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文档介绍
2018届一轮复习人教版“气体产生、净化、收集与尾气处理”的实验套装学案
第二讲“气体产生、净化、收集与尾气处理”的实验套装 (一)气体的发生“套装”和收集“套装” 气体 反应原理 发生装置 收集装量 O2 ①2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ ②2KClO32KCl+3O2↑③2H2O2MnO22H2O+O2↑ A或B D或E H2 Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑ B D或F CO2 CaCO3+2HCl=== CaCl2+CO2↑+H2O B D或E Cl2 MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O C D或E NH3 Ca(OH)2+2NH4Cl CaCl2+2NH3↑+2H2O A F [注意] (1)选择气体的发生装置时,应考虑反应物的状态及反应条件,有些气体可用不同的反应原理来制备,要注意选择不同的发生装置。如用KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2可选择B中②装置。 (2)气体的收集方法要根据气体的化学性质和物理性质(溶解性、密度)进行分析选择,对易溶于水的气体除用排空气法收集外,还可用排其他液体法,如Cl2可用排饱和食盐水法收集。 (3)制取氨气还可以用加热浓氨水或浓氨水与生石灰混合的方法。 (二)气体的净化“套装”与干燥“套装” 液态干燥剂 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) 可干燥 的气体 H2、O2、Cl2、 SO2、CO2、 CO、CH4、N2 H2、O2、Cl2、 SO2、CO、 CO2、CH4 H2、O2、N2、 CH4、NH3 可除去O2、 H2、CO、N2 不可干 燥的 气体 NH3、HBr、 HI、H2S等 NH3 Cl2、SO2、 CO2、NO2、 HCl等 (三)防堵塞“套装” 分类 装置简图 原理及使用方法 液封式 若装置通畅,导气管内外的液面相等;若装置不通畅、堵塞,则装置中的压强会增大,压迫液体沿导气管上升 恒压式 使分液漏斗内的压强与烧瓶内的压强相同,保证漏斗中液体顺利流出 防阻式 将棉花置于导管口,防止固体粉末或糊状物进入导管 (四)尾气的处理“套装” 通常有毒和有污染的尾气必须适当处理。常用仪器有: (1)吸收溶解度较小的尾气(如Cl2、SO2等)用图A装置。 (2)吸收溶解度较大的尾气(如HCl、NH3等)用图B或C装置。 (3)CO、NO等气体可用点燃或收集于塑料袋(气球)中的方法除去,如图D或E。 (五)气体制备的几种创新套装 1.利用“启普发生器”原理的制气装置创新 (1)装置的优点是:能做到随开随用,随关随停。 (2)使用范围:块状固体与液体反应生成气体,反应不需要加热,且生成的气体难溶于水。这些装置能制取的气体有H2(Zn—稀H2SO4),CO2(CaCO3—稀盐酸)、H2S(FeS—稀H2SO4)。 2.“固(液)+液气体”装置的创新 图1的改进优点是能控制反应液的温度。 图2的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等,便于液体流下。 3.“块状固体+液体―→气体”装置的创新 大试管中的小试管中盛有液体反应物,起液封的作用,防止气体从长颈漏斗中逸出,这样设计可节约试剂 4.排液集气装置的创新 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。 [基点小练] 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)(2016·江苏高考)用图①制取氨气(×) (2)(2015·四川高考)按图②除去氯气中的HCl气体(×) (3)(2014·江苏高考)实验室用图③装置制取Cl2(×) (4)(2014·福建高考)用图④装置可除去尾气中的SO2气体(×) (5)(2012·江苏高考)用图⑤装置制取少量纯净的CO2气体(×) 2.