备战2021 高考化学 考点23 常见气体的实验室制法(原卷版）

备战2021 高考化学 考点23 常见气体的实验室制法(原卷版）

考点 23 常见气体的实验室制法 1．常见气体制备的反应原理 气体名称 反应原理 收集方法 氧气 2KClO3 2KCl+3O2↑ 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑ 排水法、向上排空气法 氨气 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O 向下排空气法 氢气 Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑ 排水法、向下排空气法 硫化氢 FeS+H2SO4 FeSO4+H2S↑ 向上排空气法 二氧化碳 CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑ 向上排空气法 二氧化硫 Na2SO3+H2SO4(浓) Na2SO4+H2O+SO2↑ 向上排空气法 二氧化氮 Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑ 向上排空气法 乙炔 CaC2+2H2O Ca(OH)2+ ↑ 排水法 氯气 MnO2+4HCl(浓) MnCl2+2H2O+Cl2↑ 向上排空气法 氯化氢 NaCl+H2SO4(浓) NaHSO4+HCl↑ 2NaCl+H2SO4(浓) Na2SO4+2HCl↑ 向上排空气法 一氧化氮 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑ 排水法 乙烯 C2H5OH ↑+H2O 排水法 2．实验室制取气体的装置 实验室制备气体发生装置选择的依据是反应物的状态及反应条件。 装置类型 装置图 适用气体 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加热时先均匀加热再固定加强热 固−液加热型 或液−液加热型 Cl2、HCl 等 ①加热烧瓶时要垫石棉网； ②反应物均为液体时，烧瓶内要加沸石或碎 瓷片 固−液不加热型 或液−液不加热型 H2、CO2、 SO2、NO、 NO2 等 ①使用长颈漏斗时，漏斗下端管口要插入液 面以下； ②启普发生器只适用于块状固体与液体的 反应，反应不需要加热且气体不溶于水； ③使用分液漏斗既可增强装置的气密性，又 可控制加入液体的速度 气体制备口诀 气体制备首至尾，操作步骤各有位，发生装置位于头，洗涤装置紧随后， 除杂装置分干湿，干燥装置把水留；集气要分气和水，性质实验分先后， 有毒气体必除尽，吸气试剂选对头；有时装置少几个，基本顺序不可丢， 偶尔出现小变化，相对位置仔细求。 3．常见气体的除杂与干燥 （1）气体的除杂 气体的除杂一般是指除去水蒸气以外的杂质。关于气体的除杂应掌握以下两点： ①除杂原则。a.不损失主体气体，即被净化的气体不能与除杂试剂发生化学反应；b.不引入新的杂质气 体；c.在密闭装置内进行；d.常先除去易除的气体。 ②选择除杂试剂的依据。利用主体气体和杂质气体性质的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性、 可燃性等。液体除杂试剂用洗气瓶，固体除杂试剂用干燥管。 （2）常见气体的净化 气体 所含杂质 净化剂 净化装置 O2 Cl2 氢氧化钠溶液 H2 H2S 硫酸铜溶液 CO2 HCl 饱和碳酸氢钠溶液 洗气瓶CO2 SO2 饱和碳酸氢钠溶液 Cl2 HCl 饱和食盐水 SO2 HCl 饱和亚硫酸氢钠溶液 CH4 乙烯 溴水 CO CO2 或 H2O 碱石灰 干燥管 N2 O2 灼热的铜网 硬质玻璃管 CO2 CO 灼热的氧化铜 （3）气体的干燥 气体的干燥是指除去气体中所含的水蒸气，实质上也属于除杂范畴(是一种特定的除杂过程)；气体干燥 的关键是选择干燥剂，并根据干燥剂的状态选择干燥装置，常用的装置有洗气瓶、干燥管等。 （4）常用的气体干燥剂 类型 酸性干燥剂 碱性干燥剂 (固体) 中性干燥剂(固体) 常用试剂 浓硫酸(具有强氧化 性)、P2O5(固体) 碱石灰、CaO 无水 CaCl2 （5）气体干燥与除杂的顺序问题 一般情况下，若采用溶液作除杂试剂，则先除杂后干燥；若采用加热法除去杂质，则先干燥后除杂。 4．气体的收集方法 确定气体的收集方法时要考虑气体的密度、溶解性、稳定性。 （1）常见的收集方法 收集方法 排水法 向上排空气法 向下排空气法 收集原理 收集的气体不与水反 应或难溶于水 与空气不反应且密度 比空气的大 与空气不反应且密 度比空气的小 收集装置 适用的气体 H2、O2、 NO、CH4 Cl2、CO2、NO2、SO2 H2、NH3 （2）创新的收集装置 气体的收集分析思路 1．易溶于水或与水反应的气体，如 NH3、HCl、NO2 等，只能用排空气法收集。 2．常温下与 O2 反应的气体(如 NO)、密度跟空气相近的气体(如 N2、CO、C2H4、C2H6 等)，都不能用排 空气法收集。 3．能溶于水但溶解度不大的气体，可以用排某些饱和溶液的方法收集，如：CO2——排饱和 NaHCO3 溶液；SO2——排饱和 NaHSO3 溶液；H2S——排饱和 NaHS 溶液；Cl2——排饱和 NaCl 溶液。 4．注意集气装置中两根导气管的长短，应根据气体的密度来分析其进气和出气端。 5．气体体积的测量 对难溶于水且不与水反应的气体，往往通过测量其排出水的体积来确定气体的体积(NH3 常用排 CCl4 的 方法来测体积)。读数时，要使两边的液面保持水平，以消除水位差造成的误差。常用装置如图所示： 6．尾气处理方法 对于有毒、有害、可燃、污染空气的气体尾气必须进行处理，用溶液吸收或点燃使它们变为无毒、无 害、无污染的物质。对于无毒、无害气体可直接排放，如 N2、O2、CO2 等。 （1）吸收原则：能充分吸收气体；不能倒吸。 （2）常见装置 ①吸收溶解度较小的尾气(如 Cl2 等)用图 D 装置； ②吸收溶解度较大的尾气(如 HCl、NH3 等)用图 B、C 装置； ③CO、H2 等气体可用点燃或收集的方法除去，用图 A、E 装置。 （3）有些反应物需要防潮处理(如 FeCl3、AlCl3 等)，这时尾气处理前必须有干燥装置，以防止空气中 的水蒸气进入，如图所示。 7．几种常见气体的检验 （1）可燃性气体的检验 考向一 气体的制备、收集与检验 典例 1 亚硝酰氯(NOCl)的沸点为－5.5 ℃，具有刺鼻恶臭味，在潮湿空气中易水解，溶于浓硫酸，是有机 合成中的重要试剂。某同学用如图装置，由 NO 与干燥纯净的 Cl2 反应制备 NOCl。 已知：①Cl2 沸点为－34.6 ℃，NO2Cl 沸点为－15 ℃ ②2NO＋Cl2===2NOCl 2NO2＋Cl2===2NO2Cl 回答下列问题： （1）铜与稀硝酸反应的化学方程式为____________________________；装置 A 中设计了可上下移动的 铜丝，其优点是______________________________。 （2）图中实验装置的连接顺序为 a―→____________________________。 （3）实验时，先制取氯气使其充满除 A、B、C 外的整套装置，目的是____________________；装置 中充满氯气后，下一步是制取 NO，具体操作是_____________________________；E 中冰盐水的温度 可低至－22 ℃，其作用是____________________________。 （4）该同学的实验设计可能的不足之处是________________________(答出一条即可)。 （5）若无 C 装置，则不利于 NOCl 的制备，主要原因是______________________(用化学方程式表示)。 1．某同学用如图所示装置制取和探究气体(H2、O2、NH3、Cl2、SO2、NO2)的性质。 （1）装药品前，应先进行的操作是 。 （2）如果用该装置制取 H2、O2、NH3，可选用的试剂组合是 (填序号)。 H2 O2 NH3 ① Zn、稀盐酸 KClO3、MnO2 氯化铵固体、氢氧化钙固体 ② Zn、稀硫酸 H2O2 溶液、MnO2 浓氨水、NaOH 固体 ③ Zn、稀硝酸 KMnO4 浓氨水、生石灰 （3）题给六种气体中，可同时采用如图所示两种收集装置收集的是 。 （4）甲、乙两同学分别利用题给装置制取并探究气体的性质。甲同学利用 Na2SO3 固体与稀硫酸反应制 取 SO2，乙同学利用 KMnO4 和稀盐酸反应制取氯气。 请回答下列问题： ①写出 Na2SO3 固体与稀硫酸反应制取 SO2 的化学方程式： 。 ②若溶液 A 为溴水，通入 SO2 后可观察到的现象是 ；若溶液 A 为 NaBr 溶液，通入氯气时发生反应的离子方程式为 。实验证明 Br2、SO2 和 Cl2 的氧化性由强到弱的顺序为 。 ③甲、乙两同学想比较 Cl2 和 SO2 漂白速率的快慢，溶液 A 分别选取的是相同量的品红溶液。同时 制取 Cl2 和 SO2 气体，观察品红溶液褪色的时间，比较褪色的快慢，该方法存在的缺陷 为 。 两同学还想比较 Cl2 和 SO2 漂白性的差异，还需要的操作和可能观察到的现象为 。 有关气体制备实验的分析思路 考向二 气体的净化和尾气处理 典例 2 向盛有 H2O2 溶液的试管中滴入少量浓盐酸，经检验生成的混合气体中只含有 O2、Cl2、HCl 和水 蒸气。将气体通入 X 溶液(如图)，依据观察到的现象，能判断气体中含有 Cl2 的是 选项 X 溶液 现象 A 稀硝酸酸化的 AgNO3 溶液 有白色沉淀生成 B 滴有 KSCN 的 FeSO4 溶液 溶液变为红色 C 淀粉 KI 酸性溶液 溶液变为蓝色 D 紫色石蕊溶液 溶液先变红后褪色 2．实验室制取下列气体时，下列尾气吸收方法中不正确的是 A．Cl2 的尾气，可用 NaOH 溶液吸收 B．H2S 的尾气，可用 CuSO4 溶液吸收 C．SO2 的尾气，可用酸性 KMnO4 溶液吸收 D．NO2 的尾气，可用 H2O 来吸收 气体除杂原则 （1）先除杂质后干燥；用加热法除去杂质时，应先干燥后加热。 （2）用洗气瓶吸收气体杂质时，气流方向是长管进，短管出。用干燥管吸收气体杂质时，气流方向是 大口进，小口出。 （3）若气体中含有多种酸性气体杂质时，应先将酸性较强的杂质气体除去，再除酸性较弱的杂质气体。 1．利用图所示装置进行下列实验,能得出相应实验结论的是 选 项 ① ② ③ 实验结论 A 稀盐酸 CaCO3 Na2SiO3 溶液 非金属性:Cl>C>Si B 浓硫酸 蔗糖 Ba(NO3)2 溶液 验证 SO2 与可溶性钡盐可生成白色沉淀 C 浓氨水 生石灰 酚酞溶液 氨气的水溶液呈碱性 D 浓硝酸 Fe NaOH 溶液 铁和浓硝酸反应可生成 NO2 2．表中 a、b、c 表示相应仪器中加入的试剂，可用如图所示装置制取、净化、收集的气体是( ) 选项 气体 a b c A NH3 浓氨水 生石灰 碱石灰 B SO2 70%的浓 H2SO4 Na2SO3 固体 98%的浓 H2SO4 C NO 稀 HNO3 铜屑 H2O D NO2 浓 HNO3 铜屑 NaOH 溶液 3．某无色混合气体可能由 CH4、NH3、H2、CO、CO2 和 HCl 中的某几种气体组成。在恒温恒压条件下，将 此混合气体通过浓 H2SO4，总体积基本不变，通入过量的澄清石灰水，未见变浑浊，但混合气体的总体 积减小，把剩余气体导出后，在空气中能够点燃，燃烧产物不能使 CuSO4 粉末变色。则原混合气体的成 分是 A．HCl 和 CO B．HCl、H2 和 CO C．CH4 和 NH3 D．HCl、CO 和 CO2 4．室温下用下列实验装置进行相应实验，能达到实验目的的是 A．图 1：验证浓硫酸具有强氧化性 B．图 2：制取干燥的 NH3 C．图 3：干燥、收集并吸收多余 SO2 D．图 4：验证乙炔的还原性 5．仅用如图装置可完成的实验是 A．用浓硫酸和铜反应制 SO2 B．