中考化学专题气体的制备检验与净化

中考化学专题气体的制备检验与净化

‎2014年中考化学专题 气体的制备、检验与净化 重要考点：学科王MnO2‎ ‎△‎ 一、氧气、二氧化碳、氢气的实验室制取和工业制取 气 体 氧气（O2）‎ 二氧化碳（CO2）‎ 氢气（H2）‎ 制备药品 过氧化氢溶液 和二氧化锰 高锰酸钾 氯酸钾和二氧化锰 大理石（或石灰石）‎ 和稀盐酸 锌粒和稀硫酸 反应原理 ‎2H2O2‎ ‎2H2O+O2↑‎ ‎△‎ ‎2KMnO4‎ K2MnO4+MnO2+O2↑‎ ‎2KClO3 ‎ ‎2KCl+3O2↑‎ CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑‎ Zn+H2SO4‎ ZnSO4+H2↑‎ 反应类型 分解反应 复分解反应 置换反应 反应物状态 固体与液体混合 固体与固体混合 固体与液体混合 固体与液体混合 反应条件 不需加热 加热 不需加热 不需加热 发生装置 ③‎ ①‎ ②‎ ④‎ 气体溶解性 不易溶于水 能溶于水 难溶于水 气体密度 密度比空气密度大 密度比空气密度大 密度比空气密度小 收集装置 ‎（纯净的）或 （干燥的）‎ ‎ ‎ ‎ （唯一的）‎ ‎ ‎ 或 ‎ 净 化 可用浓硫酸或碱石灰干燥 用NaHCO3溶液除去HCl，浓硫酸干燥 用NaOH溶液除去HCl 杂质，用浓硫酸干燥 收集方法 排水法、向上排空气法 只能用向上排空气法 排水法或向下排空气法 检验方法 将带火星的木条插入集气瓶内，若木条复燃，说明是氧气。‎ 将气体通入澄清的石灰水，若澄清的石灰水变浑浊，‎ 说明是二氧化碳 点燃气体，检 验其生成产物。‎ 淡蓝色火焰，‎ 生成H2O 验满或验纯 用向上排空气法收集时，将带火星的木条靠近集气瓶口，若木条复燃，说明已收集满。‎ 用排水法收集时，集气瓶口有气泡冒出。‎ 将燃着的木条靠近集气瓶口，若木条熄灭，说明已收集满。‎ 用拇指堵住倒置已收集满氢气的试管，靠近火焰后移开手指，若听到“噗”的一声，说明已纯。‎ 注意事项 ‎⑴先检查装置的 气密性 ‎⑵用排水法收集时，待气泡连续均匀排出时才收集 ‎⑶导管置集气瓶口 ‎⑴先检查装置气密性 ‎⑵试管口略向下倾斜 ‎⑶试管口放一团棉花 ‎⑷先移出导气管，后 停止加热，以防倒吸 ‎⑸正放 ‎⑴ 不能用稀硫酸，因反应生成CaSO4附着在大理石表面，阻止反应继续进行。‎ ‎⑵ 长颈漏斗的末端应插到液体中（分液漏斗不强调）‎ ‎⑶ 正放保存 ‎⑴先检查装置气密性 ‎⑵先验纯再收集 ‎⑶不能用浓硫酸 ‎⑷长颈漏斗的末端应插到液体中 ‎⑸倒放保存 工业制取 分离液态空气(依氧气和氮气的沸点不同)‎ ‎ 加压、蒸发——物理变化。‎ 高温煅烧石灰石 CaCO3CO2↑+ CaO 分离水煤气H2和CO ‎ 注明： 1. 科王固固加热装置——凡是反应物都为固体且反应需要加热的发生装置图可用图②。‎ ‎ 2. 固液不加热装置——凡是反应物为固体和液体且反应不需加热的发生装置图均可用图①、③、④。‎ 二、气体的净化与干燥 ‎1.除杂原则：①不能引入新的气体杂质；②不能减少被净化气体的量。‎ ‎2.干燥剂的选择：（干燥原则：干燥剂不能与被干燥气体发生化学反应）。