中考化学总复习之：实验室制取气体的研究及实践（提高） 巩固练习 (2)
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责编：董亚娇
【考纲要求】
1．掌握实验室制取气体的原理、步骤和操作方法；知道实验室制取气体的要求以及选取药品的原则。
2．了解依据药品状态和反应条件设计实验装置，了解根据气体的性质确定收集气体的方法。
3．能正确分析实验中出现的一些问题，并根据实验的需要改进实验装置。
【知识网络】
2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
氧气 2KClO32KCl+3O2↑
反应原理 2H2O22H2O+O2↑
二氧化碳：CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O
氢气：Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑
固体加热型：
发生装置
固液不加热型：
排水法：
收集装置 向上排空气法：
向下排空气法：
【考点梳理】
考点一、氧气、二氧化碳、氢气的实验室制法
1.实验室制取O2、CO2、H2 的化学原理：
（1）氧气
2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
2KClO32KCl+3O2↑
2H2O22H2O+O2↑
（2）二氧化碳
CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O
（3）氢气
Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑
2.实验设计的依据：
3.“多功能瓶”收集气体的方法：任何一种气体，都可以用如图所示的装置进行收集。
（1）若待收集气体的密度比空气大，则气体由a管通入，将空气由b管排出；
（2）若待收集气体的密度比空气小，则气体由b管通入，将空气由a管排出；
（3）若用排水法收集气体，则先在集气瓶中装满水，气体由b管通入。
【要点诠释】
1.制取气体选择药品的原则：速率适中，操作方便，节能环保，气体纯净，杂质易除。
2.实验室几种常见气体制取方法比较：
气体 | 药品状态 | 装置 | 反应条件 | 收集方法 |
O2 | KMnO4、KClO3和MnO2混合物（固+固） | 管口略向下倾斜的试管 | 加热 | 向上排空气法或排水法收集 |
O2 | H2O2和MnO2混合物（固+液） | 竖直试管或锥形瓶 | 不加热 | 向上排空气法或排水法收集 |
CO2 | 大理石（主要成分是CaCO3）和稀盐酸（固+液） | 竖直试管或锥形瓶 | 不加热 | 向上排空气法 |
H2 | 锌粒和盐酸（固+液） | 竖直试管或锥形瓶 | 不加热 | 向下排空气法或排水法收集 |
NH3 | 铵盐和碱石灰混合物（固+固） | 管口略向下倾斜的试管 | 加热 | 向下排空气法收集 |
3.根据气体的性质确定气体的收集方法（如下表）：
收集方法 | 气体性质 | 优缺点 |
A．向上排空气法 | 密度比空气大 | 干燥、纯度不高 |
B．排水法 | 难溶于水或不易溶于水 | 纯度高、不干燥 |
C．向下排空气法 | 密度比空气小 | 干燥、纯度不高 |
当气体的密度和空气密度相近且难溶于水时，一般采用排水法。
4.比较气体密度与空气密度大小的方法：无法确定气体密度时，可以根据气体的相对分子质量与空气比较得到相对密度大小，空气的平均相对分子质量约为29，如果气体的相对分子质量比29大，则密度比空气的大，如果相对分子质量小于29，则密度比空气的小。
考点二、实验室制取气体综合实验题的特点和解题思路
1.实验室制取气体综合实验题的特点是“三综合”：综合多种气体的制取，如O2、CO2、H2、NH3、CH4等。综合多种装置：加热试管装置、液固接触反应装置；排空气收集装置、排水收集装置；气体去杂装置、气体干燥装置等。制取气体的操作步骤。
