备战2023年中考科学二轮专题导练 考点05 气体的制取与净化

考点05气体的制取与净化

考点精讲

【实验室制取气体的一般思路和方法】

一、气体发生装置的选择：考虑反应物的状态和反应所需条件

固体加热产生气体　　　　　　　　     固体和液体在常温下产生气体

常见固液常温型气体发生装置的特点

二、气体收集装置选择：考虑气体的水溶性和密度

　　　　排水法　　　　　　　　向上排空气法　　　　　　　向下排空气法

      (不易溶于水)　　　　　（密度比空气大）　　　　 （密度比空气小）

三、装置气密性检查

①先将导管一端浸入水中，用手捂住试管外壁，水中有气泡出现，手离开试管后导管处形成一段水柱，则装置气密性好。

②关闭止水夹，往长颈漏斗中注入水使之下端浸在水中，继续加水形成一段水柱，产生高度差，在一段时间内水柱不发生回落，说明气密性良好。

四、氧气、二氧化碳、氢气的制取原理：

1.分解过氧化氢：2H2O22H2O＋O2↑

2.分解高锰酸钾：2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑

3.分解氯酸钾：2KClO32KCl＋3O2↑

4.利用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳化学原理：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

5.实验室用锌粒和稀硫酸制取氢气：Zn＋H2SO4=== ZnSO4＋H2↑

五、多功能瓶

1．集气

收集密度比空气大的气体时，不装水，接口顺序为：a→b

收集密度比空气小的气体时，不装水，接口顺序为：b→a

用排水法收集气体时，瓶内装满水，接口顺序为：b→a

2．洗气

吸收水蒸气：用浓硫酸；吸收CO2：用氢氧化钠溶液；

吸收HCl：用氢氧化钠溶液；吸收CO2中的HCl：用饱和碳酸氢钠溶液。

3．检验气体

检验CO2：用澄清石灰水；   检验HCl：用硝酸银溶液。

六、气体的净化

1. 净化：将不纯气体中的杂质气体除去从而得到较纯净气体的过程。

2. 原则：选用的净化剂只能吸收杂质气体，而不能与被净化的气体发生反应，且不能引入新的杂质气体。

3. 常见气体的除杂剂

七、气体的干燥

1. 干燥：用干燥剂除去气体中混有的水蒸气的过程。

2. 原则：干燥剂只能吸收气体中的水分，而不能与气体发生反应。

3. 常见气体的干燥

注意：①若用洗气装置除杂，一般除杂在前，干燥在后。因为从溶液中出来的气体中会混有水蒸气，干燥在后可将水蒸气完全除去。

②若用加热装置除杂，一般是干燥在前，除杂在后。因为加热时气体中最好不要混有水蒸气。

八、尾气处理

真题解析

例题

1．欲通过实验证明CO2能与KOH发生反应，某兴趣小组利用如图所示装置进行探究实验（实验装置中的夹持仪器已略去）。先挤压胶头滴管，将KOH溶液滴入到充满CO2的试管中，再打开止水夹，可观察到烧杯中的水发生倒吸。

（1）甲同学得出二者能发生反应的结论，但乙同学认为上述实验不足以证明CO2与KOH发生了反应，理由是______。

（2）已知K2CO3溶液呈碱性。为进一步证明CO2与KOH发生了反应，下列实验设计可行的是______（填数字序号）。

①利用原装置，将KOH溶液换成水做对比实验，观察现象

②在原实验后的试管中继续滴加CaCl2溶液，观察现象

③在原实验后的试管中继续滴加酚酞溶液，观察现象

答案

1．     二氧化碳能够溶于水     ①②

【解析】

【详解】

（1）甲同学得出二者能发生反应的结论，但乙同学认为上述实验不足以证明CO2与KOH发生了反应，理由是二氧化碳能够溶于水，如果二氧化碳溶于氢氧化钾溶液中，也能够出现相同的实验现象。