用 Cu 与浓硝酸反应制 NO2 C．用 NH4Cl 与 Ca(OH)2 反应制 NH3 D．用锌粒与稀硫酸反应制 H2 6．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 7．实验室中制取、洗气并收集气体的装置如下图所示。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 中液体 b 中固体 c 中液体 A 浓盐酸 MnO2 饱和食盐水 B 浓氨水 生石灰 浓 H2SO4 C 浓硫酸 Cu 片 NaOH 溶液 D 稀 HNO3 Cu 片 H2O 8．下列关于甲、乙、丙、丁四种仪器装置的有关用法，其中不合理的是 A．甲装置：可用来证明硫的非金属性比硅强 B．乙装置：橡皮管的作用是能使水顺利流下 C．丙装置：用图示的方法能检查此装置的气密性 D．丁装置：可在瓶中先装满某种液体收集 NO 气体 9．现有甲、乙、丙、丁四个装置，下列有关说法不正确的是 A．选用合适的试剂，使用甲装置在实验室可以制备少量 H2、O2、CO2、Cl2、NO2、NH3 B．采用不同的通气方法，使用乙装置可收集 H2、NH3、CO、NO、SO2、O2、Cl2 C．选用丙装置处理尾气，可以吸收 Cl2、SO2、H2S、NO2、HCl D．选用丁装置可以净化 NH3(H2O)、O2(CO2)、H2(HCl)(括号内为杂质气体) 10．利用下图装置可以进行实验并能达到实验目的的是 选项 实验目的 X 中试剂 Y 中试剂 A 用 MnO2 和浓盐酸制取并收集纯净干燥的 Cl2 饱和食盐水 浓硫酸 B 用 Cu 与稀硝酸制取并收集纯净干燥的 NO 水 浓硫酸 C 验证电石与饱和食盐水反应生成的气体的性质 并收集 CuSO4 溶液 KMnO4 溶液 D CaCO3 和稀盐酸制取并收集纯净干燥的 CO2 饱和 NaHCO3 溶液 浓硫酸 11．某同学对教材中铜与浓硫酸的实验作出如下改进。实验装置如图所示(加热和夹持装置已略去)。 实验步骤： ①组装仪器，检查装置气密性； ②加入试剂，关闭旋塞 E，加热 A，观察 C 中溶液颜色变化； ③将铜丝上提离开液面，停止加热。 （1）检查虚线框内装置气密性的方法是____________________________________。 （2）装置 A 的名称是________，装置 B 的作用是______________，装置 D 中所盛药品是__________。 （3）装置 A 中发生反应的化学方程式为______________________________________。 （4）实验后，拆除装置前，为避免有害气体的泄漏，应当采取的操作是________________________。 （5）实验后装置 A 中有白色固体产生，将装置 A 中固液混合物缓慢转移至盛有少量水的烧杯中，可观 察到的现象是____________________________，用所得溶液做焰色反应实验时，观察到的火焰颜色为 ________；不可直接向装置 A 中加水的原因是___________________________。 12．如图是实验室中乙炔的制取和性质检验实验装置的一部分。 （1）写出反应生成乙炔的化学方程式: 。 （2）实验中用饱和食盐水代替水(实际上还可以用乙醇水溶液代替水)，这样做的目的是 。 （3）CuSO4 溶液可以除去乙炔中混有的 H2S、PH3 等杂质气体，高锰酸钾酸性溶液也可以除去这些杂质， 但不能用高锰酸钾酸性溶液代替 CuSO4 溶液，原因是 。 （4）点燃不纯的乙炔气体可能会发生爆炸，点燃乙炔前应先进行的操作是 。也可在 点燃前连接一个安全装置以防止意外。如图所示装置中能起到此作用的是 。 13．某兴趣小组采用如图装置制取并探究 SO2 气体的性质。 （1）下列实验方案适用于图中所示装置制取所需 SO2 的是________。 A．Na2SO3 溶液与 HNO3 B．Na2SO3 固体与浓硫酸 C．固体硫在纯氧中燃烧 D．