‎ 干燥装置 洗气瓶（盛液体）‎ 干燥管（固体干燥剂）‎ U形管（固体干燥剂）‎ 仪 器 无水硫酸铜 ‎（遇水变蓝）‎ 干燥剂 浓硫酸 固体NaOH、生石(CaO)、‎ 碱石灰等 无水CaCl2、‎ 无水硫酸铜（CuSO4）‎ 固NaOH、‎ 生石（CaO）、‎ 碱石灰等 无水CaCl2、‎ 无水硫酸铜（CuSO4）‎ 能干燥 的气体 SO2、CO2、HCl； H2、O2、CO、N2、CH4‎ NH3； ‎ H2、O2、CO、N2、CH4‎ SO2、CO2、HCl；H2、O2、CO、‎ N2、CH4‎ NH3； ‎ H2、O2、CO、N2、CH4‎ SO2、CO2、HCl；H2、O2、CO、N2、CH4‎ 不能干燥 的气体 NH3‎ SO2、CO2、‎ HCl NH3‎ SO2、CO2、‎ HCl NH3‎ 注明：（碱石灰是由CaO固体和NaOH固体组成的混合物）。‎ ‎3.常见吸收剂及能吸收的气体：‎ 吸收剂 吸收的气体 吸收剂 吸收的气体 水 HCl、NH3‎ NaOH溶液或石灰水 HCl、CO2‎ 碱石灰(NaOH和CaO)‎ CO2、水蒸气、HCl 灼热铜丝或铁丝 O2‎ 浓硫酸、无水CuSO4‎ H2O 灼热氧化铜 CO、H2‎ ‎4.尾气的吸收及处理——环保意识 ‎①.溶液吸收：如CO2、SO2、HCl、NH3等可用NaOH 溶液吸收（极易溶气体要防止倒吸）。‎ ‎②.点燃处理：如CO、CH4、H2S等可燃性气体可接一个尖嘴导管，将其点燃。‎ Fe2O3‎ CO 澄清的 石灰水 ‎③.气球收集：如有毒的CO、H2S、Cl2等可在导管末端接上一个气球收集。‎ ‎④.防倒吸装置：如易溶的气体可收集到倒立的漏斗中。‎ 纯净的氢气 干燥的 烧杯 ‎ ‎ ‎6.“万能瓶”的几种主要用途：‎ ‎(1).集气：（贮气）学科王注明：气体的性质决定收集的方法 b a ‎①如瓶中为空气，即用排空气法收集气体时，密度比空气大的气体从a管进，密度小的从b管进。‎ ‎②若瓶中为水，即用排水法收集气体时，气体从b管进。‎ ‎(2).洗气：（长入短出） 瓶内装浓硫酸或氢氧化钠溶液。‎ ‎(3).量气：（短入长出）‎ 瓶内装满水，气体从b端进入，a端接量筒，通过测量量筒内水的体积从而测得生成气体的体积。‎ ‎(4).安全瓶：（长入短出）‎ 点燃可燃气体时，瓶内装少量水，将点燃的气体与从发生装置产生的气体分隔开。‎ 收集法 排水集气法 向上排空气法 排空气法 实验图 O2、H2、CO、CH4‎ O2、CO2‎ H2、NH3、CH4‎ 气 体 性 质 适用不易溶于水、难溶于水 且不与水发生反应的气体。‎ 适用不跟空气发生反应 且密度比空气大的气体。‎ 适用不跟空气发生反应 且密度比空气小的气体。‎ 三、常见气体的性质和用途：‎ ‎（一）重要的三种气体：氢气、氧气、二氧化碳 ‎1.物理性质：H2无色无味气体，密度比空气 小 ，难 溶于水 O2无色无味气体，密度比空气 大 ，不易 溶于水 CO2无色无味气体，密度比空气 大 ，能 溶于水 ‎2.化学性质：‎ H2‎ ‎⑴.可燃性 ‎⑵.还原性 ‎2H2+ O22H2O ‎ H2+ CuOCu + H2O O2‎ ‎⑴.与金属反应 ‎⑵.与非金属反应 ‎⑶.