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文档介绍
2018届一轮复习苏教版气体的实验室制法和性质探究教案
第三单元 气体的实验室制法和性质探究 考纲定位 考情播报 1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。 2.涉及气体性质的实验探究和绿色化学理念。 3.根据实验目的和要求,做到①正确选用实验装置 ②掌握控制实验条件的方法 ③预测或描述实验现象。 2016·全国乙卷T10(B、D)、T26/全国丙卷T9(B、C) 2015·全国卷ⅠT26/全国卷ⅡT28(2) 2014·全国卷ⅠT13/全国卷ⅡT10(C) 2013·全国卷ⅡT26(6) 2012·全国卷T26(2) 考点| 常见气体的实验室制法 [基础知识自查] 1.常见气体制备的发生装置 选择反应装置一般需考虑反应物的状态、溶解性和反应条件等,具体如表所示: 反应装置类型 反应装置图 适用气体 操作注意事项 固、固 加热型 O2、NH3等 ①试管要干燥; ②试管口略低于试管底; ③加热时先预热再固定加热; ④用KMnO4制取O2时,需在管口处塞一小团棉花 固、液加热型或液、液加热型 Cl2等 ①加热烧瓶时要隔石棉网; ②反应物均为液体时,烧瓶内要加碎瓷片或沸石 固、液不 加热型 H2、CO2、 SO2、NO2 等 ①使用长颈漏斗时,要使漏斗下端插入液面以下,但注意适用于块状固体与液体反应 ② ① ② 使用分液漏斗既可以增强气密性,又可控制液体流速 2.(1)常见气体的净化装置 a装置为加热固态试剂以除去气体中杂质的装置,为防止固体“流动”造成堵塞,两端用石棉或玻璃棉堵住,但要使气流通畅。b装置一般盛液体试剂,用于洗液。c装置一般盛固体试剂,用于气体除杂和定量计算。 (2)常见干燥剂 ①浓H2SO4:具有强氧化性和酸性,不能干燥碱性气体(NH3)和还原性气体(HI、HBr、H2S等)。 ②碱石灰(CaO+NaOH):具有碱性,不能干燥酸性气体。 ③中性干燥剂:如CaCl2,硅胶,Na2SO4,一般可干燥所有气体,但CaCl2不能干燥NH3。 3.常见气体的收集方法 (1)排水法:收集难溶于水的气体,如O2、H2、N2、NO、CO、C2H4等。 (2)排液法:收集难溶于所选溶液的气体,如Cl2用排饱和食盐水法。 (3)向上排空气法:收集气体密度比空气的大且相差较大,即相对分子质量大于29,如Cl2、CO2、NO2等。 (4)向下排空气法:收集气体密度比空气的小,且相差较大,即相对分子质量小于29,如CH4、H2、NH3等。 4.尾气处理分析 对有毒、有害的气体必须用适当的方法予以吸收或点燃变为无毒、无害的气体,再排放到空气中。 (1)用水吸收的是:NH3、HCl(注意防倒吸)。 (2)用烧碱溶液吸收的是:Cl2、HCl、H2S、SO2、NO2。 (3)用硫酸铜溶液或醋酸铅溶液吸收的是:H2S。 (4)用点燃法除去的是:CO、H2、CH4。 (5)用收集法除去的是:NO。 [应用体验] 1.选择合适的试剂,能否用右图所示的装置分别制取少量NO和O2?为什么?写出有关方程式。 _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ [提示] 能制取O2,但不能制取NO,原因是NO不能用排空气法收集。 2H2O22H2O+O2↑或2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,2NO+O2===2NO2。 2.完成表格。 序号 原物质 所含杂质 除杂质试剂 ① N2 O2 ② CO CO2 ③ CO2 CO ④ CO2 HCl ⑤ Cl2 HCl、H2O ⑥ SO2 HCl ⑦ CH4 乙烯 ⑧ NH3 CO2、H2O [提示] ①灼热的Cu网 ②NaOH溶液 ③灼热的CuO ④饱和NaHCO3溶液 ⑤饱和食盐水、浓H2SO4 ⑥饱和NaHSO3溶液 ⑦溴水 ⑧碱石灰 [考点多维探究] 角度1 气体的发生、净化、收集和尾气处理的分析 1.(2017·聊城模拟)下列有关实验装置的说法中正确的是________(填序号)。 【导学号:37742288】 图1 图2 图3 图4 图5 (1)用图1装置可制取干燥纯净的NH3 (2)用图2装置可制备SO2 (3)用图3装置可制备NO (4)用图4进行H2、NH3、CO2、Cl2、HCl、NO2等气体收集,但不能用于NO气体收集 (5)用图5当X选用苯时可进行NH3和HCl的吸收,并防止倒吸 (6)用图6进行H2、O2、Cl2、SO2、NH3、CO2等气体的干燥 图6 图7 (7)用图7进行Cl2、NO、SO2、N2的收集 [解析] (1)NH3应用向下排空气法收集; (3)NO不能用排空气法收集; (5)不能防止倒吸,因为苯比水的密度小,在上层; (6)Cl2、SO2、CO2为酸性气体,不能用碱石灰干燥; (7)Cl2、SO2可溶于水,不能用排水法收集。 [答案] (2)(4) 2.可用如图所示装置干燥、收集及尾气处理的气体是( ) ①H2S ②HCl ③NH3 ④Cl2 ⑤SO2 ⑥NO A.①和② B.②和⑤ C.③和④ D.⑤和⑥ B [H2S、NH3不能用浓H2SO4干燥,NO不能用排空气法收集,Cl2 不能用水吸收处理。] 3.下列实验装置图正确的是( ) C [A项,MnO2与浓盐酸反应需加热且收集Cl2时需从长管进气;B项,Na2O2为粉末状易溶于水,隔板无用;D项,排水法收集时,导管不能伸入集气瓶太长。] 气体除杂的原则和注意事项 (1)气体除杂的原则 ①不引入新的杂质。如除去甲烷中的乙烯用溴水不能用酸性高锰酸钾溶液。 ②不减少被净化气体的量,尽可能增加被净化气体的量。如除去二氧化碳中的二氧化硫气体,选用饱和碳酸氢钠溶液,既能除去二氧化硫,同时又能增加二氧化碳的量。 (2)气体除杂的注意事项 ①需净化的气体中含有多种杂质时,除杂顺序:一般先除去酸性气体,如氯化氢气体、CO2、SO2等,水蒸气要在最后除去。 ②除杂选用方法时要保证杂质完全除掉,如除CO2最好用NaOH不用Ca(OH)2溶液。有时候为了保证气体除尽,还要验证一步,如验证混合气体中既有CO2,又有SO2,通常用品红溶液检验SO2,然后用溴水或酸性KMnO4溶液除去SO2,再用品红溶液检验是否除尽,最后用澄清石灰水检验CO2。 角度2 与气体发生、净化、收集和尾气处理有关的仪器连接 4.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( ) 【导学号:37742289】 A.a—a′→d′—d→e B.c—c′→d—d′→g C.b—b′→d—d′→g D.d—d′→c—c′→f B [CO2气体中含HCl气体,可用饱和NaHCO3溶液除去。] 5.(2015·重庆高考节选)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。某兴趣小组通过如图1装置(夹持装置略)对其制备、吸收、释放和应用进行了研究。 图2 (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。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)仪器D是锥形瓶;安装F中导管时,应遵循“长进短出”的原则,所以应选择装置b。 (2)为使ClO2被充分吸收,必须控制ClO2的生成速率,因此滴加盐酸的速率宜慢不宜快。 (3)F溶液中的颜色不变说明没有氯气通入,即氯气被装置C所吸收。 (4)参加反应的离子有ClO和H+,生成的微粒有Cl-和ClO2,根据化合价升降法配平离子方程式即可。因为ClO2的性质与Cl2相似,所以能使淀粉碘化钾溶液变蓝,利用此性质可以验证是否有ClO2生成。 [答案] (1)锥形瓶 b (2)慢 (3)吸收Cl2 (4)验证是否有ClO2生成 以气体制备为载体的物质性质与制备的实验探究 1.物质制备流程 2.操作先后流程 (1)装配仪器时:先下后上,先左后右。 (2)加入试剂时:先固后液。 (3)实验开始时:先检查装置气密性,再加药品,然后点燃酒精灯。 (4)净化气体时:一般先除去有毒、有刺激性气味的气体,后除去无毒、无味的气体,最后除水蒸气。 (5)防倒吸实验:往往是最后停止加热或停止通气。 (6)防氧化实验:往往是最后停止通气。 (7)仪器拆卸的一般过程:从右到左,自上而下,先拆主体,后拆部件。 3.有气体参与实验中的注意事项 (1)爆炸:可燃性气体的点燃、不纯气体受热、气体导管堵塞导致。 (2)炸裂:玻璃仪器的骤冷骤热、受热不均等导致。 (3)倒吸:气体在用液体吸收或与液态试剂反应时,由于极易溶解或反应导致。 (4)堵塞:生成的蒸气易凝结、生成气体的同时产生粉尘等导致。 (5)空气污染:生成的气体有毒,缺少尾气处理措施或措施不当导致。 命题点1 以性质探究或验证为目的的实验综合题 [对点训练1] (2017·潍坊模拟)兴趣小组同学利用如图所示装置(夹持装置已略去)探究SO2的性质,并制取一种常用食品抗氧化剂焦亚硫酸钠(Na2S2O5)。 请回答下列问题:(实验前已除去装置中的空气) (1)打开分液漏斗活塞,发现其中的液体不能流下,应采取的操作是 _______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 (2)关闭K2、K3,打开K1,观察到装置C中发生的现象是 _____________________________________________________________。 (3)装置D和F的作用是 _____________________________________________________________。 (4)关闭K1、K3,打开K2。一段时间后E中有Na2S2O5晶体析出,装置E中发生反应的化学方程式为 _______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 (5)设计实验验证Na2S2O5晶体在空气中已被氧化 _______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 [解析] (1)使用分液漏斗时应取下分液漏斗上口的玻璃塞,使分液漏斗内的压强等于大气压强,保证液体顺利流下。(2)装置A中生成SO2,装置C中发生反应:H2O+SO2+Na2S===H2S+Na2SO3、SO2+2H2S===3S↓+2H2O,现象是有淡黄色沉淀生成。(3)装置D和F的作用是吸收SO2 ,防止污染空气。(4)装置E中Na2SO3与SO2反应生成Na2S2O5。(5)若Na2S2O5晶体在空气中已被氧化,则生成Na2SO4,可以利用稀盐酸和BaCl2溶液检验SO。 [答案] (1)拔掉分液漏斗上口的玻璃塞(或使分液漏斗玻璃塞上的凹槽或小孔对准瓶颈处的小孔) (2)有淡黄色沉淀生成 (3)吸收SO2,防止污染空气 (4)SO2+Na2SO3===Na2S2O5 (5)取少量Na2S2O5晶体于试管中,加适量水溶解,再滴加足量盐酸,振荡,无沉淀产生,排除Ag+的干扰,再滴入BaCl2溶液,有白色沉淀生成,证明Na2S2O5晶体在空气中已被氧化,证明Na2S2O5晶体在空气中已被氧化 命题点2 以物质制备为目的的实验综合题 [对点训练2] (2017·河南郑州模拟)高铁酸钾(K2FeO4)是一种理想的绿色高效水处理剂。某学习小组用如图所示装置(夹持仪器已略去)制备KClO溶液,并通过KClO溶液与Fe(NO3)3溶液的反应制备K2FeO4。 查阅资料知K2FeO4的部分性质如下:①可溶于水、微溶于浓KOH溶液;②在0~5 ℃、强碱性溶液中比较稳定;③在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解;④在酸性至弱碱性条件下,能与水反应生成Fe(OH)3和O2。 请回答下列问题: (1)仪器C和D中都盛有KOH溶液,其中C中KOH溶液的用途是 _______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 (2)Cl2与KOH的浓溶液在较高温度下反应生成KClO3。为保证反应生成KClO,需要将反应温度控制在0~5 ℃之间进行,在不改变KOH溶液浓度的前提下,实验中可以采取的措施是 _____________________________________________________________。 (3)在搅拌下,将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中即可制取K2FeO4,写出该反应的化学方程式 _______________________________________________________________; 该操作不能将KClO饱和溶液滴加到Fe(NO3)3饱和溶液中,其原因是 _______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 (4)制得的粗产品中含有Fe(OH)3、KCl等杂质。一种提纯方案为:将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3 mol·L-1KOH溶液中,用砂芯漏斗过滤,将滤液置于冰水浴中,向滤液中加入饱和KOH溶液,搅拌、静置,再用砂芯漏斗过滤,晶体用适量乙醇洗涤2~3次后,在真空干燥箱中干燥。 ①第一次和第二次过滤得到的固体分别对应的是(填化学式)________、________,过滤时不用普通漏斗而采用砂芯漏斗的原因是 _______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 ②晶体用乙醇洗涤的原因是 _______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 [解析] (1)C中KOH溶液为反应物,和氯气反应制备KClO,而D中KOH溶液的作用为吸收尾气,防止污染空气。