提醒(1)NO不能用排空气法收集,主要是因为NO易与空气中的氧气反应生成NO2;NO2不能用排水法收集,主要是因为NO2易与水反应。(2)密度与空气接近,且不与水反应或不溶于水的气体最好用排水法收集,如N2、CO、乙烯等。1.【易错辨析】判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。(1)实验室制备O2、H2、CO2均需要发生氧化还原反应。 (✕)(2)Cl2、NH3的制备可以选用相同的发生装置。 (√)(3)常用排水法收集Cl2、NO2、SO2。 (✕)(4)用向下排空气法收集H2、NH3、NO。 (✕)(5)可以用浓氨水和生石灰快速制备NH3。 (√)(6)收集Cl2可用排饱和NaCl溶液的方法,不能用排水法。 (√)2.【多维思考】(1)实验室里能否用大理石和稀硫酸反应制取二氧化碳气体?为什么?(2)实验室里除用NH4Cl和熟石灰混合共热制取氨气外,还有哪些方法能制取氨气?能否加热NH4Cl制备氨气?答案(1)不能。因为CaCO3与稀H2SO4反应生成的CaSO4微溶于水,会覆盖在大理石的表面,阻止反应的继续进行。(2)加热浓氨水或浓氨水与生石灰混合等制取氨气。不能加热NH4Cl制备氨气,因为生成的氨气与氯化氢在试管口又结合生成了NH4Cl。1.物质制备流程2.实验操作流程3.操作先后流程(1)装配仪器时:先下后上,先左后右。(2)加入试剂时:先固后液。(3)实验开始时:先检查装置气密性,再加药品,后点燃酒精灯。(4)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、无味的气体,最后除水蒸气。(5)防倒吸实验:往往是最后停止加热或停止通气。(6)防氧化实验:往往是最后停止通气。典例(2018苏锡常镇四市二模)已知2FeSO4 Fe2O3+SO2↑+SO3↑。下列有关操作、装置、原理及对现象的表述正确的是 ()A.用装置甲高温分解FeSO4,点燃酒精喷灯前应先向装置内通一段时间N2B.用装置乙可检验分解产生的SO2,现象是石蕊试液先变红后褪色C.用装置丙可检验分解产生的SO3,现象是产生白色沉淀D.用装置丁可吸收尾气,避免污染环境答案A解析A项,先通入一段时间N2可排出装置中的O2,避免空气中氧气的干扰,正确;B项,SO2不能使指示剂褪色,错误;C项,SO3极易溶于水,当混合气体通过乙时,SO3会被吸收,所以要想检验SO3,应该把乙和丙的位置互换,错误;D项,装置丁中应该用饱和Na2SO3溶液,错误。题组气体制备原理及发生装置、收集装置的选择1.用如图所示装置制取表中的四种气体(图中加热及气体收集装置均已略去,必要时可以加热,a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂)。气体abcdCO2稀盐酸CaCO3饱和Na2CO3溶液浓H2SO4Cl2浓盐酸MnO2NaOH溶液浓H2SO4SO2稀H2SO4Cu品红溶液浓H2SO4H2稀盐酸锌粒NaOH溶液浓H2SO4上述方法中可以得到干燥、纯净的气体是 (D)A.CO2B.Cl2C.SO2D.H2解析制备CO2时不能用饱和碳酸钠溶液吸收HCl,因为CO2能与饱和碳酸钠溶液反应,应用饱和碳酸氢钠溶液,A项错误;除去Cl2中混有的HCl气体不能用NaOH溶液,因为Cl2也能与NaOH溶液反应,应用饱和食盐水,B项错误;铜与稀硫酸不反应,不能用于制备SO2,C项错误。2.(2018苏州期初调研)下列制取NH3、干燥NH3、收集并进行吸收的装置和原理能达到实验目的的是 (D)解析A项,试管口应略向下倾斜,错误;B项,NH3是碱性气体,能被浓硫酸吸收,错误;C项,瓶口不能塞住,否则空气不能被赶出,错误;D项,NH3极易溶于水,球形干燥管可起到防倒吸的作用,正确。3.(2018扬州期末)下列制取NH3、验证其溶解性、收集NH3、验证氨水挥发性的装置和原理能达到目的的是 (B)解析A项,NH3极易溶于水,实验室制NH3应用NH4Cl固体和Ca(OH)2固体混合加热,故错误;C项,收集密度比空气小的NH3,导气管应短进长出,故错误;D项,硫酸难挥发,达不到验证氨水具有挥发性的目的,故错误。方法技巧制备气体时,要注意发生装置是根据反应原理进行选择的。如用加热KMnO4制备O2、加热Ca(OH)2和NH4Cl制备NH3均选用固、固加热型装置;用双氧水在MnO2作用下制O2、用浓氨水和CaO制备NH3均选用固、液不加热型装置。拓展升华改进创新装置(1)排液集气装置 从a口进气b口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为:①饱和食盐水——收集Cl2②饱和NaHCO3溶液——收集CO2③饱和NaHS溶液——收集H2S④四氯化碳——收集HCl或NH3等(2)排水量气装置用以上装置可测量难溶于水的气体的体积,并将少量的该气体贮存在容器中。考点二气体的净化和尾气处理1.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:不损失原来气体,不引入新杂质。①物理方法a.液化法:利用沸点不同从空气中分离出N2和O2。b.水洗法: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a.