下列气体发生装置,当加入适当的块状固体和液体时不具有随开随关功能的是( ) 解析:选D A、B、C三装置原理与启普发生器相似,均具有随开随关功能;而D装置关闭止水夹后,反应仍持续进行,无法通过关闭止水夹控制反应的停止。 3.下图是用于干燥、收集并吸收多余气体的装置,下列方案正确的是( ) 选项 X 收集气体 Y A 碱石灰 氯化氢 水 B 碱石灰 氨气 水 C 氯化钙 二氧化硫 氢氧化钠 D 氯化钙 一氧化氮 氢氧化钠 解析:选C 碱石灰可以吸收氯化氢气体,故不能收集得到氯化氢气体,A错误;氨气的密度比空气的密度小,故在进行收集时必须从短导管进入集气瓶中,B错误;氯化钙可以对二氧化硫进行干燥,且二氧化硫的密度比空气的大,收集时必须是长导管进入,二氧化硫是酸性氧化物,故可用氢氧化钠溶液进行吸收,C正确;一氧化氮不能用排空气法进行收集,D错误。 [综合演练] 1.(2017·福建三明期末)如图装置可用于收集气体并验证其化学性质,下列对应关系完全正确的是( ) 选项 气体 试剂 现象 结论 A NO 紫色石蕊溶液 溶液变红 NO与水反应生成硝酸 B Cl2 KI淀粉溶液 溶液变蓝 Cl2有氧化性 C SO2 酸性KMnO4溶液 溶液褪色 SO2有漂白性 D NH3 酚酞试剂 溶液变红 NH3是碱性气体 解析:选B NO易与氧气反应,不能用排空气法收集,且NO不与水反应,A项错误;氯气的密度比空气的大,可用向上排空气法收集,具有强氧化性,可与碘化钾反应生成碘,溶液变蓝,B项正确;二氧化硫的密度比空气的大,可用向上排空气法收集,具有还原性,可与酸性高锰酸钾溶液反应,C项错误;氨气的密度比空气的小,应用向下排空气法收集,D项错误。 2.将空气缓慢通过如图所示装置后,在试管中收集到少量稀有气体。空气在通过a~d装置时,依次除去的气体是( ) A.O2、N2、H2O、CO2 B.CO2、H2O、O2、N2 C.H2O、CO2、N2、O2 D.N2、O2、CO2、H2O 解析:选B 氢氧化钠溶液显碱性,吸收二氧化碳,帯出水蒸气,浓硫酸吸收水分,铜粉除去氧气,镁粉除去氮气。 3.(2017·苏州期中)向如图所示的装置中缓慢通入气体X,若关闭活塞K,则品红溶液无变化,澄清石灰水变浑浊;若打开活塞K,则品红溶液褪色。X和Y可能是( ) 选项 X Y A SO2 饱和NaHCO3溶液 B NO2 水 C HCl Na2SO3溶液 D Cl2 Na2SO3溶液 解析:选A 若关闭活塞K,SO2与饱和NaHCO3溶液反应生成CO2,CO2不会使品红溶液褪色,而澄清石灰水变浑浊,若打开活塞K,则SO2使品红溶液褪色,故A正确。若关闭活塞K,生成的NO不能使澄清石灰水变浑浊,故B错误。若关闭活塞K,HCl与Na2SO3 溶液反应生成的SO2会使品红溶液褪色,故C错误。若关闭活塞K,Cl2因与Na2SO3溶液反应而被吸收,则品红溶液无变化,澄清石灰水也不变浑浊,故D错误。 4.Y形管是一种特殊的仪器,与其他仪器组合可以进行某些实验探究。利用如图装置可以探究SO2与BaCl2反应生成BaSO3沉淀的条件。下列判断正确的是( ) A.玻璃管的作用是连通大气,使空气中的氧气进入广口瓶,参与反应 B.c、d两根导管都必须插入BaCl2溶液中,保证气体与Ba2+充分接触 C.Y形管乙中产生的是氧化性气体,其将BaSO3氧化为BaSO4沉淀 D.e、f两管中的试剂可以分别是浓氨水和NaOH固体 解析:选D 玻璃管起到平衡内外压强的作用,A项错误;要使SO2与BaCl2溶液反应生成BaSO3,应通过d管向溶液中通入碱性气体NH3,d管不能插入溶液中,否则氨气溶于水时,易造成倒吸,B项错误;Y形管乙中产生的是NH3,C项错误;Y形管乙用于制备碱性气体,D项正确。 5.FeCl2是一种常用的还原剂。有关数据如下: C6H5Cl(氯苯) C6H4Cl2 FeCl3 FeCl2 溶解性 不溶于水,易溶于苯 不溶于C6H5Cl、C6H4Cl2、苯,易吸水 熔点/℃ -45 53 — — 沸点/℃ 132 173 — — 实验室按下图装置用H2还原无水FeCl3制取。 回答下列问题: (1)装置C的作用是________________;E中盛放的试剂是________;D中反应的化学方程式为_______________________________________________。 (2)温度控制不当,产品中含单质铁。检验产品中是否含铁方案是________________________________________________________________________。 