2.解答此类试题的思路是“三根据”：根据实验室制取气体要求选择药品，根据药品状态和反应条件选择装置，根据气体的密度和溶解性选择收集装置。
3.在解答实验操作步骤时要记住“四先四后”：先检查装置的气密性，后加药品；先加固体药品，后加液体药品；先放置酒精灯，后固定试管；先加热试管，后将导管伸入集气瓶内；实验结束先将导管移出水面，后熄灭酒精灯。
【要点诠释】
1.在实验室制备的各种气体中，常含有少量的酸雾、水蒸气或其它气体杂质，需经过净化和干燥后才能得到纯净的气体。常用的干燥及净化装置主要有洗气瓶、干燥管和U形管。
2.气体的干燥：选用干燥剂应根据气体的性质和干燥剂的性质而定，其原则是干燥剂只能吸收气体中的水分，而不能与气体发生反应。
干燥剂 | 可干燥的气体 | 不能干燥的气体 |
浓硫酸 | H2、O2、CO、HCl等中、酸性气体 | 不能干燥碱性气体，如NH3 |
无水硫酸铜（CuSO4）、氯化钙（CaCl2） | H2、O2、CO、CO2、HCl | 能干燥绝大多数气体，NH3除外 |
氢氧化钠固体或生石灰 | H2、O2、CO等中、碱性气体 | 不能干燥酸性气体。如CO2、SO2、HCl、H2S等 |
3.气体的净化：选择气体吸收剂应根据气体的性质和要除去杂质的性质而定。
①原则：所用的吸收剂只能吸收气体中的杂质；不能与被提纯的物质反应，也不能引入新的杂质。
②常见的气体及其吸收剂：
H2O：浓硫酸、无水硫酸铜、氢氧化钠固体、碱石灰（氢氧化钠与生石灰的混合物）等。
HCl：氢氧化钠溶液、碱石灰等。
HCl、CO2：氢氧化钠溶液、澄清石灰水、碱石灰等。
③气体的净化顺序：先除杂，后干燥；加热之前先除去水。
【典型例题】
类型一、考查氧气、二氧化碳等气体的实验室制法及气体干燥、净化
1. （2015秋•浦东新区月考）可用如图装置进行实验且能控制反应发生和停止的一组药品是（ ）
A．二氧化锰和双氧水 | B．二氧化锰和氯酸钾 |
C．碳酸钙粉末和稀盐酸 | D．块状大理石和稀盐酸 |
【思路点拨】根据题意，要求能做到“控制反应发生和停止”，要想使反应随时发生或随时停止，只要能随时将两种药品接触和分离即可，根据装置特点，是将块状固体放于带小孔的隔板上，通过长颈漏斗添加液体，据此进行分析判断。
【答案】D
【解析】A. 二氧化锰是黑色粉末，不能放于隔板上，则无法与双氧水脱离接触，不能控制反应的发生和停止，故选项错误。
B. 氯酸钾和二氧化锰均为固体，且反应需要进行加热，不能用图中装置制取，故选项错误。
C. 碳酸钠是一种粉末状物质，不能放于隔板上，则无法与稀盐酸脱离接触，不能控制反应的发生和停止，故选项错误。
D. 块状大理石放在带小孔的隔板上，要产生气体时，打开活塞，球形漏斗内的稀盐酸进入试管内与大理石接触产生气体；关闭活塞，产生的气体无法排出，内外产生压强差，大部分盐酸又被压到球形漏斗内，二者分离，反应停止；该装置能够使反应随时发生或停止，故选项正确。
【总结升华】本题难度不大，掌握使反应随时发生或停止的原理是能随时将两种药品接触和分离是正确解答本题的关键。
2. （2016•祁阳县二模）下列几种气体①H2 ②O2 ③CO2 ④SO2 ⑤CH4 ⑥NH3可用如图所示装置干燥、收集的正确组合是（ ）
A．①②⑤ | B．①⑤⑥ | C．③④⑥ | D．③⑤⑥ |
【思路点拨】由图示可知气体用碱石灰来干燥，说明气体是显中性或碱性，不能是酸性气体，由收集方法可知该气体密度比空气小。
【答案】B
【解析】H2属于中性气体，且密度比空气小，符合要求；O2密度比空气大，不符合要求；CO2密度比空气大，且属于酸性气体不符合要求；SO2属于酸性气体，且密度比空气大，不符合要求；CH4密度比空气小，且属于中性气体，符合要求；NH3密度比空气小，属于碱性气体，符合题意。
【总结升华】碱性物质只能用来干燥中性气体或碱性气体，用排空气法收集气体时，主要考虑密度比空气大还是小。
3. 以下是研究实验室制取氧气的装置图，请按要求回答下列问题。
（1）写出图中标号仪器的名称：① ；② 。
