2021年高考化学一轮复习讲义 第4章 专题讲座二　常见气体的实验室制备、净化和收集

专题讲座二　常见气体的实验室制备、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

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

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a、c装置。

③制取H2时，尾气处理可采用a、c装置。

题组一　气体的制备与性质探究

1．(2019·大连高三上学期期中)用下图所示装置进行实验，下列实验现象描述错误的是(　　)

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，淀粉遇碘显蓝色，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，生成淡黄色沉淀，正确。

2．(2020·沈阳高三检测)用如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是(　　)

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，向装置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．(2019·成都高三上学期联考)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(　　)

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还原性，错误；B项，氯气通入溴化亚铁溶液中先氧化亚铁离子，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．(2019·武汉高三上学期期中)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(　　)

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后产生胶状沉淀，说明产生H2SiO3，即H2SO3的酸性强于H2SiO3的酸性，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，因此白色沉淀是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．(2020·信阳高三月考)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．硫酰氯(SO2Cl2)是重要的化学试剂，其熔点为－54.1 ℃，沸点为69.1 ℃，遇冷水逐渐分解，其制备原理为SO2(g)＋Cl2(g)===SO2Cl2(l)　ΔH＝－97.3 kJ·mol－1，现用如图所示装置(夹持仪器已略去)进行实验。

下列说法正确的是(　　)

A．A的作用是冷凝回流，冷凝水应b口进a口出

B．乙和丙中分别盛装饱和食盐水和浓硫酸

C．活性炭可加快反应速率

D．B中最好盛装碱石灰，其作用只是为了除去多余的SO2和Cl2

答案　C

解析　由于反应放热会使SO2Cl2挥发损失，所以冷凝管的作用为冷凝回流，冷凝水应a口进b口出，A项错误；由于SO2Cl2遇冷水逐渐分解，所以制得的氯气应先用饱和食盐水除去挥发出来的HCl，再用浓硫酸除去水蒸气，B项错误；从反应原理看，活性炭不参与反应，而活性炭的特点是表面积大，具有吸附作用，所以其可增大两种反应物的接触面积，使反应速率加快，C项正确；B中盛装碱石灰，既要防止多余的SO2和Cl2逸出污染环境，也要防止空气中的水蒸气进入装置使SO2Cl2水解，D项错误。

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　(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是尾气处理装置，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固体(或生石灰或碱石灰)

(2)BDADC

解析　(2)该实验在B装置产生氨，通过D干燥氨，在A中NH3与MxOy反应，生成的水在D中被吸收，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。