解析:(1)用H2还原无水FeCl3制取无水FeCl2,则A装置制取氢气,由于无水FeCl2 易吸水,所以装置C是用来干燥氢气;E中盛放的试剂用来干燥空气中的水蒸气,应为碱石灰,D中发生H2还原无水FeCl3的反应,化学方程式为H2+2FeCl3===2FeCl2+2HCl。 答案:(1)干燥氢气 碱石灰 H2+2FeCl3===2FeCl2+2HCl (2)取样,加入盐酸中,观察是否有气泡产生 混合物的分离与提纯 气体的制备 1.下列仪器常用于物质分离的是( ) A.①③⑤ B.②③⑤ C.②④⑤ D.①②⑥ 解析:选B ①试管常用于物质的制备、发生装置;②普通漏斗常用于过滤,可用来分离固液混合物;③分液漏斗常用于分离互不相溶的液体混合物;④托盘天平常用于称量固体的质量;⑤蒸馏烧瓶常用于分离沸点不同的液体混合物;⑥研钵常用于固体药品的研磨,不能用来分离。所以用来分离的仪器有②③⑤ 。 2.为达到下列实验目的,所采用的方法正确的是( ) A.分离饱和食盐水和沙子的混合物——过滤 B.分离水和汽油的混合物——蒸馏 C.从硝酸钾和氯化钾混合液中获取硝酸钾——蒸发 D.从溴水中提取溴——分液 解析:选A 沙子不溶于水,食盐溶于水,则利用过滤法可分离,故A正确;水和汽油的混合物分层,则利用分液法分离,故B错误;硝酸钾、KCl的溶解度受温度影响不同,若蒸发均从溶液中析出,应利用结晶法分离,故C错误;溴水不分层,不能利用分液分离,溴易溶于有机溶剂,不易溶于水,应利用萃取分液,故D错误。 3.为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体,从图中选择合适的装置并连接。 其中连接顺序合理的是 ( ) A.a—a′→d′—d→e B.c—c′→d—d′→g C.b—b′→d—d′→g D.d—d′→c—c′→f 解析:选B 盐酸和大理石制得的CO2 气体含有氯化氢和水蒸气,除氯化氢用饱和NaHCO3溶液,除水蒸气用浓硫酸,CO2比空气密度大,所以用向上排空气法收集CO2气体。 4.(2017·南通模拟)仅用下表提供的玻璃仪器(非玻璃仪器任选)或实验装置就能达到相应实验目的的是( ) 选项 A B C D 实验 目的 除去KCl 中少量 MnO2 用10 mol·L-1盐酸配制100 mL 0.1 mol·L-1盐酸 用NaCl溶液制备NaCl晶体 除去乙烯中少量SO2 实验 仪器 或 装置 烧杯、玻 璃棒、分 液漏斗 100 mL容量瓶、玻璃棒、烧杯 解析:选C A项,MnO2难溶于水,KCl易溶于水,故采用过滤法,应该用普通漏斗而不是分液漏斗,错误;B项,缺少量取盐酸的仪器,如酸式滴定管或移液管等,错误;D项,SO2和乙烯均能与酸性KMnO4溶液反应,故不能达到除杂的目的,错误。 5.(2016·上海高考)实验室提纯含少量氯化钠杂质的硝酸钾的过程如图所示。下列分析正确的是( ) A.操作Ⅰ是过滤,将固体分离除去 B.操作Ⅱ是加热浓缩,趁热过滤,除去杂质氯化钠 C.操作Ⅲ是过滤、洗涤,将硝酸钾晶体从溶液中分离出来 D.操作Ⅰ~Ⅲ总共需两次过滤 解析:选C KNO3中混有NaCl应提纯KNO3,将它们都溶于水,并降温结晶。因为KNO3的溶解度随温度的升高而升高,NaCl的溶解度随温度的升高而基本无明显变化。则有,操作Ⅰ是在烧杯中加水溶解,操作Ⅱ是蒸发浓缩,得到较高温度下的KNO3饱和溶液,操作Ⅲ为冷却结晶,利用溶解度差异使KNO3结晶析出,过滤,洗涤,干燥即得KNO3晶体。 6.(2017·贵州贵阳监测)下表是Fe2+、Fe3+、Zn2+被OH-完全沉淀时溶液的pH。某硫酸锌酸性溶液中含有少量Fe2+、Fe3+杂质,为制得纯净的ZnSO4,应加入的试剂是( ) 金属离子 Fe2+ Fe3+ Zn2+ 完全沉淀时的pH 7.7 4.5 6.5 A.H2O2、ZnO B.氨水 C.KMnO4、ZnCO3 D.NaOH溶液 解析:选A 要使Fe2+和Fe3+全部除去,由题给信息可知,需将Fe2+全部氧化成Fe3+,再调节溶液pH范围为4.5≤pH<6.5,即可将Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀,且保证Zn2+不沉淀。氧化Fe2+时不能引入新的杂质,只能用H2O2 ,调pH时也不能引入新的杂质,用ZnO能促进Fe3+的水解。 7.