（2）实验室加热高锰酸钾制取氧气，选用发生装置A时要在试管口 ；若要收集一瓶干燥的氧气，应选择的收集装置时 （填字母序号，下同）。
（3）实验室用H2O2溶液和MnO2混合制氧气，其中MnO2起 作用，该反应的化学方程式为 。B装置与 F装置组合可以 。
【思路点拨】
（1）熟悉常见仪器的名称；
（2）根据实验室用高锰酸钾制取氧气的原理、药品、装置及收集方法等解析；
（3）用H2O2溶液和MnO2混合制氧气，其中MnO2起催化作用。
【答案】（1）酒精灯 锥形瓶 （2）放一小团棉花 E
（3）催化 2H2O22H2O+O2↑ 测量生成氧气的体积
【解析】
（1）图中①是酒精灯，②是锥形瓶。
（2）用高锰酸钾制取氧气，试管口处要放一小团棉花，防止加热时高锰酸钾粉末进入导气管；要收集一瓶干燥的氧气，应用向上排空气法收集。
（3）用H2O2溶液和MnO2混合制氧气，其中MnO2起催化作用；F装置中量筒内收集到的水的体积约等于生成氧气的体积。
【总结升华】实验室制取氧气（或二氧化碳）实验是初中化学的重点内容，与之相关的装置的选择、化学方程式的书写、实验注意事项等都是中考常考的内容。
4. 以下是实验室常用的装置，请根据装置回答下列问题
（1）实验室若要制取干燥的氧气，应选择装置的连接顺序为（填字母） ，有关反应的化学方程式为 。
（2）若将制得的二氧化碳通入E，实验现象是 ，说明 。
（3）小李将气体通入F中，他可能探究的问题是 。
【思路点拨】
（1）要收集干燥的氧气，排除排水收集法，需有干燥装置，只能用向上排空气法收集；根据提供的装置看，只能用过氧化氢溶液制取氧气，并写出化学方程式。
（2）碳酸可使石蕊试液变红。
（3）二氧化碳可使澄清石灰水变浑浊，所以澄清石灰水常用于二氧化碳的检验。
【答案】（1）ADB 2H2O22H2O+O2↑ （2）紫色石蕊变红 二氧化碳与水反应生成了碳酸
（3）该气体是否为二氧化碳
【解析】
（1）要收集干燥的氧气，装置的连接顺序为：ADB。
（2）二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使石蕊试液变红。所以将制得的二氧化碳通入E，实验现象是紫色石蕊变红；说明二氧化碳与水反应生成了碳酸。
（3）检验二氧化碳的方法是将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊则是二氧化碳，所以小李探究的问题可能是：该气体是否为二氧化碳。
【总结升华】本题考查学生对氧气的制取装置的选用及二氧化碳的性质的理解与掌握，掌握氧气、二氧化碳等气体的制取原理、装置、操作方法及它们的性质是解答此类试题的关键。
5. 某研究性学习小组利用下列装置进行气体的制取，请分析并填空。
（1）写出图中仪器a的名称： 。
（2）实验室用大理石和稀盐酸反应制取二氧化碳的化学方程式为 ，应选择制取并收集的装置为 （填字母）。
（3）实验室用加热氯酸钾和二氧化锰混合物制取氧气，应选择发生装置为 （填字母）；若用盛满水的F装置收集氧气，氧气应从导管 （填①或②）处通入F装置。
（4）若锌和镁的混合物4.8g与100g稀硫酸恰好完全反应，则该稀硫酸的溶质质量分数可能是
（填字母）。
A.5% B.10% C.15% D.20%
【思路点拨】本题主要考查氧气和二氧化碳的实验室制法。（2）二氧化碳的密度比空气的密度大，能溶于水，因此只能用向上排空气法收集；用过氧化氢和二氧化锰制氧气，不需要加热；（3）如果用高锰酸钾或氯酸钾制取氧气就需要加热；氧气不易溶于水，密度比空气的密度大，因此可以用排水法和向上排空气法收集；（4）采用极值法求解：如果4.8g全是金属镁，根据计算求最多需要硫酸的质量；如果4.8g全是金属锌，根据计算求最少需要硫酸的质量；因为是锌和镁混合物，因此硫酸的量介于两者之间。
【答案】（1）试管 （2）CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ B、D
（3）A ② （4）B、C
