2019届一轮复习人教版常见气体的实验室制备、净化、收集和检验学案

2019届一轮复习人教版常见气体的实验室制备、净化、收集和检验学案

综合课3　常见气体的实验室制备、净化、收集和检验 ‎1．气体制备实验的基本思路 ‎①发生装置：‎ ‎ 发散源 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，如用草酸晶体受热分解制取CO2气体。‎ ‎②制备气体：O2、NH3、CH4等。‎ ‎(2)固体＋液体(不加热)―→气体 ‎①发生装置：‎ ‎②制备气体：H2、CO2、H2S、SO2等。‎ ‎(3)固体＋液体或液体＋液体气体 ‎①发生装置：‎ ‎②制备气体：Cl2、C2H4等。‎ ‎3．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 类型 液态干燥剂 固态干燥剂 固态干燥剂 固体，加热 装置 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 常见 干燥剂 浓H2SO4‎ ‎(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 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。‎ ‎1．NH4HCO3固体受热分解得NH3、CO2、H2O等混合气体，如何除去CO2、H2O得纯净的NH3?‎ 提示：可让混合气体通过装有足量碱石灰的干燥管。‎ ‎2．实验室制得Cl2中往往含H2O、HCl等杂质，如何得到纯净的Cl2?‎ 提示：可让气体先通过装有饱和食盐水的洗气瓶除HCl杂质，再通过装有浓硫酸的洗气瓶除水蒸气杂质，两者顺序不能颠倒。‎ ‎4．气体的收集方法及其拓展应用 ‎(1)气体的常见收集方法 收集方法 收集气体的类型 收集装置 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 O2、H2、Cl2(饱和NaCl溶液)、NO、CO2(饱和NaHCO3溶液)、CO等 排 空 气 法 向上排 空气法 密度大于空气且不与空气中成分反应 Cl2、SO2、‎ NO2、CO2‎ 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 ‎(2)气体收集方法的拓展应用 ‎①‎ ‎②‎ 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。‎ ‎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，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、d)‎ ‎①实验室制取Cl2时，尾气的处理可采用ab装置。‎ ‎②制取CO时，尾气处理可采用cd装置。‎ ‎③制取H2时，尾气处理可采用cd装置。‎ ‎④制取NH3、HCl时尾气处理可采用b装置。‎ ‎6．气体性质的检验 检验气体是根据气体的性质，一般从以下5方面考虑：①气体的颜色和气味；②水溶液的酸碱性；③助燃、可燃及燃烧现象和产物；④遇空气的变化；⑤其他特征。‎ 待检物 操作步骤 现象 O2‎ 用试管或集气瓶取待检气体，然后向试管或集气瓶中插入带有火星的木条 带火星的木条复燃 H2‎ 使待检气体通过尖嘴玻璃导气管并点燃，在火焰上方罩一个干而冷的烧杯 有浅蓝色火焰，烧杯里有水雾生成 NH3‎ ‎①用湿润的红色石蕊试纸检验 变蓝 ‎②把待检气体收集在集气瓶里，盖上玻璃片，用玻璃棒蘸取浓盐酸，开启玻璃片放在瓶口上方 生成白烟 SO2‎ 在洁净试管里加入5 mL品红溶液，再通入待检气体，再加热待颜色变化后 品红溶液褪色，加热后又恢复红色 CO2‎ 闻气味，并将其通入澄清石灰水中 无色无味，石灰水变浑浊，继续通入后变澄清 Cl2‎ 用湿润的KI－淀粉试纸靠近集气瓶口 变蓝 Br2‎ ‎(蒸气)‎ ‎①观察气体颜色，并用湿润的淀粉－KI试纸检验 红棕色气体，能够使湿润的淀粉－KI试纸变蓝色 ‎②观察气体颜色，并把该气体通入水中，再观察溶液的颜色 红棕色气体，其水溶液呈橙色 NO2‎ 观察气体颜色，溶于水再观察溶液的颜色，并用蓝色的石蕊试纸检验 红棕色气体，其水溶液呈无色，能使湿润的蓝色石蕊试纸显红色 NO 观察气体颜色，并与空气混合 无色气体遇空气变为红棕色 ‎3．将气体通入澄清石灰水中，若石灰水先变浑浊，后又变澄清，能否判断该气体一定是CO2?‎ 提示：不能。若气体是SO2，也有相同的现象发生。