（2）①利用原装置，将KOH溶液换成水做对比实验，根据倒吸入试管中水的多少可以判断二氧化碳能否和氢氧化钾反应，该选项可行；②在原实验后的试管中继续滴加CaCl2溶液，如果产生白色沉淀，说明氢氧化钾和二氧化碳反应生成了碳酸钾，因为碳酸钾和氯化钙反应生成了白色沉淀碳酸钙，而氢氧化钾不与氯化钙溶液反应，无现象，该选项可行；③在原实验后的试管中继续滴加酚酞溶液，由于氢氧化钾溶液和碳酸钾溶液都是显碱性溶液，都能使酚酞试液变红色，因此不能判断二氧化碳和氢氧化钾是否反应，该选项不可行。故选①②。

2．小科向6g石灰石（含杂质且杂质不和酸反应）中加入60g溶质质量分数为7.3%的稀盐酸来制取二氧化碳，测得反应过程中溶液的pH与加入的稀盐酸的关系如图所示。

（1）小科对制取的CO2进行收集之后，将燃烧着的木条___________（选填“伸至集气瓶口”或“伸入集气瓶”），发现木条熄灭，证明CO2已集满。

（2）加入盐酸质量为60g时，溶液中的溶质为___________（填化学式）。

（3）小科使用的稀盐酸由36.5%的浓盐酸配制，则配制60g稀盐酸需蒸馏水___________g。

（4）求石灰石中碳酸钙的质量分数（计算结果保留1位小数）。___________

答案

2．     伸至集气瓶口     HCl、CaCl2     48     16.7%

解：由图像可知，参加反应的稀盐酸的质量为50g，设石灰石中碳酸钙的质量为y。

y=5g

答：石灰石中碳酸钙的质量分数为：≈83.3%。

【解析】

【分析】

盐酸和石灰石的主要成分碳酸钙反应生成氯化钙、水和二氧化碳，此阶段溶液的pH保持在7不变，待碳酸钙反应完后，盐酸过量，溶液显酸性。

【详解】

（1）气体的验满在瓶口处进行，小科对制取的CO2进行收集之后，将燃烧着的木条伸至集气瓶口，发现木条熄灭，证明CO2已集满。

（2）盐酸是氯化氢气体的水溶液，加入盐酸质量为60g时，溶液中的溶质为过量的HCl、反应生成的CaCl2。

（3）设小科使用的稀盐酸由36.5%的浓盐酸配制，配制60g稀盐酸需蒸馏水的质量为x，根据稀释前后溶质的质量相等，则60g×7.3%=（60g-x）×36.5%，x=48g

（4）见答案。

3．学了物质及其变化后，同学们利用装修后剩下的大理石碎片进行相关实验。

（1）一位同学设计了装置A制取CO2，该装置能通过上下移动穿过橡胶塞的粗铜丝来控制反应的发生或停止。大理石碎片应放在______中。根据气体制备的一般原则，A中的粗铜丝能否用铁丝代替______（填“能”或“不能”），原因是______。

（2）浓H2 SO4 具有强烈的吸水性，可作为干燥剂除去某些气体中的水份。如用装置B干燥CO2，则CO2应从______（填字母）端口通入。

（3）如用装置C收集CO2，则CO2应从______（填字母）端口通入。

（4）装置D用于通入CO2将水压入量筒中以测量CO2的体积，植物油的作用是______。D中液体未装满，对测量CO2气体的体积有无影响______（填“有”或“无”）

