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专题五气体的制取与净化一实验室制取氧气、氢气、二氧化碳的比较气体氧气氢气二氧化碳药品①氯酸钾和二氧化锰;②高锰酸钾;③H2O2溶液和二氧化锰锌与稀硫酸大理石或石灰石与稀盐酸反应原理①2KClO32KCl+3O2↑②2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑③2H2O22H2O+O2↑Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑气体氧气氢气二氧化碳实验装置固液常温型和启普发生器的简易装置收集方法排水法或向上排空气法(不易溶于水,密度比空气的大)排水法或向下排空气法(难溶于水,密度比空气的小)向上排空气法(能溶于水,密度比空气的大)气体氧气氢气二氧化碳检验方法将带火星的木条伸入集气瓶内,木条复燃点燃,罩干冷小烧杯,产生淡蓝色火焰,烧杯内壁有水珠(生成物只有水)通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊验满方法将带火星的木条放在集气瓶口,木条复燃,则说明已满—将燃着的木条放在集气瓶口,木条火焰立即熄灭,则说明已满实验操作步骤①检查气密性;②装药品;③固定试管;④加热;⑤收集;⑥将导管移出水槽;⑦熄灯①检查气密性;②加药品;③固定试管;④验纯;⑤收集①组装仪器;②检查气密性;③加入石灰石;④加入稀盐酸;⑤收集气体氧气氢气二氧化碳注意事项①试管口应略向下倾斜;②用高锰酸钾制氧气时靠近管口处应塞一团疏松的棉花;③用排水法收集时,当气泡连续、均匀放出后再收集;④排水法收集完后,先移出导管,再熄灭酒精灯;⑤若用双氧水和MnO2制O2,操作步骤同CO2①长颈漏斗末端应伸入液面以下;②反应器中的导气管刚露出橡皮塞即可;③若用向下排空气法收集时,导管应伸入到容器(集气瓶或试管)底部;④不能用浓硫酸、硝酸及浓盐酸来制取氢气;⑤气体必须验纯①不能用稀硫酸代替稀盐酸;②长颈漏斗的末端应伸入液面以下;③反应器中的导管刚露出橡皮塞即可;④用向上排空气法收集时,导管口应伸入到集气瓶底部二气体的净化与干燥在实验室制备的各种气体中,常含有少量的酸雾、水蒸气和其他气体杂质,须经过净化与干燥才能得到实验所需的纯净气体。1.气体的净化选择气体吸收剂的原则是所选吸收剂只吸收气体中的杂质,而与被提纯的物质不反应,也不产生新的杂质。多种气体杂质共存时,要注意试剂的选择和除杂质的顺序,一般水蒸气最后除去。选择“洗气瓶”等吸收装置,不仅要注意药品的名称,还要注意“长进短出”的原则,干燥管要“大进小出”。常见气体杂质的吸收剂见下表:常见气体的吸收剂吸收剂吸收的气体杂质水易溶性气体,如HCl、NH3等强碱溶液(NaOH)酸性气体CO2、SO2、HCl、H2S等碱石灰H2O(气体),酸性气体CO2、H2S等灼热的CuO还原性气体H2、CO灼热的铜网O22.气体的干燥选用干燥剂应根据气体的性质和干燥剂的性质确定,其原则是干燥剂只能吸收气体中的水分,而不能与气体发生反应。常见气体的干燥剂的选择见下表:常见气体的干燥剂干燥剂可干燥的气体不能干燥的气体酸性浓硫酸H2、O2、CO2、CO、CH4、N2、SO2、HClNH3碱性生石灰、碱石灰、固体氢氧化钠H2、O2、CO、CH4、N2、NH3CO2、SO2、HCl中性无水氯化钙除NH3以外的所有气体NH33.气体净化装置的选择净化即除去气体中的杂质。常见的气体净化装置有洗气瓶(如图a)和干燥管两类,干燥管有球形干燥管(如图b)和U形干燥管(如图c)。洗气瓶主要用于盛放液体吸收剂,通入装置时要注意气体必须“长进短出”以利于杂质的吸收。干燥管则主要用于盛放固体吸收剂,球形干燥管中气流方向应为“大进小出”,这样可以形成回旋气流,杂质吸收充分;U形干燥管结构对称,无进出口之分。4.有关气体的制取、检验和净化实验中的“先”“后”顺序(1)制取气体时,先检查装置气密性,后装药品。(2)收集气体时,先净化后收集。(3)检验气体时,先验水后验杂(其他气体杂质)。(4)净化气体时,先除杂后干燥。类型一类型二气体的制取下图是实验室制取常见气体及检验相关性质的装置图,据图回答问题。