2019届一轮复习人教版第四章专题讲座二气体的实验室制备、净化和收集学案

2019届一轮复习人教版第四章专题讲座二气体的实验室制备、净化和收集学案

专题讲座二　气体的实验室制备、净化和收集 ‎1．气体制备实验的基本思路 ‎2．重要气体的发生装置 依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将制备气体的发生装置分为三类：‎ ‎(1)固体＋固体气体 发生装置：‎ 制备气体：O2、NH3、CH4等。‎ ‎(2)固体＋液体或液体＋液体气体 发生装置：‎ 制备气体：Cl2、C2H4等。‎ ‎(3)固体＋液体(不加热)―→气体 发生装置：‎ 制备气体：选择合适的药品和装置能制取中学化学中常见的气体。‎ ‎3．气体制备装置的改进 ‎(1)‎ 改进的目的：用于加热易熔化的固体物质的分解，这样可有效地防止固体熔化时造成液体的倒流，如草酸晶体受热分解制取CO2气体。‎ ‎(2)“固体＋液体―→气体”装置的创新 ‎(3)“固(液)＋液气体”装置的创新 图A的改进优点是能控制反应液的温度。‎ 图B的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利流下。‎ ‎4．气体的除杂方法 ‎(1)除杂试剂选择的依据：主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性。‎ 除杂原则：①不损失主体气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④‎ 先除易除的杂质气体。‎ ‎(2)气体干燥净化装置 类型 液态干燥剂 固态干燥剂 固态干燥剂 固体，加热 装置 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 常见干燥剂 浓H2SO4(酸性、强氧化性)‎ 无水氯化钙(中性)‎ 碱石灰(碱性)‎ 除杂试剂Cu、CuO、Mg等 当CO2中混有O2杂质时，应选用上述Ⅰ～Ⅳ中的Ⅳ装置除O2，除杂试剂是Cu粉。‎ ‎5．气体的收集方法 收集方法 收集气体的类型 收集装置 可收集的气体(举例)‎ 排水法 难溶于水或微溶于水，又不与水反应的气体 O2、H2、NO、CO等 排空气法 向上排空气法 密度大于空气且不与空气中的成分反应 Cl2、SO2、NO2、CO2‎ 向下排空气法 密度小于空气且不与空气中的成分反应 H2、NH3‎ ‎6.集气装置的创新——排液集气装置 装置(Ⅰ)从a管进气b管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，还可以收集以下气体。‎ ‎①饱和食盐水——收集Cl2。‎ ‎②饱和NaHCO3溶液——收集CO2。‎ ‎③饱和NaHS溶液——收集H2S。‎ ‎④四氯化碳——收集HCl或NH3。‎ 装置(Ⅱ)储气式集气。气体从橡胶管进入，可将水由A瓶排入B瓶，在瓶A中收集到气体。‎ ‎7．尾气处理的原因、方法及装置 ‎(1)原因：有些气体有毒或有可燃性，任其逸散到空气中，会污染空气或者引发火灾、爆炸等灾害。‎ ‎(2)处理方法：一般根据气体的相关性质，使其转化为非气态物质或无毒物质，如酸性有毒气体用碱溶液吸收，可燃性气体用点燃等措施。‎ ‎(3)尾气处理装置(见下图a、b、c)‎ ‎①实验室制取Cl2时，尾气的处理可采用b装置。‎ ‎②制取CO时，尾气处理可采用ac装置。‎ ‎③制取H2时，尾气处理可采用ac装置。‎ 题组一　气体的制备与性质探究 ‎1．(2017·临沂市高三上学期期中考试)用下图所示装置进行实验，下列实验现象描述错误的是(　　)‎ 实验 试剂甲 试剂乙 试剂丙 丙中的现象 A 稀盐酸 CaCO3‎ Na2SiO3溶液 有白色沉淀生成 B 浓硫酸 Na2SO3‎ BaCl2溶液 有白色沉淀生成 C 过氧化氢 MnO2‎ 酸性KI淀粉溶液 溶液变为蓝色 D 浓盐酸 KMnO4‎ Na2S溶液 有淡黄色沉淀生成 答案　B 解析　A项，盐酸和碳酸钙反应生成CO2，CO2与硅酸钠溶液反应生成硅酸白色沉淀，正确；B项，浓硫酸与亚硫酸钠反应生成SO2，但SO2与氯化钡不反应，错误；C项，过氧化氢在二氧化锰的作用下分解生成氧气，氧气把碘化钾氧化为单质碘，碘遇淀粉显蓝色，正确；D 项，浓盐酸与高锰酸钾混合生成氯气，氯气把硫化钠氧化为单质S，产生淡黄色沉淀，正确。‎ ‎2．