【解析】
（2）在常温下用石灰石和稀盐酸来制取二氧化碳，因此不需要加热；二氧化碳的密度比空气的密度大，能溶于水，因此只能用向上排空气法收集；碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙和水和二氧化碳，化学方程式为：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。
（3）如果用高锰酸钾或氯酸钾制取氧气就需要加热；若用盛满水的F装置收集氧气，氧气应从导管②进入，因为氧气的密度比水的密度小。
（4）如果4.8g全是金属镁，根据Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑，计算求最多需要硫酸的质量是19.6g，稀硫酸中溶质的质量分数为19.6%；如果4.8g全是金属锌，根据Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，计算求最少需要硫酸的质量是7.24g，稀硫酸中溶质的质量分数为7.24%；因为4.8g是锌和镁混合物的总质量，因此稀硫酸的溶质质量分数介于两者之间，故答案为：BC。
【总结升华】本题主要考查气体的制取装置和收集装置的选择，同时也考查了化学方程式的书写和有关计算，综合性比较强。气体制取装置的选择主要与反应物的状态和反应的条件有关；气体收集装置的选择主要与气体的密度和溶解性有关。
6. 根据下图所示装置图回答问题。
（1）图中标示①仪器的名称是 。
（2）实验室中既可以用来制取O2，又可以用来制取H2和CO2的发生装置是 （填字母代号），若用该装置制取氧气，其反应的化学方程式是 。
（3）若将装置B和E连接制取氧气，停止加热时的操作是 （填字母代号）。
a、先移出导管，再熄灭酒精灯 b、先熄灭酒精灯，再移出导管
（4）若用F装置收集一瓶干燥的某气体，则该气体可能是 （填字母代号）.
a、HCl b、CO2 c、O2 d、NH3
【思路点拨】本题考查氧气、二氧化碳的实验室制法及气体收集装置的选择。学生平时要对制取氧气、二氧化碳及其它基本实验熟练掌握和实践，再结合掌握的常见气体的性质等知识就比较容易解答。
【答案】（1）集气瓶 （2）A 2H2O22H2O+O2↑ （3）a (4)d
【解析】
（2）装置A是不需要加热的气体发生装置。如果用双氧水制氧气就不需要加热，过氧化氢在二氧化锰做催化剂的条件下生成水和氧气；在常温下，用碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，也不需要加热；实验室是用锌粒和稀硫酸在常温下反应制氢气，也不需要加热；所以实验室中既可以用来制取O2，又可以用来制取H2和CO2的发生装置是A。
（3）如果用高锰酸钾或氯酸钾制氧气就需要加热。氧气收集完后，先移出导管，再熄灭酒精灯；这是防止水槽中的水倒流入热的试管而使试管炸裂。
（4）因为HCl和CO2都能与氢氧化钠反应，因此不能用氢氧化钠固体干燥；F装置中进气管比较短，因此收集的是密度比空气小的氨气；因为氨气会污染空气且极易溶于水，因此可以用水吸收。
【总结升华】本题综合性比较强，第（4）问有一定难度。干燥气体选用干燥剂应根据气体的性质和干燥剂的性质而定，其原则是干燥剂只能吸收气体中的水分，而不能与气体发生反应。常见干燥剂归纳（如下表）：
干燥剂 | 可干燥的气体 | 不能干燥的气体 |
浓硫酸 | H2、O2、CO、HCl等中、酸性气体 | 不能干燥碱性气体，如NH3 |
无水硫酸铜（CuSO4）、氯化钙（CaCl2） | H2、O2、CO、CO2、HCl | 能干燥绝大多数气体，NH3除外 |
氢氧化钠固体或生石灰 | H2、O2、CO等中、碱性气体 | 不能干燥酸性气体。如CO2、SO2、HCl、H2S等 |
举一反三：
【变式1】下图所示分别是二氧化碳的制取、干燥、收集和性质检验的装置图，其中正确的是（ ）
【答案】D