类型一类型二(1)指出②④装置中标号仪器的名称:X,Y。(2)用过氧化氢溶液与二氧化锰混合制取氧气时,需要选用的发生装置是(填装置标号,下同),反应的化学方程式为。(3)二氧化碳的收集装置可选用,二氧化碳的检验装置可选用。(4)实验室常用加热无水醋酸钠与碱石灰固体混合物来制取甲烷气体。要制取并收集甲烷(密度比空气小,难溶于水),可选用的发生、收集装置依次是。类型一类型二解析(1)X与Y的名称分别是长颈漏斗、集气瓶。(2)实验室用过氧化氢溶液与二氧化锰混合制取氧气,是固液反应且不需加热,故选用②作发生装置,反应的化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。(3)二氧化碳的密度比空气大且溶于水,所以用⑤收集,检验二氧化碳用澄清石灰水,用装置⑥。(4)制取甲烷是固液反应需要加热,故选用①作发生装置;甲烷的密度比空气小,难溶于水,故选用③或④收集。答案(1)长颈漏斗集气瓶(2)②2H2O22H2O+O2↑(3)⑤⑥(4)①③(或①④)类型一类型二气体的净化根据下列实验装置图回答下列问题:(1)写出图中①的名称:。(2)实验室制取二氧化碳气体,在加入药品前,必须要进行的一步操作是,选用的气体发生装置是。(3)实验室用氯酸钾和二氧化锰制取氧气的化学反应方程式为,若用过氧化氢溶液和二氧化锰制取干燥的氧气,所选气体制取、干燥、收集装置的接口连接顺序为(用接口字母和“→”表示)。类型一类型二解析(1)根据仪器的形状和用途确定其名称。(2)实验室在制取任何一种气体前都要先检查装置的气密性。根据反应物的状态和反应条件确定制取气体的发生装置,实验室制取二氧化碳是利用固体石灰石和液体稀盐酸反应制取的,故应选用固液不加热型的发生装置B。(3)根据反应物、生成物和反应条件书写化学反应方程式;从B装置出来的二氧化碳气体应按照“长(管)进,短(管)出”的原则通过浓硫酸进行干燥,然后再根据二氧化碳的密度比空气的密度大的性质选择D装置来收集CO2,故从e口进气收集CO2气体。答案(1)铁架台(2)检查装置的气密性B(3)2KClO32KCl+3O2↑b→f→g→e1.(2018·安徽)下图是实验室中常见装置,回答下列问题。查阅资料:常温下,CO2难溶于饱和NaHCO3溶液。(1)仪器X的名称是。(2)实验室制取CO2应选用的发生装置是(填字母序号),反应的化学方程式是,该反应属于(填反应类型)。(3)常温下,下列收集CO2的方法中不可行的是(填字母序号)。a.向上排空气法b.向下排空气法c.排饱和NaHCO3溶液法(4)某同学进行图D所示的操作时,观察到高的蜡烛先熄灭,其原因可能是。答案(1)长颈漏斗(2)ACaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑复分解反应(3)b(4)二氧化碳倾倒过快,先使高蜡烛火焰附近氧气浓度减小解析(1)由图知,X仪器的名称是长颈漏斗。(2)实验室用石灰石(或大理石)与稀盐酸反应制取二氧化碳气体,由于反应物为固体和液体,反应条件为常温,故可选用A装置作发生装置(B图长颈漏斗下端管口未液封,会使产生的二氧化碳逸出);大理石或石灰石的主要成分是碳酸钙,与盐酸发生反应生成氯化钙、水和二氧化碳,发生反应的化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑;该反应是碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙和碳酸,碳酸不稳定,分解生成水和二氧化碳,故该反应为复分解反应。(3)CO2密度大于空气,可用向上排空气法收集;CO2难溶于NaHCO3饱和溶液,也可用排饱和NaHCO3溶液法收集。(4)若二氧化碳倾倒过快,会先使高位蜡烛火焰附近氧气浓度减小而熄灭。2.(2018·辽宁大连)根据下列装置图回答问题:(1)写出仪器a和b的名称:a,b。(2)实验室用大理石和稀盐酸制取并收集二氧化碳,应选用的装置为(填字母),若用F装置干燥二氧化碳气体,F中应加入的试剂是。(3)实验室用高锰酸钾制取气体,该反应的化学方程式为。(4)实验室取用药品要注意节约,如果没有说明用量,一般应该取用最少量,固体药品只需盖满试管底部,液体药品取用mL。