答案

3．     有孔塑料瓶     不能     铁丝和稀盐酸反应生成气体     a     c     防止二氧化碳溶于水     无

【解析】

【详解】

（1）大理石碎片应放在有孔塑料瓶中。根据气体制备的一般原则，A中的粗铜丝能不能用铁丝代替，原因是：铁丝和稀盐酸反应生成氢气。

（2）如果用装置B干燥二氧化碳，那么必须使二氧化碳进入浓硫酸，即从a端口通入。

（3）二氧化碳的密度大于空气，会沉积在底部，因此：如用装置C收集CO2，则CO2应从c端口通入。

（4）装置D用于通入CO2将水压入量筒中以测量CO2的体积，植物油的作用是防止二氧化碳溶于水

。D中液体未装满，对测量CO2气体的体积无影响。

4．化学小组同学设计了探究二氧化碳与氢氧化钠溶液反应的方案，实验步骤如下：

（1）如甲图所示装置的气密性良好，三瓶250mL的烧瓶内收集满CO2气体，三个注射器内各装有90mL的液体（分别是水、40%的氢氧化钠溶液、饱和澄清石灰水）。连接好装置和压强传感器。

（2）三位同学同时迅速将注射器内90mL的液体注入各自烧瓶中，关闭活塞。

（3）一段时间后，同时振荡烧瓶。观察传感器定量实时地传回烧瓶内气压变化形成的图像情况如乙图所示。

试回答下列问题：

（1）曲线1对应反应的化学方程式为_______；曲线1与曲线2差异较大的原因是_______。

（2）导致曲线3中CD段气压急速减小的操作是_______。不改变装置和药品的情况下，进一步降低E点的方法是_______。

（3）对比曲线1、2、3，不能得出的结论是_______（填序号，多选）。

①CO2能与水发生反应

②CO2能与NaOH溶液发生反应

③检验CO2用饱和澄清石灰水较适

④吸收CO2用NaOH溶液较合适

答案

4．     2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O     氢氧化钠溶液浓度大，吸收二氧化碳多，而饱和澄清石灰水浓度小，吸收二氧化碳少     振荡烧瓶     冷却##降温     ①③

【解析】

【详解】

（1）三种液体对二氧化碳的吸收能力强弱：氢氧化钠溶液>饱和石灰水>水，因此装置内压强的变化量大小依次为：氢氧化钠溶液>饱和石灰水>水。曲线1压强变化最大，则曲线1是二氧化碳与氢氧化钠的图象，即二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，反应的化学方程式为：2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O。曲线2是氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙和水，而曲线1与曲线2差异较大的原因：氢氧化钠溶液浓度大，吸收二氧化碳多，而饱和澄清石灰水浓度小，吸收二氧化碳少。

（2）在二氧化碳溶于水的实验中，不断振荡，可以加快溶解速度。导致曲线3中CD段气压急速减小的操作是振荡烧瓶。气体的溶解度随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。不改变装置和药品的情况下，进一步降低E点的方法是冷却（或降温）。

（3）①二氧化碳能溶于水，所以通过以上实验不能得出二氧化碳与水反应，需要做一个对照实验即可，所以不能得出①结论；

②加入氢氧化钠后二氧化碳急速减少，压强减小的很明显，说明二氧化碳与氢氧化钠发生了反应，故能得出②的结论；

③由于饱和的澄清石灰水吸收二氧化碳很少，不能用来检验二氧化碳，用石灰水的不饱和溶液较好，故不能得出③的结论；

④由于氢氧化钠溶液吸收二氧化碳比较多，所以吸收CO2用NaOH溶液较合适，故能得出④的结论。

故选①③。

5．在燃烧正旺的炭火盆上，不小心洒上几滴水，会看到有火苗窜起。这是什么气体在燃烧？小越、小响、小轩和小孟同学组成的合作学习小组对气体的成分展开了探究。

【组内交流，形成共识】火焰是气体物质燃烧产生的现象，既然有火苗，水与炽热的碳反应肯定产生了可燃性气体，同时应该还有未反应的水蒸气。

【提出猜想】

小孟：可能含有CO；

小越：可能含有H2；

小响：也可能是CO和H2的混合物；

小轩：不排除有非可燃性气体生成，有可能还有少量的CO2。

【查阅资料】

无水硫酸铜遇水由白色变为蓝色。

【设计实验】合作学习小组成员设计了如上实验装置图，并进行了实验（已知试管内棉花不参与反应，它的作用是制造水蒸气）。

（1）丙装置中浓氢氧化钡溶液的作用是___________。

（2）能证明混合气体中存在CO的现象是___________

（3）小孟认为：根据上述现象还不能确定气体中的某一种成分是否存在，要证明该气体是否存在，只需将上述装置稍作改进即可。你认为小金的改进方法是___________。

