高考化学一轮复习微专题强化提升课气体的制备净化和收集学案新人教版

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命题角度1:常见气体的制备
【典例1】(2021·怀化模拟)下列制备和收集气体的实验装置合理的是 ( )
【解析】选D。用氯化铵和氢氧化钙固体制氨气时有水生成,试管口应向下倾斜;NO能和空气中的氧气反应生成NO2,应用排水法收集;氢气密度比空气小,收集氢气时导管应短进长出。
命题角度2:新型气体的制备及性质实验
【典例2】二氧化氯(ClO2)是极易溶于水且不与水发生化学反应的黄绿色气体,沸点为11℃,可用于处理含硫废水。回答下列问题:
ClO2的制备:
已知:SO2+2NaClO3+H2SO4===2ClO2+2NaHSO4。
(1)装置A中反应的化学方程式为 。
(2)欲收集ClO2,选择图中的装置,其连接顺序为a→ (按气流方向,用小写字母表示)。
(3)装置D的作用是 。
【解析】(1)装置A中Cu与浓硫酸反应制备二氧化硫,化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) eq \(=====,\s\up7(△)) CuSO4+SO2↑+2H2O。(2)二氧化硫从a进入装置B中反应,为防止倒吸,故应在之前有安全瓶,则a→g→h,为反应充分,故再连接B装置中的b,二氧化氯沸点较低,故在D中冰水浴收集,为充分冷却,便于收集,故连接e,最后用NaOH溶液吸收未反应完的二氧化硫,防止污染空气,连接顺序为a→g→h→b→c→e→f→d。(3)装置D的作用为冷凝并收集ClO2。
答案:(1)Cu+2H2SO4(浓) eq \(=====,\s\up7(△)) CuSO4+SO2↑+2H2O
(2)g→h→b→c→e→f→d (3)冷凝并收集ClO2
(1)制取SO2最常用的方法是什么?试用化学方程式表示。
提示:Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+SO2↑
(2)C装置除了吸收尾气外,还可以起到防止倒吸的作用,下列装置中常见的防倒吸装置有哪些?
提示:②、③、④。②、③有大空间容纳倒吸的液体,④气体不溶于四氯化碳,可防止倒吸。
【归纳总结】气体制备实验的基本思路
1.三类气体发生装置
2.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。
3.气体的收集方法:
4.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A瓶中收集到气体。
5.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,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。
1.(双选)关于下列各装置图的叙述中,正确的是 ( )
A.装置①是洗气装置,除去氯气中的氯化氢
B.实验室用装置②制取氨气
C.装置③可用于制备氢氧化亚铁并观察其颜色
D.装置④中X若为四氯化碳,可用于吸收氨气,并防止倒吸
【解析】选A、D。装置①作洗气装置时,应长进短出,A正确;制取氨气时的药品不能选择氯化铵,因为加热生成的氯化氢和氨气在试管口处反应重新生成氯化铵;制备氢氧化亚铁时,胶头滴管要伸入溶液中;由于氨气在四氯化碳中溶解度很小,可以防止倒吸,D正确。
2.下图是实验室常用的气体制备、净化和收集装置。若依据反应H2C2O4
CO↑+CO2↑+H2O制取一氧化碳,则合理的装置组合为( )
A.①⑤⑧ B.③⑤⑦ C.②⑤⑥ D.③④⑧
【解析】选D。由反应物的状态和反应条件可选③作为制取装置。除去CO2可选用④或⑤装置,要收集CO只能用⑧装置,故合理的装置组合为③④⑧或③⑤⑧。
3.ClO2与Cl2的氧化性相近。在自来水消毒和果蔬保鲜等方面应用广泛。某兴趣小组通过图1装置(夹持装置略)对其制备、吸收、释放和应用进行了研究。
(1)仪器D的名称是 。安装F中导管时,应选用图2中的 。
(2)打开B的活塞,A中发生反应:2NaClO3+4HCl===2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O。为使ClO2在D中被稳定剂充分吸收,滴加稀盐酸的速度宜 (填“快”或“慢”)。
(3)关闭B的活塞,ClO2在D中被稳定剂完全吸收生成NaClO2,此时F中溶液的颜色不变,则装置C的作用是 。
(4)已知在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2,该反应的离子方程式为 ,
在ClO2释放实验中,打开E的活塞,D中发生反应,则装置F的作用是 。
【解析】(1)根据仪器特征,仪器D的名称是锥形瓶;根据操作分析,F装置应是Cl2和KI反应,所以应长管进气,短管出气,选b。
(2)为使ClO2在D中被稳定剂充分吸收,滴加稀盐酸的速度要慢。
(3)F装置中若有Cl2,则发生Cl2+2KI===2KCl+I2,淀粉遇碘变蓝,所以F中溶液的颜色不变,则装置C的作用是吸收Cl2。
(4)在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2，该反应的离子方程式为4H＋＋5ClO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ===Cl－＋4ClO2↑＋2H2O；在ClO2释放实验中，打开E的活塞，D中发生反应，则装置F的作用是验证是否有ClO2生成。
答案：(1)锥形瓶 b (2)慢 (3)吸收Cl2
(4)4H＋＋5ClO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ===Cl－＋4ClO2↑＋2H2O 验证是否有ClO2生成
【加固训练—拔高】
1.用如图所示装置制取表中的四种气体