答案(1)试管集气瓶(2)BD浓硫酸(3)2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑(4)1~23.(2018·江苏徐州)请根据下列实验装置图回答有关问题:图1(1)装置B中标号仪器①的名称是。(2)实验室制取二氧化碳的化学方程式为。选择的发生装置是(填字母编号)。(3)用双氧水和二氧化锰制取氧气的化学方程式为,反应后过滤、干燥,所得到的二氧化锰(填“能”或“不能”)继续作为双氧水分解的催化剂。(4)装置C、D、E、F在实验室中都可收集气体,其中不能用来收集氧气的是(填字母编号)。若用F装置收集二氧化碳,气体应从(填“a”或“b”)端通入。(5)某化学兴趣小组借助氧气传感器探究微粒的运动,数据处理软件可实时绘出氧气体积分数随时间变化的曲线。收集一塑料瓶氧气进行以下三步实验:①敞口放置;②双手贴在塑料瓶外壁上;③将塑料瓶的瓶口朝下。三步实验中测得氧气的体积分数随时间变化的曲线依次为图2中的MN段、NP段和PQ段。图2①能够说明氧分子不断运动的曲线是。A.MN段B.NP段C.PQ段②MN段和NP段相比较,说明。③随着实验的进行,传感器测出氧气的体积分数约为时几乎不再变化。答案(1)分液漏斗(2)CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑B(3)2H2O22H2O+O2↑能(4)Ea(5)①A②温度越高,分子运动越快③Q点4.(2018·山东青岛)实验室制取气体时需要的一些装置如下图所示,请回答下列问题。(1)写出标有序号的仪器名称:①,②。(2)实验室制取氧气和二氧化碳的发生装置都可选用B装置的原因是,装置中使用分液漏斗的优点是。(3)若要得到干燥的氧气,所选择装置的连接顺序为B→→(填字母序号)。(4)检验二氧化碳是否收集满的操作方法是。(5)某兴趣小组的同学连接B、G、H装置进行实验。若实验时G装置中蜡烛燃烧更剧烈,H装置中溶液变浑浊,则B装置中反应的化学方程式为。答案(1)酒精灯锥形瓶(2)反应物是固体和液体,反应不需要加热可以控制反应速率,节约药品(3)FE(4)将燃着的木条置于集气瓶口(答案合理即可)(5)2H2O22H2O+O2↑5.(2017·安徽)实验室常用右图所示发生装置制备氢气。(1)写出试管中反应的化学方程式:。(2)仪器a的名称是。实验室可用方法收集氢气。(3)氢气作为新能源的优点是(写出1点即可,下同)。目前氢能源的大量使用仍存在一定困难,你认为针对氢能源的研究方向是。答案(1)Zn+H2SO4H2↑+ZnSO4(2)铁架台向下排空气法(或排水法)(3)氢气燃烧产物是水,不污染环境电解水6.(2017·天津)请结合下列实验装置,回答问题。(1)写出仪器a和b的名称:a,b。(2)加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气,该反应的化学方程式为。(3)用石灰石和稀盐酸制取并收集二氧化碳,选用的装置为(填字母)。(4)与集气瓶配套使用的玻璃片一般一面为光滑面,另一面为磨砂面,收集气体时用玻璃片的(填“光滑面”或“磨砂面”)盖好集气瓶。答案(1)试管铁架台(2)2KClO32KCl+3O2↑(3)BD(4)磨砂面7.(2017·江苏镇江)请结合下图回答问题:(1)仪器名称:①,②。(2)用氯酸钾和二氧化锰制取氧气,可选用装置(选填序号)和D组合,反应的化学方程式为,二氧化锰的作用是。(3)实验室可用装置B或C制H2,C装置相对于B的优点有。用E装置收集H2,气体应从(填“a”或“b”)端通入。(4)有同学将实验室制得的CO2通入澄清石灰水,石灰水未变浑浊,于是作如图所示探究:①实验室制CO2反应的化学方程式:。②装置F、H中溶液变浑浊,G中溶液不变浑浊,则原石灰水未变浑浊的原因是。③G装置的作用是。答案(1)①铁架台②长颈漏斗(2)A2KClO32KCl+3O2↑催化作用(催化、催化剂)(3)控制反应的发生和停止(或随开随用,随关随停)a(4)①CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑②CO2中含有HCl(或使用了浓盐酸)③证明HCl