【变式2】硫化氢（H2S）是一种有毒气体，其密度大于空气，且能溶于水形成氢硫酸。实验室常用块状固体硫化亚铁（FeS）与稀硫酸在常温下发生复分解反应制得硫化氢气体。
（1）实验室制取硫化氢气体的化学方程式为________。
（2）根据如图所示装置回答下列问题：
①制取硫化氢气体的发生装置可选用________（填序号）。
②若用装置C收集硫化氢气体，进气口应为________（填“a”或“b”）。
③用装置D可验证硫化氢的水溶液呈酸性，D中所盛试剂为________。
④为防止多余硫化氢逸出，可用________溶液吸收（填一种具体物质）。
【答案】（1）FeS+H2SO4==FeSO4+H2S↑
（2）①B ②a ③紫色石蕊试液 ④NaOH（或其他可溶性碱）
【变式3】（1）老师为同学们提供了如下实验装置：
①写出仪器a、b的名称。a是 ，b是 。②实验室用锌和稀硫酸制取氢气，应选用的发生装置是 （填选项字母，下同），收集装置是 （从A至E装置中选）。
（2）图中F是某学生设计的一种洗气、贮气等用途的装置。欲除去氧气中混有的水蒸气，瓶中可盛
；氢气是难溶于水的气体，当用排水法收集氢气时，瓶内先装满水，气体从 （填“a”或“b”，下同）处导管通入；若要用水将瓶中氢气排出使用，水应从 处导管进入。
【答案】（1）①长颈漏斗 水槽 ②B C或D （2）浓硫酸 b a
【解析】
（1）②锌和稀硫酸制取氢气，是固体和液体的不加热反应，所以用装置B作为发生装置；氢气的密度小于空气的密度，并且难溶于水，可以用排水法和向下排空气法进行收集。
（2）欲除去氧气中混有的水蒸气，瓶中可盛浓硫酸；当用排水法收集氢气时，瓶内先装满水，气体从b端进，水从a端流出；若要用水将瓶中氢气排出使用，水应从a端进，气体从b端排出。
【变式4】请结合下图回答问题：
（1）写出图中有标号仪器的名称：① ；② 。
（2）用加热高锰酸钾的方法制取氧气，应选用的发生装置是（填字母编号） ，写出该反应的化学方程式 。
（3）用B、D装置组合可制取某种气体，写出制取该气体的反应化学方程式 。
（4）实验室用锌粒和稀硫酸反应制取氢气，常选用装置B或装置C，C与B相比较，其优点是 ，选用的收集装置为（填字母编号） 。
（5）工业常需分离H2、CO2的混合气体。某同学采用下图所示的装置也能达到分离该混合气体的目的，操作步骤如下：
①关闭活塞B，打开活塞A，通入混合气体，可收集到 气体；②然后， （填操作），又可收集到另一种气体。
【答案】
（1）酒精灯 分液漏斗 （2）A 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
（3）2H2O22H2O+O2↑（或CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O）
（4）能随时控制反应进行 E或F
（5）H2 关闭活塞A，打开活塞B
【解析】
（2）用高锰酸钾制取氧气需要加热，所以应选用的发生装置是A。
（3）B装置适用于固体和液体的不加热反应，D装置用于收集密度大于空气的气体，所以用B、D装置组合可制取氧气或二氧化碳。
（4）C装置中的有空塑料板上放锌粒，打开开关时反应发生，硫酸从长颈漏斗内流下，与锌粒接触反应开始；当关闭开关时气体无法排出，压强越来越大，把硫酸又压回到长颈漏斗内，使锌粒与硫酸分离致反应停止。所以该装置可以控制反应的发生和停止。氢气密度小于空气的密度，不易溶于水，所以用装置E或F收集。
（5））①氢气不与氢氧化钠溶液反应，而二氧化碳与氢氧化钠溶液反应，所以关闭活塞B，打开活塞A，通入混合气体，可收集到氢气。
②二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠，碳酸钠与稀硫酸反应生成二氧化碳；所以在完成①之后，关闭活塞A，打开活塞B，这时B中的稀硫酸与步骤①中二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成的碳酸钠反应，生成二氧化碳，所以此时可收集到二氧化碳。