氧化还原法:通过灼热的铜丝网除去混合气体中的O2;通过灼热的CuO除去H2、CO等。b.酸碱法:将NH3和CO2的混合气体通过碱石灰除去CO2。c.沉淀法:除去CO2中的H2S可利用CuSO4溶液(H2S+CuSO4 CuS↓+H2SO4)。(2)常见净化装置 a装置为加热固态试剂以除去气体中杂质的装置,为防止固体“流动”,两端用石棉或玻璃棉堵住,但要使气流通畅。b装置一般盛液体试剂,用于洗液。c装置一般盛固体试剂,用于气体除杂和定量计算。(3)常见干燥剂 特别提醒选择气体干燥剂应注意的事项(1)酸性干燥剂(如浓硫酸、P2O5等)不能用来干燥碱性气体。(2)碱性干燥剂(如碱石灰、生石灰、固体NaOH等)不能用来干燥酸性气体(如CO2)。(3)有氧化性的干燥剂(如浓硫酸)不能干燥有还原性的气体(如H2S、HI等)。2.尾气的处理1.【易错辨析】判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。(1)除去CO2中混有的HCl,可将混合气体通入饱和Na2CO3溶液。 (✕)(2)除去Cl2中混有的HCl,可将混合气体通入饱和食盐水。 (√)(3)Cl2、SO2、CO2、H2S、NH3均可用浓硫酸干燥。 (✕)(4)除去CO2中混有的少量CO可用点燃法。 (✕)(5)Cl2、SO2、NH3均可用NaOH溶液进行尾气吸收。 (✕)(6)除去CO中混有的少量CO2可将混合气体通过盛NaOH溶液的洗气瓶。 (√)2.【多维思考】有下列五套气体的干燥及净化装置: 有下列三套尾气的处理装置: 利用以上提供的装置连接组装以下气体的净化及尾气的处理装置:(1)Cl2[含HCl、H2O(g)]的净化及处理装置的连接为:Cl2 接接。(2)SO2[含HCl、H2O(g)]的净化及处理装置的连接为:SO2 接接。(3)NH3[H2O(g)]的净化及处理装置的连接为:NH3 接。(4)CO[含H2O(g)]的净化及处理装置的连接为:CO 接。答案(1)DA或B甲(2)EA或B乙(3)C乙(4)A或B或C丙题组常见气体的净化有害气体的尾气处理方法1.(2018苏州期末)下列制取SO2、验证其漂白性、氧化性并进行尾气处理的装置不能达到实验目的的是 (B)解析B项,SO2可使酸性高锰酸钾溶液紫红色变浅或褪去,是利用了SO2的还原性,与其漂白性无关,故错误。2.某课外小组的同学设计了以下装置(部分夹持仪器已略去)制取无水AlCl3(易升华),其中不能达到相应实验目的的是 ()A.用装置甲制取氯气B.用装置乙干燥氯气C.用装置丙制取并收集AlCl3D.用装置丁处理丙中排出的尾气答案B由于碱石灰的主要成分是氧化钙和氢氧化钠,能与氯气反应,所以不能用作氯气的干燥剂,B项错误。3.为了在实验室利用工业原料制备少量氨气,有人设计了如下装置(图中夹持装置均已略去)。 [实验操作]①检查实验装置的气密性后,关闭活塞a、b、c、d、e。在A中加入锌粒,向长颈漏斗中注入一定量稀硫酸。打开活塞c、d、e,则A中有氢气产生。在F出口处收集氢气并检验其纯度。②关闭活塞c,取下截去底部的细口瓶C,打开活塞a,将氢气经导管B验纯后点燃,然后立即罩上无底细口瓶C,塞紧瓶塞,如图所示。氢气继续在瓶内燃烧,几分钟后火焰熄灭。③用酒精灯加热反应管E,继续通氢气,待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时,打开活塞b,无底细口瓶C内气体经D进入反应管E,片刻后F中的溶液变红。回答下列问题:(1)检验氢气纯度的目的是。(2)C瓶内水位下降到液面保持不变时,A装置内发生的现象是,防止了实验装置中压强过大。此时再打开活塞b的原因是,C瓶内气体的主要成分是。(3)在步骤③中,先加热铁触媒的原因是。反应管E中发生反应的化学方程式是。答案(1)判断装置中空气是否排尽,保证安全(合理即可)(2)锌粒与酸脱离尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率N2、H2(3)升高温度,增大铁触媒活性,加快合成氨的反应速率N2+3H2 2NH3解析(1)氢气和空气混合受热易爆炸。若不检验氢气的纯度可能在E处发生危险。(2)A装置原理类似启普发生器,当试管内压强过大,酸会流回长颈漏斗中使反应停止。C瓶利用排水法收集氢气,氢气收集满后再通入气体,压强变大导致A中酸流回长颈漏斗和锌粒脱离接触,反应停止。C中原有空气里的氧气被氢气燃烧而消耗最终主要剩余氮气,所以C中气体主要成分为氮气和氢气。通氢气一直到压强增大到不能增大为止可以让通入的氢气尽可能多。根据化学平衡原理,增大氢气浓度可以提高氮气的转化率。(3)铁触媒在较高温度时活性增大加快氨合成的反应速率,发生的反应为N2+3H2 2NH3。思维建模(1)气体除杂的一般思路气体的除杂,首先要判断气体中的杂质。判断气体中的杂质的方法:①看反应物的性质,如用浓盐酸制取的气体中应含有HCl气体杂质;②看气体是否完全反应,如用CO2与Na2O2反应制取的氧气中应含有CO2杂质;③看反应实质,如C和浓硫酸加热制取的SO2中一定含有CO2;④看是否有副反应发生等。最后再根据杂质的性质选择合适的试剂及装置。(2)气体除杂原则