(2018·曲阜市高三检测)用如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是(　　)‎ 选项 实验目的 试剂a 试剂b 试剂c 装置 A 验证非金属性：S>C>Si 稀硫酸 Na2CO3‎ Na2SiO3溶液 B 制备纯净的氯气 浓盐酸 MnO2‎ 饱和食盐水 C 检验溶液X中含有CO 盐酸 溶液X 澄清石灰水 D 除去Na2SO3中的Na2SO4‎ 氯水 混合物 NaOH溶液 答案　A 解析　A项，装置b中出现气体，说明硫酸的酸性强于碳酸，装置c中出现沉淀，说明碳酸的酸性强于硅酸，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强，即S>C>Si，正确；B项，MnO2和浓盐酸反应，需要加热，此装置中没有加热装置，饱和食盐水除去氯气中的HCl，从装置c中出来的氯气中混有水蒸气，不是纯净的，错误；C项，装置b中加入盐酸，出现能使澄清石灰水变浑浊的气体，不能说明X中含有CO，可能含有HCO或SO或HSO，错误；D项，氯水具有强氧化性，能把SO氧化成SO，不能达到实验目的，错误。‎ ‎3．(2017·湖北省部分重点高中协作体高三上学期联考)利用如图所示装置进行下列实验，能得到相应实验结论的是(　　)‎ 选项 ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ 实验结论 A 浓硫酸 Na2SO3‎ KMnO4溶液褪色 SO2有漂白性 B 浓盐酸 KMnO4‎ FeBr2溶液变为黄色 氧化性：Cl2>Br2‎ C 稀硫酸 碳酸钠 CaCl2溶液无明显变化 CO2不与CaCl2反应 D 浓硫酸 蔗糖 溴水褪色 浓硫酸具有脱水性、吸水性 答案　C 解析　A项，二氧化硫使酸性高锰酸钾溶液褪色表现的是二氧化硫的还原性，错误；B项，氯气通入溴化亚铁溶液先氧化亚铁离子，使溶液变为黄色，错误；C项，碳酸的酸性弱于盐酸，所以二氧化碳不与氯化钙反应，正确；D项，溴水褪色说明有二氧化硫生成，证明了浓硫酸的强氧化性，错误。‎ ‎4．(2017·江西省临川区第一中学高三上学期期中考试)用下图所示装置进行实验，下列对实验现象的解释不合理的是(　　)‎ 选项 ‎①中试剂 ‎①中现象 解释 A 品红溶液 溶液褪色 SO2具有漂白性 B Na2SiO3溶液 产生胶体沉淀 酸性：H2SO3>H2SiO3‎ C Ba(NO3)2溶液 生成白色沉淀 SO与Ba2＋生成白色BaSO3沉淀 D 酸性KMnO4溶液 紫色褪去 SO2具有还原性 答案　C 解析　Cu和浓硫酸发生反应Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。A项，SO2具有漂白性，能使品红溶液褪色，正确；B项，通入SO2后产生胶体沉淀，说明产生H2SiO3，即H2SO3酸性强于H2SiO3，正确；C项，SO2溶于水，溶液显酸性，NO在酸性条件下具有强氧化性，能把H2SO3或SO氧化成SO，因此沉淀是BaSO4，错误；D项，酸性高锰酸钾溶液具有氧化性，紫色褪去，说明SO2具有还原性，正确。‎ 题组二　高考新题型——和气体制备有关的仪器连接分析 ‎5．(2017·全国卷Ⅰ，10)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．①②③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 答案　B 解析　A项，气体从溶液中逸出易带出水蒸气，所以浓硫酸应放在③中，错误；B项，先通 H2以排除空气，加热前应先检验H2的纯度，正确；C项，若先停止通H2，空气有可能重新将W氧化，应先停止加热，再关闭活塞K，错误；D项，MnO2和浓盐酸反应制氯气需要加热，不能用启普发生器制备，错误。‎ ‎6．(2018·海南省海南中学高三月考)用下图所示装置测定水中氢、氧元素的质量比，其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差，实验测得m(H)∶m(O)>1∶8。下列对导致这一结果的原因分析中，一定错误的是(　　)‎ A．Ⅰ、Ⅱ装置之间缺少干燥装置 B．Ⅲ装置之后缺少干燥装置 C．Ⅱ装置中玻璃管内有水冷凝 D．CuO没有全部被还原 答案　D 解析　用H2还原CuO时，装置Ⅲ中CaCl2吸收的是生成的水，而装置Ⅱ中玻璃管通H2前后的质量差为反应时消耗CuO中氧的质量，即生成水中氧元素的质量，而m(水)－m(氧)＝m(氢)。当Zn和稀硫酸反应产生的H2不干燥[m(水)偏大]，装置Ⅲ后不加干燥装置，使Ⅲ中CaCl2吸收空气中的水分[m(水)偏大]，Ⅱ中玻璃管内有水冷凝[m(氧)偏小]，都会造成测得m(H)∶m(O)>1∶8。