(2017·广州模拟)物质中杂质(括号内为杂质)的检验、除杂的试剂或方法都正确的是( ) 选项 物质及其杂质 检验 除杂 A Cl2(HCl) 湿润的淀粉KI试纸 饱和食盐水 B NO(NO2) 观察颜色或湿润的淀粉KI试纸 水 C CO2(HCl) AgNO3溶液(含稀硝酸) 饱和Na2CO3溶液 D NaHCO3溶液(Na2CO3) Ca(OH)2溶液 过量CO2 解析:选B A项,湿润的淀粉KI试纸只能检验Cl2,不能检验HCl,错误;B项,NO2为红棕色,可通过观察气体颜色检验,NO2溶于水生成NO和硝酸(遇到湿润的淀粉KI试纸变色),也可以用水除杂,正确;C项,含稀硝酸的AgNO3溶液可鉴别溶液中的Cl-,混合气体通入含稀硝酸的AgNO3溶液中产生白色沉淀,CO2和HCl均与Na2CO3溶液反应,不能除杂,应选饱和NaHCO3溶液除杂,错误;D项,二者均可与Ca(OH)2溶液反应生成白色沉淀,不能检验杂质Na2CO3,但Na2CO3与CO2反应生成NaHCO3,可除杂,错误。 8.(2017·武汉调研)某氯化钾样品中含有少量碳酸钾、硫酸钾和不溶于水的杂质。为了提纯氯化钾,先将样品溶于适量水中,充分搅拌后过滤,再将滤液按下图所示步骤进行操作。下列说法中正确的是( ) A.起始滤液的pH=7 B.试剂Ⅰ为Ba(NO3)2溶液 C.步骤②中加入试剂Ⅱ的目的是除去Ba2+ D.图示的步骤中必须要经过2次过滤操作 解析:选C 结合题中流程图可知,实验过程中先将样品溶于水,过滤后,向滤液中加入试剂Ⅰ(BaCl2溶液),使Ba2+与SO反应生成BaSO4沉淀,过滤后再向滤液中加入试剂Ⅱ(K2CO3溶液),以除去引入的Ba2+,过滤掉生成的BaCO3沉淀后再向滤液中加入盐酸,以除去引入的CO,最后加热蒸干Q可得纯净的KCl晶体。起始时滤液中含有K2CO3,由于CO水解而使滤液显碱性,A项错误;试剂Ⅰ不能为Ba(NO3)2溶液,否则会引入难以除去的NO,B项错误;图示中的2次过滤操作可以合并为1次,D项错误。 9.如图是实验室常用的气体制备、净化和收集装置。若依据反应H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O制取CO,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。 10.中学化学实验室经常用到下列实验装置,其中不可用于物质分离的装置是( ) 解析:选C A项用于分离互不相溶的液体,B项用于固液分离,D项用于分离沸点相差较大的液体,只有C项用于滴定,不用于物质分离。 11.(2017·郑州质量预测)下列实验中,所采取的分离方法与对应原理都正确的是( ) 选项 实验目的 分离方法 原理 A 除去CO2中的HCl 通入饱和Na2CO3溶液洗气 HCl与Na2CO3溶液反应生成CO2 B 除去乙醇中少量的乙酸 加入足量生石灰蒸馏 乙醇和乙酸钙的沸点相差较大 C 除去KNO3固体中的NaCl 冷却热饱和溶液重结晶 NaCl在水中的溶解度很大 D 分离乙酸乙酯和乙醇 分液 乙酸乙酯和乙醇的密度不同 解析:选B 饱和Na2CO3溶液可吸收CO2,A项错误;用重结晶法除去KNO3固体中的NaCl是因为KNO3在水中的溶解度受温度的影响大,C项错误;乙酸乙酯和乙醇互溶,不能采取分液的方法分离,D项错误。 12.下列说法正确的是( ) A.一定条件下可以用H2除去乙烷中混有的乙烯 B.苯和四氯化碳都能萃取溴水中的溴 C.乙醇、乙酸和乙酸乙酯三者的混合液可用分液的方法分离 D.甲烷、乙烯和苯在工业上都可通过石油分馏得到 解析:选B A项,H2的量无法控制,如果H2过量,乙烷中会混入新杂质H2,故不能用H2除去乙烷中的乙烯,错误;C项,乙醇、乙酸和乙酸乙酯三者的混合液用分液的方法无法分离,错误;D项,石油分馏只发生物理变化,能分离出汽油、煤油和柴油等,通过石油的裂化、裂解和催化重整可得到甲烷、乙烯和苯等化工原料,错误。 13.如图是用于气体制备、干燥、性质验证、尾气处理的部分仪器装置(加热及夹持固定装置均已略去)。请根据下列要求回答问题。 (1)若烧瓶中盛装锌片,分液漏斗中盛装稀硫酸,则: ①当仪器连接顺序为A→C→B→B→D时,两次使用B装置,其中所盛的药品依次是CuO、无水CuSO4粉末。 此实验的目的是_________________________________________________, D装置的作用是_______________________________________________。 ②为了使B中CuO反应充分,在不改变现有药品的条件下,可采取的方法有(写一种)________________________________________________________________________。 ③加热前必须进行的操作是_________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)若烧瓶中盛装Na2O2固体,分液漏斗中盛装浓氨水,慢慢打开分液漏斗的活塞,则: ①烧瓶内产生的气体主要有(写化学式) _______________________。 ②用产生的气体做氨的催化氧化实验,各装置按气流方向从左到右的连接顺序是(填字母)________→E。 ③试管B中的反应方程式为____________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析:(1)①装置A中锌片与稀硫酸反应产生H2,装置C是对H2进行干燥,然后依次通过分别盛有CuO、无水CuSO4粉末的装置B;通过CuO时,氢气与CuO反应生成Cu和H2O;通过无水CuSO4粉末时,可以检验生成的水。故实验目的是验证H2的还原性并检验其氧化产物;装置D的作用是防止空气中的水分进入装置B,干扰产物H2O的检验。 ②使B中CuO反应充分,在不改变现有药品的条件下,可以减缓A中产生氢气的速率,如控制硫酸的滴入速率、控制烧瓶的温度等。③加热前必须检验装置中空气是否排尽或检验氢气是否纯净。 (2)①滴入浓氨水,则Na2O2与H2O反应生成O2,放热使氨水挥发,氨气逸出。 ②做氨的催化氧化实验,装置A为O2、NH3的发生装置,由于产生的O2、NH3中含有水蒸气,需要通过装置D干燥后进入装置B发生催化氧化反应。 答案:(1)①验证H2的还原性并检验其氧化产物 防止空气中的水进入装置,干扰H2氧化产物水的检验 ②控制分液漏斗的活塞,使稀硫酸缓慢滴下(或在烧瓶中加水或将烧瓶放入冰水中或用冰毛巾捂着烧瓶等,其他合理答案亦可) ③检验装置中空气是否排尽或检验氢气是否纯净 (2)①O2、NH3 ②A→D→B ③4NH3+5O24NO+6H2O 14.(2016·海南高考)某废催化剂含58.2%的SiO2、21.0%的ZnO、4.5%的ZnS和12.8%的CuS。某同学用15.0 g该废催化剂为原料,回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下: 回答下列问题: (1)在下列装置中,第一次浸出必须用________,第二次浸出应选用________。(填标号) (2)第二次浸出时,向盛有滤渣1的反应器中先加入稀硫酸,后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反,会造成________。滤渣2的主要成分是__________________。 (3)浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是________。 (4)某同学在实验完成之后,得到1.5 g CuSO4·5H2O,则铜的回收率为____________。 解析:(1)根据题给化学工艺流程知第一次浸出发生反应ZnO+H2SO4===ZnSO4+H2O、ZnS+H2SO4===ZnSO4+H2S,有有毒气体H2S生成,必须用氢氧化钠溶液进行尾气处理,选D装置,第二次浸出时发生反应:CuS+H2O2+H2SO4===CuSO4+S+2H2O,不产生有毒气体,可选用A装置。 (2)第二次浸出时,向盛有滤渣1的反应器中加入稀硫酸,后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反,会造成H2O2与固体颗粒接触分解。滤渣2的主要成分是SiO2(SiO2和S)。 (3)浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是蒸发皿。 (4)15.0 g废催化剂中含有铜的物质的量为15.0 g×12.8%÷96 g·mol-1=0.02 mol,1.5 g CuSO4·5H2O中铜的物质的量为1.5 g÷250 g·mol-1=0.006 mol,则铜的回收率为0.006 mol/0.02 mol×100%=30%。 答案:(1)D A (2)H2O2与固体颗粒接触分解 SiO2(SiO2和S) (3)蒸发皿 (4)30%查看更多