(图中加热及气体收集装置均已略去;必要时可以加热;a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂)。
上述方法中可以得到干燥、纯净的气体是 ( )
A.CO2 B.Cl2 C.SO2 D.H2
【解析】选D。制备CO2时不能用饱和碳酸钠溶液吸收HCl,因为CO2能与饱和碳酸钠溶液反应,应用饱和碳酸氢钠溶液,A错误。除去Cl2中混有的HCl气体不能用NaOH溶液,因为Cl2也能与NaOH溶液反应,应用饱和食盐水,B错误。铜与稀硫酸不反应,不能用于制备SO2,C错误。
2.(Ⅰ)某同学拟用如图所示装置分别制取H2和NO。而实验室只有水、浓硫酸、浓硝酸、铜片。
(1)制取H2时,还缺少的固体试剂是 (填名称),反应的离子方程式是 ;
(2)制取NO时,请你从上述试剂中为他选择比较合理的试剂: ;反应产生的气体需要用 法收集。
(Ⅱ)有一份两种物质混合而成的白色混合物,分别取适量该混合物置于三支试管中进行实验。
a.加热第一支试管中的白色混合物,试管口有水滴凝结;
b.向第二支试管中逐滴加入4 ml·L-1的NaOH溶液至过量,同时不断振荡试管,有气泡产生,反应结束后试管中还有白色不溶物;
c.向第三支试管中逐滴加入4 ml·L-1盐酸,同时不断振荡试管 ,有无色无味的气体产生,反应结束后得到无色透明溶液。
(1)符合以上实验现象的是 混合物(填选项序号);
A.NaHCO3、AgNO3
B.BaCl2、MgCO3
C.NH4HSO3、MgCl2·6H2O
D.NH4Cl、Ca(HCO3)2
(2)该混合物中的某一物质水溶液的pH<7,该物质是 (填化学式);
(3)该混合物在实验b中产生白色不溶物的离子方程式: 。
【解析】(Ⅰ)制取氢气是利用锌粒与稀硫酸反应，制取NO，最好利用铜与浓硝酸反应，生成的气体利用排水法收集，可以得到较纯净的NO，不能将浓硝酸稀释，因为影响反应速率。
(Ⅱ)(1)a.说明有水生成，b.说明有氨气生成，原物质中存在NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ，c.说明产生CO2，符合题意的只有D选项；(2)NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 的水解使溶液显酸性；(3)生成的是CaCO3沉淀。注意是过量的NaOH溶液，最终溶液中的溶质是Na2CO3。
答案：(Ⅰ)(1)锌 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(2)水、浓硝酸、铜片 排水
(Ⅱ)(1)D (2)NH4Cl (3)Ca2＋＋2HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋2OH－===CaCO3↓＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H2O(或分两步写成HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋H2O、Ca2＋＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ===CaCO3↓也可)
3.在浓CaCl2溶液中通入NH3和CO2,可以制得纳米级碳酸钙。下图所示A～E为实验室常见的仪器装置(部分固定夹持装置略去),请根据要求回答问题。
(1)实验室若用NH4Cl和熟石灰作试剂来制取、收集干燥的NH3,则需选用上述仪器装置中的 (填装置序号)。若要制取、收集干燥的CO2,请选择装置并按气流方向连接各仪器接口 。
(2)向浓CaCl2溶液中通入NH3和CO2制纳米级碳酸钙时,应先通入的气体是 ,若实验过程中有氨气逸出,应选用下列 装置回收(填代号)。
写出制纳米级碳酸钙的化学方程式 。
(3)试设计简单的实验方案,判断所得碳酸钙样品颗粒是否为纳米级
。
【解析】(1)氯化铵与熟石灰加热制备氨气选用B装置,通过碱石灰进行干燥,选用D装置,再用向下排空气法收集,选用E装置。制取二氧化碳可以用稀盐酸与石灰石反应,选用A装置,选用C装置干燥,由于二氧化碳密度比空气大,故选择各仪器接口的顺序为acdh。(2)CO2在水中溶解度不大,且不与CaCl2反应,先通NH3,利于吸收CO2,NH3易溶于水,尾气吸收时应防止倒吸,故选b。
(3)纳米级碳酸钙和水混合形成的分散系为胶体,故可以取少量样品和水混合形成分散系,用一束光照射,若出现一条光亮的通路,则是纳米级,否则不是。
答案:(1)BDE acdh (2)NH3 b
CaCl2+CO2+2NH3+H2O===CaCO3+2NH4Cl
(3)取少量样品和水混合形成分散系,用一束光照射,若出现一条光亮的通路,则是纳米级,否则不是类型
固+固气
固(或液)+液
气
固+液
(不加热)→气
发生
装置
制备
气体
O2、NH3、CH4等
Cl2、
C2H4等
选择合适的药
品和装置能制
取中学化学
中常见的气体
类型
液态
干燥剂
固态
干燥剂
固态
干燥剂
固体,
加热
装置
常见
干燥
剂
浓硫酸
(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
收集方法
收集气体的类型
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
H2、O2、NO、CO等
向上排
空气法
密度大于空气且不与空气中的成分反应
CO2、Cl2、
SO2、NO2
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
气体
a
b
c
d
CO2
稀盐酸
CaCO3
饱和Na2CO3
溶液
浓H2SO4
Cl2
浓盐酸
MnO2
NaOH溶液
浓H2SO4
SO2
稀H2SO4
Cu
品红溶液
浓H2SO4
H2
稀盐酸
锌粒
NaOH溶液
浓H2SO4