若该气体无色无味，则可以判断是CO2。‎ 题组一　气体的制备与收集 ‎1．(2018·株洲检测)以下气体发生装置中，不易控制反应产生气体的量的是(　　)‎ 解析：选B　A项可通过控制加入液体的量来控制产生气体的量；C、D两项中装置类似于启普发生器，可通过活塞的开关调节反应器的压强，控制反应与否，来控制产生气体的量。‎ ‎2．用下列装置制取并收集NO2气体，其中最合理的是(　　)‎ 答案：C ‎3．(1)如图是实验室制取某些气体的装置。‎ ‎①该制气装置在加入反应物前，应事先进行的操作是________。‎ ‎②若用该装置制取O2，反应物除了可选择二氧化锰和________(填试剂名称)外，还能选择________(填试剂化学式)和水。‎ ‎③利用该装置还可制取________(填字母)等气体。‎ a．H2　　 b．CO2　　‎ c．NH3　　 d．SO2‎ ‎(2)此装置中加入漂白粉和浓盐酸也可以制取Cl2。‎ ‎①写出该反应的离子方程式：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②若使用在空气中放置的漂白粉和浓盐酸发生反应，则制取的Cl2中可能含有的杂质为 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)制备气体的装置在加入反应物之前均应先检查装置的气密性。该装置所制气体应满足固体(液体)和液体不需加热制备气体。符合此条件的制备氧气的反应可为H2O2在MnO2作催化剂时分解，或Na2O2与H2O反应。该装置可制备的气体有H2、CO2、O2、NH3等。(2)ClO－、Cl－在酸性条件下发生反应生成Cl2。漂白粉在空气中放置会部分变为CaCO3，浓盐酸有很强的挥发性，因而制取的Cl2中常含有HCl、CO2和H2O(g)。‎ 答案：(1)①检查装置气密性　②双氧水(或过氧化氢)　Na2O2　③abcd ‎(2)①ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O ‎②HCl、CO2、H2O(g)‎ 题组二　气体的干燥、除杂及尾气处理 ‎4．(2018·濮阳测试)实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示(省略夹持和净化装置)。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是(　　)‎ 选项 a中的物质 b中的物质 c中收集的气体 d中的物质 A 浓氨水 CaO NH3‎ H2O B 浓硫酸 Na2SO3‎ SO2‎ NaOH溶液 C 稀硝酸 Cu NO2‎ H2O D 浓盐酸 MnO2‎ Cl2‎ NaOH溶液 解析：选B　氨气的密度比空气小，应该用向下排空气收集，A错误；浓硫酸与Na2SO3发生复分解反应生成SO2，因SO2的密度比空气大，所以可用向上排空气法收集，SO2是大气污染物，要进行尾气处理，SO2很容易与NaOH溶液发生反应，用NaOH溶液吸收尾气时，为防止倒吸现象的发生，可以安装一个倒扣的漏斗，B正确；稀硝酸与Cu发生反应产生的气体是NO，不是NO2，且不能用水处理尾气，C错误；MnO2‎ 与浓盐酸在加热时才能发生反应制取Cl2，该装置没有加热仪器，浓盐酸易挥发，C中收集的气体不纯净，应在b、c之间添加除去HCl气体的装置，D错误。‎ ‎5．(2017·辽宁六校期末)如图为常用玻璃仪器组成的七种实验装置，根据需要可在其中加入液体或固体试剂。下列说法错误的是(　　)‎ A．A、B装置既能用于收集Cl2，又能用于收集NO B．装有浓硫酸的F装置可用于干燥CO2气体 C．C、E装置可用于尾气吸收，能防止液体倒吸到气体发生装置中 D．G装置可用于合成氨实验中，可干燥、混合并能大致观察H2和N2的体积比 答案：B 题组三　气体的检验 ‎6．(2018·孝感市六校联考)如图装置可用于收集气体并验证某些化学性质，下列有关说法正确的是(　　)‎ 选项 气体 试剂 现象 结论 A NH3‎ 酚酞试液 溶液变红色 NH3的水溶液显碱性 B Cl2‎ 紫色石蕊试液 溶液先变红后褪色 Cl2有酸性和漂白性 C C2H4‎ 溴水 溶液褪色 C2H4分子中含碳碳双键 D X KI淀粉溶液 溶液变蓝 X可能是Cl2或NO2‎ 答案：D ‎7．(2017·东营期末)某种气体可能是由CO、CO2、H2、NH3、HCl和H2O(g)中的一种或几种组成，使其依次通过下列药品：‎ ‎①澄清石灰水　②Ba(OH)2溶液　③浓H2SO4　④灼热的CuO　⑤无水CuSO4粉末，结果观察到的实验现象是：①中未见浑浊，②中变浑浊，③中无明显现象，④中有红色物质产生，⑤中固体变蓝。