与化合物反应 ‎2Mg+ O22MgO ‎3Fe+ 2O2 Fe3O4‎ C+ O2CO2‎ S+ O2SO2‎ ‎4P+ 5O22P2O5‎ CH4+2O2 CO2+ 2H2O C2H5OH+3O22CO2+3H2O ‎2CO+ O22CO2 ‎ CO2‎ ‎⑴.与水反应 ‎⑵.与石灰水反应 ‎⑶.与碳反应 CO2+ H2OH2CO3‎ CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O CO2+ C2CO ‎ ‎3.用途的比较：氢气用途⑴填充气球；⑵高能燃料；⑶冶炼重要金属 氧气用途 ⑴支持燃烧；⑵供给呼吸；⑶用于炼钢 二氧化碳：⑴灭火；⑵作工业原料（制饮料、纯碱、化肥等）；⑶“干冰”用于人工降雨 ‎⑷植物的光合作用 ‎（二）具有可燃性的三种气体：氢气、一氧化碳、甲烷 ‎1.化学性质（可燃性）：‎ H2‎ 可燃性 H2、CO、CH4的检验 ‎2H2+ O22H2O 点燃后，⑴在火焰上方罩一干冷的小烧杯，烧杯内壁没有 水雾 ，该气体是 CO ；⑵在火焰上方罩一内壁附有澄清石灰水的小烧杯，石灰水变 浑浊 ，该气体是 CH4 ；另一气体就是 H2 。‎ CO ‎2CO+ O22CO2‎ CH4‎ CH4+2O2 CO2+ 2H2O ‎（三）具有可燃性和还原性的三种物质：氢气、一氧化碳、碳 ‎1.物理性质：‎ 颜 色 气 味 状 态 密 度 溶 解 性 H2‎ 无色 无味 气体 比空气 小 ‎ ‎ 难 溶于水 CO 无色 无味 气体 比空气 略小 ‎ ‎ 难 溶于水 C 金刚石和石墨的物理性质不同，是因为它们中的 碳原子的排列方式 不同。‎ 金刚石和石墨是由 碳 元素组成的 碳单质 的物质；它们的物理性质 不同 ，但化学性质 相同 。（填：相同、不同）‎ ‎2.化学性质： ‎ H2‎ ‎⑴.可燃性 ‎⑵.还原性 ‎2H2+ O22H2O H2+ CuOCu + H2O CO ‎2CO+ O22CO2‎ CO+ CuOCu + CO2‎ C C+ O2CO2‎ C+2CuO2Cu+CO2↑‎ ‎[解题策略指导]学科王 一定要熟知常见气体的制取、干燥、除杂、装置的连接顺序和性质的检验。‎ 除杂和干燥的先后顺序：①若用洗气装置除杂，一般除杂在前，干燥在后；②若用加热装置除杂，一般是干燥在前，除杂在后。‎ 洗气瓶和干燥管中气体的进出口顺序：①用洗气瓶除杂和干燥时，气体应长进短出；②用球型干燥管除杂或干燥时，气体应大进（即大管口进气）小出（即小管口出气），以利于气体充分干燥。‎ 检验多种气体的先后顺序：有多种气体需要检验时，应尽量避免前步检验对后步检验的干扰。如被检验的气体中是否含有二氧化碳和水蒸气时，应先检验水（用无水硫酸铜检验），后检验二氧化碳（用澄清石灰水检验），最后干燥水（用浓硫酸干燥）。‎ 记住常见物质的特征反应：CO2能使澄清石灰水变浑浊，白色的无水硫酸铜遇H2O变蓝。要验证H2和CO等还原性气体，可先将净化后的气体通过灼热的CuO，再检验其产物。检验H2的存在是通过其与CuO反应生成H2O，检验H2O时一定要将产物先通过无水 CuSO4检验。要验证CO和CO2的混合气体，可先将混合气体通入澄清石灰水，后通过灼热的CuO，再检验CO。‎ 例题解析：‎ ‎1.氨气（NH3）是一种无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水。