(2)控制反应温度在0~5 ℃,可采取冰水浴法。(4)①根据题中信息“可溶于水”及“在0~5 ℃、强碱性溶液中比较稳定”知,将制得的粗产品溶于冷的3 mol·L-1 KOH溶液中,过滤可除去难溶物Fe(OH)3;根据题中信息“微溶于浓KOH溶液”知,在滤液中再加入饱和KOH溶液,可使K2FeO4析出。②用乙醇洗涤时,乙醇挥发时带走水分,防止K2FeO4与水发生反应。 [答案] (1)和氯气反应制备KClO (2)装置C加冰水浴冷却 (3)2Fe(NO3)3+3KClO+10KOH===2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O 生成的K2FeO4在Fe3+催化作用下会发生分解 (4)①Fe(OH)3 K2FeO4 滤纸在强碱条件下易被腐蚀 ②乙醇挥发时带走水分,防止K2FeO4与水发生反应 [课堂小结·反馈达标1+1] 全新理念 探究高考 明确考向 1.一个高考题,展示高考怎么考 (2015·福建高考)某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。 【导学号:37742290】 实验一 制取氯酸钾和氯水 利用下图所示的实验装置进行实验。 (1)制取实验结束后,取出B中试管冷却结晶,过滤,洗涤。该实验操作过程需要的玻璃仪器有________________________________________。 (2)若对调B和C装置的位置,________(填“能”或“不能”)提高B中氯酸钾的产率。 实验二 氯酸钾与碘化钾反应的研究 (3)在不同条件下KClO3可将KI氧化为I2或KIO3。该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响,其中系列a实验的记录表如下(实验在室温下进行): 试管编号 1 2 3 4 0.20 mol·L-1KI/mL 1.0 1.0 1.0 1.0 KClO3(s)/g 0.10 0.10 0.10 0.10 6.0 mol·L-1H2SO4/mL 0 3.0 6.0 9.0 蒸馏水/mL 9.0 6.0 3.0 0 实验现象 ①系列a实验的实验目的是_____________________________________。 ②设计1号试管实验的作用是___________________________________。 ③若2号试管实验现象为“黄色溶液”,取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色;假设氧化产物唯一,还原产物为KCl,则此反应的离子方程式为 _____________________________________________________________。 实验三 测定饱和氯水中氯元素的总量 (4)该小组设计的实验方案为:使用下图装置,加热15.0 mL饱和氯水试样,测定产生气体的体积。此方案不可行的主要原因是________。(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因) (5)根据下列资料,为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操作过程的细节):_____________________________________________________________。 资料:ⅰ.次氯酸会破坏酸碱指示剂; ⅱ.次氯酸或氯气可被SO2、H2O2和FeCl2等物质还原成Cl-。 [解析] (1)过滤需要漏斗、玻璃棒、烧杯等仪器,而洗涤沉淀也需要漏斗、玻璃棒、烧杯等仪器。 (2)若对调B和C装置,可以通过水先把Cl2中的HCl除去,可提高KClO3的产率。 (3)①根据图表可看出其他条件都相同,只有H2SO4的浓度不同,因此该实验研究的是硫酸的浓度对反应产物的影响。②1号实验中H2SO4的浓度为0,故该实验起到与其他实验对照的作用;③淀粉遇到碘单质会显蓝色,故氧化产物为碘单质,ClO被还原为Cl-。 (4)产生的Cl2会重新溶于水,同时HClO也会发生分解,生成HCl,极易溶于水,则无法计算氯元素的量。 (5)根据信息可知SO2、H2O2、FeCl2都能将次氯酸或者氯气还原,如果选择SO2会引入SO,对Cl-的测定造成干扰,如果选择FeCl2则会引入Cl-,而H2O2不会引入杂质离子,因此选择H2O2将次氯酸或者氯气还原为Cl-,再用AgNO3溶液测定Cl-。 [答案] (1)烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管(不填“胶头滴管”也可) (2)能 (3)①研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响 ②硫酸浓度为0的对照实验 ③ClO+6I-+6H+===Cl-+3I2+3H2O (4)因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等,此方案无法测算试样含氯总量(或其他合理答案) (5)量取一定量的试样,加入足量的H2O2溶液,加热除去过量的H2O2,冷却,再加入足量的硝酸银溶液,称量沉淀质量(或其他合理答案) 2.一个模拟题,预测高考考什么 ———————————————————————— (2016·湖南益阳4月调研)膦(PH3)又称为磷化氢,在常温下是一种无色有大蒜臭味的有毒气体,沸点-89.7 ℃,易自燃,与空气混合易爆炸,微溶于水。其制取原理类似于实验室制氨气,现用下图装置来制取磷化氢并验证其性质。 实验开始时,先从分液漏斗向盛有PH4I的圆底烧瓶中加入过量乙醚[无色液体,沸点34.5 ℃,微溶于水,不与Fe2(SO4)3 反应],微热数分钟后再从分液漏斗向圆底烧瓶中加入一定量的浓NaOH溶液继续加热。在装置C处用电热器控制温度在300 ℃左右,实验过程中可观察到:B装置的试管中有白色蜡状固体(P4)生成;D装置的试管中Fe2(SO4)3溶液颜色由棕黄色变成淡绿色,同时也有白色蜡状固体生成。 ———————————————————————— 请回答: (1)按气流方向连接装置,从左到右的顺序为: a→________→________→________→________→f。 [考查制备装置的连接顺序] (2)用PH4I和烧碱反应制取PH3的化学方程式是 _______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 [考查化学方程的书写] (3)实验开始时,先向圆底烧瓶中加入乙醚并微热数分钟,其目的是 _____________________________________________________________。 [考查加热时的注意事项] (4)装置C中反应的化学方程式是 _______________________________________________________________; 装置D中反应的离子方程式是 _____________________________________________________________。 [考查化学或离子方程式的书写] (5)装置B、D中的现象说明PH3具有的化学性质是________(填字母序号)。 A.碱性 B.不稳定性 C.还原性 D.酸性 [考查PH3的化学性质] (6)实验时处理尾气的方法是 _______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 [考查实验时处理尾气的方法] [解析] (1)根据实验目的并结合所给各装置的现象,弄清实验原理,才能正确连接装置。本实验中A为制取PH3的装置,产生的PH3气体先进入C装置,经受热分解产生P4和H2,然后再进入B装置,这样才能在B试管中观察到白色蜡状固体(P4),最后气体再进入D装置与Fe2(SO4)3溶液反应。因此正确的连接顺序为a→d(或e)→e(或d)→b→c→f。 (2)PH4I和烧碱反应与NH4Cl和NaOH反应类似,据此可写出有关的化学方程式。 (3)由题中信息可知,乙醚的沸点很低,微热数分钟后将产生大量乙醚蒸气,而乙醚又不与PH3及Fe2(SO4)3反应,那么加入乙醚的目的只能是排尽装置中的空气,防止易自燃的PH3在装置中燃烧。 (4)由实验现象可知,装置C中PH3发生了分解反应生成了P4和H2,装置D中Fe3+将PH3氧化为P4,本身被还原为Fe2+,据此可写出有关的方程式。 (6)本实验的尾气中主要含PH3和H2,二者均为可燃性气体,且PH3有毒,所以最好的处理方法是将尾气点燃,使其转变为无污染的P2O5和H2O,也可以通入CuSO4溶液中将PH3反应掉,反应的方程式为24CuSO4+11PH3+12H2O===8Cu3P+3H3PO4+24H2SO4。 [答案] (1)d e b c(或e d b c) (2)PH4I+NaOHPH3↑+NaI+H2O (3)将空气排尽,以防止PH3在装置中燃烧(或自燃) (4)4PH3P4+6H2 4PH3+12Fe3+===P4↓+12Fe2++12H+ (5)BC (6)将尾气点燃或通入到CuSO4溶液中(其他合理答案均可)查看更多