若以上实验中，每一步反应都充分进行，则原混合气体中(　　)‎ A．一定有CO2和HCl，可能有H2‎ B．一定有H2、CO2和CO，可能有HCl C．一定有H2、CO2和HCl，可能有CO和H2O(g)，肯定无NH3‎ D．一定有H2，一定没有CO 解析：选C　气体通过①②的现象说明气体中含有HCl和CO2，HCl和CO2在与碱反应时，强酸性气体HCl先与碱反应，气体中含HCl，一定不含NH3，气体通过③后，得到的气体一定是干燥的，此气体通过灼热的CuO，有红色物质产生说明气体中有CO或H2，而得到的气体再通过无水CuSO4粉末，固体变蓝，说明气体中含有H2，而CO和H2O(g)不能确定。‎ 题组四　综合应用 ‎8．(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．①、②、③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 解析：选B　A错：若③中为焦性没食子酸溶液，则进入④中的气体还会有水蒸气。B对：若在④处收集气体点燃，发出“噗”声，则证明制取的氢气较纯，可以加热管式炉。C错：为了防止生成的W被氧化，反应结束时应先停止加热，待管式炉冷却后再关闭活塞K。D错：二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气需要加热，而启普发生器不能加热。‎ ‎9．(2017·江苏卷，4)下列制取SO2、验证其漂白性、收集并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是(　　)‎ 解析：选B　A错：铜片和稀硫酸不反应，无法制取SO2。B对：SO2能使品红溶液褪色，因此可以验证SO2的漂白性。C错：SO2密度比空气大，用排空气法收集SO2时，导气管应“长进短出”。D错：SO2和饱和NaHSO3溶液不反应，因此NaHSO3溶液不能作为吸收液，可用NaOH溶液。‎ ‎10．(2016·全国卷Ⅰ，26)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：‎ ‎(1)氨气的制备 ‎①氨气的发生装置可以选择上图中的________，反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→__________(按气流方向，用小写字母表示)。‎ ‎(2)氨气与二氧化氮的反应 将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。‎ 操作步骤 实验现象 解释原因 打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中 ‎①Y管中________‎ ‎②反应的化学方程式________‎ 将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温 Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚 打开K2‎ ‎③________‎ ‎④________‎ 解析：(1)①在实验室通常是用加热氯化铵和消石灰固体混合物制取氨气，应选用发生装置A，其反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑，或选用发生装置B，直接加热浓氨水生成氨气：NH3·H2ONH3↑＋H2O；②氨气是碱性气体，可用碱石灰干燥，密度小于空气，应采用向下排空气法收集，氨气极易溶于水，尾气处理时应防止倒吸，则要收集一瓶干燥的氨气，仪器的连接顺序为：发生装置→d、c→f、e→i。‎ ‎(2)打开K1，推动注射器活塞将氨气缓慢通入Y管中，在一定温度和催化剂的作用下发生反应：6NO2＋8NH3催化剂,7N2＋12H2O，随着反应的发生Y管中红棕色气体颜色变浅；反应生成的水蒸气液化后，NO2和NH3反应后气体的物质的量减小，反应容器中的压强减小，打开K2，Z中的溶液倒吸入Y管中。‎ 答案：(1)①A　2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑(或B　NH3·H2ONH3↑＋H2O)　②dcfei(2)红棕色气体慢慢变浅　6NO2＋8NH37N2＋12H2O　Z中NaOH溶液产生倒吸现象　反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压