加热氯化铵（NH4Cl）和熟石灰两种固体的混合物可制取氨气，同时生成氯化钙和水。回答下列问题：（1）实验室制取氨气的化学方程式为： ；最好选用下图 （选填装置A、B、C、D）气体发生装置制取氨气 （2）欲制得氨气(氨气溶于水)，且能避免倒吸，最好在其发生装置后连接下图 装置。（选填E或F）。‎ ‎2. 实验室用下图所示装置的部分或全部组合后完成如下实验，请回答下列问题：‎ d e A B C D ‎ ‎ ‎ ‎（1）小明要证明鸡蛋壳的主要成分是碳酸盐，他将A装置中的导气管a与C装置中的导气管 相连，当装置C中产生 的现象时即达到实验目的。‎ ‎ （2）若将A装置中的药品换成稀硫酸和锌粒，产生的H2经干燥后用D装置收集，当D装置的瓶口向下时，导管口的连接顺序应是a→ 。‎ ‎（3）B装置中使用过的浓硫酸稀释后，还可以用作它用， 用烧杯稀释浓硫酸时，应向烧杯中倒入的物质是 。‎ ‎3.在实验室中，同学们用如下装置制取纯净的CO2，下列说法不正确的是 ‎[查阅资料]饱和碳酸氢钠溶液可以吸收HCl而不吸收CO2‎ A.①中固体反应物也可用Na2CO3代替 B.③中没有白色沉淀产生，说明CO2气体中已经不混有HCl气体 ‎ C.④中浓H2SO4的作用是吸收CO2气体中混有的H2O ‎ D.将燃着的小木条放在⑤中的集气瓶中，可以检验集气瓶是否收集满CO2‎ 思考：各装置的作用？‎ 巩固练习：‎ ‎1.下列选项中括号内物质为杂质，右边为除杂试剂，其中合理的是 ( )‎ A．SO2（HCl） 氢氧化钠溶液 B．O2（H2O） 浓硫酸 C．H2（O2） 灼热的氧化铜 D．CO（SO2） 灼热的氧化铜 ‎2.实验室常利用以下装置完成气体制备及性质实验。请回答：‎ ‎①‎ A B C D E F b a c 混合 气体 澄清的 石灰水 稀盐酸 ‎②‎ ‎（1）指出编号仪器的名称：① ，② 。‎ ‎（2）以上 （从A—E中选择）装置有一处明显的错误，请加以改正 。利用改正后的装置继续完成后面的实验。‎ ‎（3）欲使用高锰酸钾制取氧气，应选择的发生装置是 （填字母），反应原理用化学方程式表示为 ；为防止高锰酸钾粉末进入导管，应采取的措施是 ；若使用C装置收集氧气，实验结束时，应先从水槽中移出导气管，再熄灭酒精灯，原因是 。‎ ‎（4）将CO2和CO的混合气体通过F装置（液体药品均足量），实验开始时关闭活塞b，打开活塞a，广口瓶中观察到的现象是 ，此时从导管c逸出的气体主要是 。一段时间后，再关闭活塞a，打开活塞b，将分液漏斗中的稀盐酸滴入广口瓶中，此时逸出的气体主要是 ，反应原理用化学方程式表示为 ，欲收集该气体，应选择的装置是 （填字母），验满的方法是 。‎ ‎3. (2013南宁市)实验室部分仪器或装置如下图所示，请回答下列问题。‎ ‎（1）实验室常用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳气体，发生装置可选择图中的___________（填仪器字母）进行组装，反应的化学方程式为__________________________________________。学科王 ‎（2）在制取过程中，小雨同学选用F装置收集二氧化碳，并用燃着的小木条放在瓶口验证二氧化碳是否收集满，结果发现小木条始终不灭，说明该瓶气体没有集满。