H2O的组成与CuO是否完全反应无关，只与通H2前后玻璃管的质量差和生成的水有关。‎ ‎7．(2017·河北省武邑中学高三上学期期中考试)Cl2O是一种强氧化剂，易溶于水且会与水反应生成次氯酸，与有机物或还原剂接触会发生燃烧并爆炸。一种制取Cl2O的装置如图所示，加热装置和夹持仪器已略。‎ 已知：Cl2O的熔点为－116 ℃，沸点为3.8 ℃；Cl2的沸点为－34.6 ℃；HgO＋2Cl2===HgCl2＋Cl2O。下列说法正确的是(　　)‎ A．装置②③中盛装的试剂依次是浓硫酸和饱和食盐水 B．通干燥空气的目的是作氧化剂 C．从装置⑤中逸出气体的主要成分是Cl2O D．装置④与⑤之间不用橡皮管连接，是为了防止橡皮管燃烧和爆炸 答案　D 解析　A项，从饱和食盐水中逸出的气体中含有水蒸气，所以氯气要先通过饱和食盐水，再通过浓硫酸，即装置②③中盛装的试剂依次是饱和食盐水和浓硫酸，错误；B项，通干燥空气的目的是将Cl2O从发生装置完全赶出至收集装置，错误；C项，从装置⑤中逸出气体的主要成分是Cl2，错误；D项，装置④与⑤之间不用橡皮管连接，是为了防止橡皮管燃烧和爆炸，正确。‎ 题组三　仪器连接专练 ‎8．将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应，测定生成气体在通常状况(约20 ℃，1.01×105 Pa)的体积。某同学拟选用如图实验装置完成实验：‎ 最简易的装置其连接顺序：A接(______)(________)接(________)(________)接(________)(填接口字母，可不填满)。‎ 答案　E　D　G ‎9．实验室合成硫酰氯要先制取干燥氯气。制备干燥纯净的氯气所用仪器如下图：‎ 上述仪器的连接顺序：e接________，________接________，________接________，________接________(按气流方向，用小写字母表示)。‎ 答案　d　c　a　b　i　h　g ‎10．亚硝酸钠是一种工业盐，在生产、生活中应用广泛。现用下图所示装置(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物成分。‎ 已知：① NO＋NO2＋2OH－===2NO＋H2O ‎②气体液化的温度：NO2(21 ℃)、NO(－152 ℃)‎ ‎(1)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，目的是_______________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(从左向右连接)：A→________；组装好仪器后，接下来进行的操作是_______________________________________________。‎ 答案　(1)排出装置中的空气，防止干扰NO的检验 (2)CEDB　检查装置的气密性 解析　(1)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排出装置中的空气，防止干扰NO的检验，否则会影响NO和NO2的检验。(2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(从左向右连接)：A是发生装置，C是干燥除去水。因为NO2更易液化，先分离NO2，所以接E冷却二氧化氮，NO2分离后再检验NO，再接D通氧气，观察到气体从无色变成红棕色，说明是NO，B是尾气处理；吸收反应后剩余的NO和NO2的混合气体，防止污染空气。装置的连接为A→C→E→D→B；有气体参与或生成的实验必须检查装置的气密性，故组装好仪器后，接下来进行的操作是检查装置的气密性。‎ ‎11．利用如图装置，进行NH3与金属氧化物MxOy反应生成M、N2、 H2O，通过测量生成水的质量来测定M的相对原子质量。a中试剂是浓氨水。‎ ‎(1)仪器a的名称为________，仪器b中装入的试剂可以是____________。‎ ‎(2)按气流方向正确的装置连接顺序为________(填字母，装置可重复使用)。‎ 答案　(1)分液漏斗　NaOH或生石灰或碱石灰 (2)BDADC 解析　(1)仪器a的名称为分液漏斗，仪器b中装入的试剂可以是NaOH或生石灰或碱石灰。‎ ‎(2)该实验在B处产生氨，通过D干燥氨，在A处NH3与MxOy反应，生成的水在D处被吸收，残留氨被C吸收，所以按气流方向正确的装置连接顺序为BDADC。‎