（4）小响小认为该实验装置经上述改进后，还存在一个明显的缺陷是___________。

【结论】：炽热的碳和水蒸气反应有H2、CO和CO2生成。

答案：

5．     检验并吸收CO2     乙中澄清石灰水不变浑浊，C中澄清石灰水变浑浊     将装置C与D调换位置     缺少尾气处理装置

【解析】

【详解】

（1）氢氧化钡能与二氧化碳反应， 丙装置中浓氢氧化钡溶液的作用是检验并吸收CO2，故填检验并吸收CO2。

（2）CO能与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，若观察到乙中澄清石灰水不变浑浊，则说明二氧化碳除尽，C中澄清石灰水变浑浊，说明生成了二氧化碳，即证明CO的存在，故填乙中澄清石灰水不变浑浊，C中澄清石灰水变浑浊。

（3）因氢气与能与氧化铜反应，所以该装置无法证明氢气的存在，氢气与氧化铜反应生成铜和水，可通过证明水的生成来证明氢气的存在，但气体通过C时会带出水蒸气，所以需C、D互换后可证明生成水，故填将装置C与D调换位置。

（4）该实验尾气中存在一氧化碳，且缺少尾气处理装置，会造成空气污染，存在不足，故填缺少尾气处理装置。

突破提升

一、选择题

1．人类常利用化学反应得到所需要的物质，如图是X、Y、Z、W四种物质的转化关系（都能通过步反应实现），则X、Y、Z、W依次可能是（　　）

A．C、CO、CO2、H2CO3

B．CaO、Ca(OH)2、CaCl2、CaCO3

C．Mg、MgO、MgCl2、Mg(OH)2

D．Cu、CuO、Cu(OH)2、CuSO4

2．铁矿石冶炼成铁的主要反应原理是在高温条件下，用还原剂（主要是一氧化碳）从铁矿石里把铁还原出来，反应方程式为3CO+Fe2O32Fe+3CO2，如图是实验室模拟工业炼铁的实验装置图，下列说法不正确的是（　　）