出现上述情况的原因可能是1_________________，2_________________，3_________________（写出其中3条）。‎ ‎（3）采用上述方法制取的二氧化碳中常含有氯化氢气体和水蒸气。为获得纯净、干燥的二氧化碳气体，可选用右图所示的H装置和I装置进行除杂和干燥，导管口连接的正确顺序是：‎ 气体→（ ）→（ ）→（ ）→（ ）→F。‎ ‎（4）在实验室中制取氢气，发生装置与制二氧化碳的相同，收集方法可采用（填“向上”或“向下”）排空气法。若用右图所示J装置采用“排空气法”收集氢气，请在图中将导管补画完整。‎ 为了探究二氧化碳的性质，某同学设计了如图所示的实验：‎ ‎（1）写出石灰石与稀盐酸反应的化学方程式： 。‎ ‎（2）用注射器注入稀盐酸，一段时间后，可观察到在1、2两处中有一处有明显的现象发生，该实验现象是 。‎ ‎（3）3处的澄清石灰水变浑浊，这是由于 ‎ 的缘故。‎ ‎（4）说出该改进装置的优点（写一条） 。‎ 某校化学兴趣小组的同学根据实验室提供的仪器和药品，在老师的指导下从下图中选择装置进行了氧气的制备实验。学科王 ‎ ‎ A B C D E ‎（1）写出仪器a的名称： 。‎ ‎（2）甲同学从上图中选择B、E装置的组合制取氧气，反应的化学方程式为： ① ‎ ‎。在用胶皮管连接装置B和E中的玻璃导管时，应先把玻璃管口 ② ，然后稍稍用力把玻璃管插入胶皮管。收集气体前，应将集气瓶装满 ③ 并盖上 ④ 。收集氧气还可选用的装置是 ⑤ 。‎ ‎（3）乙同学称取一定质量的KMnO4固体放入大试管中，将温度控制在‎250℃‎加热制取O2。实验结束时，乙同学发现用排水法收集到的O2大于理论产量。针对这一现象，同学们进行了如下探究：‎ ‎[提出猜想]猜想I：反应生成的MnO2分解放出O2；‎ 猜想II：反应生成的K2MnO4分解放出O2；‎ 猜想III：反应生成的K2MnO4和MnO2分解都放出O2。‎ ‎[实验验证]同学们分成两组，分别进行下列实验：‎ 第一组同学取一定质量的MnO2，在‎250℃‎条件下加热一段时间，冷却后测得MnO2的质量不变，则猜想 ① 错误；第二组同学取K2MnO4在‎250℃‎条件下加热，没有用测定质量的方法得出了猜想II正确的结论。该组同学选择的实验方法是 ② 。‎ ‎[拓展延伸]实验发现，KClO3固体加热制取O2的反应速率很慢，但如果将KMnO4固体与KClO3固体混合加热，则KClO3的分解速率大大加快。请说明KMnO4在KClO3的分解反应中是否作催化剂，为什么？ ③ 。‎ ‎[实验反思]通过以上实验探究，你对“实验室制取氧气”还想探究的问题是 ④ 。‎ ‎4．氯气有毒，会对上呼吸道黏膜造成伤害，症状严重时会致人死亡，少量氯气可通过碱溶液除去。‎ 某同学利用“多米诺骨牌”效应，设计了如图气体制取与性质验证的组合实验，打开A中分液漏斗的活塞，很快看到E中导管口有气泡冒出，且溶液由紫色变红色．请看图回答问题：‎ ‎（1）A中反应的化学方程式 　；B中白磷不燃烧，原因是　 ．‎ ‎（2）C、D中看到的现象分别是 　、　 ．‎ ‎（3）用化学方程式表示E中颜色变化的原因　 ；用F装置收集气体的依据是 　．‎