铜与浓硫酸 （2）组装完仪器后，检查装置气密性的方法是关闭活塞 b，_____________。 （3）指导老师指出应增加一尾气吸收装 置，并帮助同学们设计了如下装置，其中合理的是 ____________________。 （4）该小组同学设计在试管 d 中加入 FeCl3 溶液，验证 SO2 的还原性，为了验证 SO2 与 Fe3+发生了氧化 还原反应，他们在通入足量 SO2 后，取试管 d 中的溶液，分成三份，并设计了如下实验: 方案 A:往第一份溶液中加入 KMnO4 溶液，紫红色褪去； 方案 B:往第二份溶液中加入 KSCN 溶液，不变红，再加入新制的氯水，溶液变红； 方案 C:往第三份溶液中加入用稀盐酸酸化的 BaCl2，产生白色沉淀。 上述方案不合理的是________；原因是__ _______________________。 1．[2020 全国 3 卷]氯可形成多种含氧酸盐，广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部 分装置省略)制备 KClO3 和 NaClO，探究其氧化还原性质。 回答下列问题： (1)盛放 MnO2 粉末的仪器名称是________，a 中的试剂为________。 (2)b 中采用的加热方式是_________，c 中化学反应的离子方程式是________________，采用冰水浴冷却的 目的是____________。 (3)d 的作用是________，可选用试剂________(填标号)。 A．Na2S B．NaCl C．Ca(OH)2 D．H2SO4 (4)反应结束后，取出 b 中试管，经冷却结晶，________，__________，干燥，得到 KClO3 晶体。 (5)取少量 KClO3 和 NaClO 溶液分别置于 1 号和 2 号试管中，滴加中性 KI 溶液。1 号试管溶液颜色不变。2 号试管溶液变为棕色，加入 CCl4 振荡，静置后 CCl4 层显____色。可知该条件下 KClO3 的氧化能力 ____NaClO(填“大于”或“小于”)。 2．[2019新课标Ⅲ] 下列实验不能达到目的的是 选项 目的 实验 A 制取较高浓度的次氯酸溶液 将Cl2通入碳酸钠溶液中 B 加快氧气的生成速率 在过氧化氢溶液中加入少量MnO2 C 除去乙酸乙酯中的少量乙酸 加入饱和碳酸钠溶液洗涤、分液 D 制备少量二氧化硫气体 向饱和亚硫酸钠溶液中滴加浓硫酸 3．[2017 新课标Ⅰ卷]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 4．[2017 北京卷]下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确．．．的是 ① ② ③ A．由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体 B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应 C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物 D．③的气体产物中检测出 CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应 5．[2017 江苏卷]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 A．制取 SO2 B．验证漂白性 C．收集 SO2 D．尾气处理 6．[2016 上海卷]下列气体的制备和性质实验中，由现象得出的结论错误的是 选项 试剂 试纸或试液 现象 结论 A 浓氨水、生石灰 红色石蕊试纸 变蓝 NH3 为碱性气体 B 浓盐酸、浓硫酸 pH 试纸 变红 HCl 为酸性气体 C 浓盐酸、二氧化锰 淀粉碘化钾试液 变蓝 Cl2 具有氧化性 D 亚硫酸钠、硫酸 品红试液 褪色 SO2 具有还原性