A．实验时，先点燃酒精喷灯，再通入CO气体

B．B处发生的化学反应说明CO具有还原性

C．该实验可以观察到C处澄清石灰水变浑浊

D．该实验缺少尾气处理装置，会污染空气

请点击修改第II卷的文字说明

二、简答题

3．为测定某钙片中碳酸钙的质量分数（钙片中其他成分不参与反应），小乐取10g钙片研磨后，进行了如图所示的实验（忽略水分蒸发）。回答下列问题：

（1）研磨钙片的目的是________。该实验中，装置的气密性对测定结果________（选填“有”或“无”）影响。

（2）计算该钙片中碳酸钙的质量分数________。（写出计算过程）。

三、探究题

4．硫酸和稀盐酸都能与碳酸钙反应生成二氧化碳。老师告诉同学们实验室制取二氧化碳要用稀盐酸与石灰石，兴趣小组的同学对其原因进行了如下探究，实验过程见下表。

（1）对比实验__________（填序号）可知反应速度的快慢与反应物接触面积的大小有关。

（2）实验室制取二氧化碳最合适的药品组合是__________（填序号）。

（3）某同学认为若选择下列装置中的__________（填字母），也可以利用药品组合③或④来制取二氧化碳。同学们利用他推荐的装置，也顺利制取了二氧化碳。

A．B．C．

5．利用如图装置对NaOH的化学性质进行探究。

（1）图一试管①中发生反应的实验现象为_______。

（2）小丽同学利用温度计测定试管②中溶液的温度变化（如图二），证明反应发生。由此可知该反应是________反应（填“吸热”或“放热”）。

（3）小华同学设计了如图三的实验，充分振荡软塑料瓶后，观察到_______，证明试管③氢氧化钠和二氧化碳发生了反应，反应的化学方程式为___________。

6．菠菜柔软滑嫩、味美色鲜，但菠菜中草酸含量较高，如果食用含草酸较多的食物，尿中草酸含量明显增多，尿路结石的危险性也随之增加。小金同学通过査阅资料得知，草酸的化学式为 H2C2O4，并且草酸受热会分解，他对草酸受热分解及其产物的检验做了探究，实验装置如图所示：

（1）小金同学认为草酸分解的产物不可能只有 CO2，理由是___________。

（2）小金同学按图装置进行实验，观察到无水硫酸铜由白色变成蓝色，小金同学认为草酸的分解产物中有 H2O，你觉得对吗？为什么？如果不对，应如何改进？___________。

（3）经过实验，最终小金同学得出结论，草酸分解产物是 CO2、CO 和 H2O，请写出草酸受热分解的化学反应方程___________。

四、填空题

7．如图为家庭制氧机内桶构造示意图，桶上设有制氧剂投药口和出气口。已知：

i．制氧剂的主要成分是过碳酸钠（Na2CO4）和催化剂。

ii．本产品用于人体保健吸氧，产生的氧气需通入水中净化。

（1）制氧时，从投药口中投入药品后，立即将其关闭。

①过碳酸钠加入水中后，反应产生过氧化氢和碳酸钠，其化学方程式为：________。过氧化氢再在催化剂的作用下产生氧气。

②氧气的出口为________。

（2）若在装置的Ⅰ、Ⅱ中放入其它试剂，可以研究金属的性质：在Ⅰ中加入较多铁屑和过量稀盐酸，Ⅱ中只加入锌粒，关闭a口。一段时间后，Ⅱ中可以观察到的现象有________。

8．酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都会产生二氧化碳，将适量的酵母菌和葡萄糖营养液密封到玻璃瓶中，瓶中还有空气。

（1）有氧呼吸与无氧呼吸相比，其产物有何不同？________

（2）实验后，向瓶中液体滴入紫色石蕊试液，溶液变红，这是因为二氧化碳与水反应成了________。

（3）酵母菌有氧呼吸消耗氧气和产生二氧化碳的体积相等。实验中，红墨水先向左移动，后向右移动，其原因是________。（忽略温度变化）

9．某钢铁厂高炉炼铁的主要原料为焦炭、赤铁矿石（主要含Fe2O3）、空气等，主要反应过程如图所示：

（1）写出上面方框中A的化学式___________，B的化学式___________。

（2）写出反应③的化学方程式___________。

10．人类发现二氧化碳经历了多个世纪，下列是其历程中的部分资料。   

资料一：早在公元三世纪，张华在《博物志》中就有“烧白石作白灰既讫……”的记载，即如图反应①，其中“白石”即石灰石，“白灰”即氧化钙。

资料二：1754年布莱克首次制得CO2，并完成了如图的物质转化研究。

资料三：1769年，英国化学家普里斯特利发现，向水中注入二氧化碳，就可以制作出碳酸水。1823年英国科学家法拉第通过加压得到液态二氧化碳。

（1）反应①发生后，可得到的气体为___________，该反应属于___________（填基本反应类型）；

（2）写出布莱克实验中反应③的化学方程式：___________；

（3）“碳酸水”与“液态二氧化碳”在成分上的区别主要是___________。

11．如图所示：若关闭II阀打开I阀，紫色小花（用石蕊溶液染成）变红；若关闭I阀打开II阀，小花不变红。

（1）若甲瓶中未发生化学反应，则甲瓶中盛有的液体可能是_______；

（2）若甲瓶中发生化学反应，但无明显现象，则甲瓶中发生的反应方程式可能为_______。