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1、2022年高考化學一輪復習 第四章 非金屬及其化合物 專題講座二 氣體的實驗室制備、凈化和收集學案
1.氣體制備實驗的基本思路
2.重要氣體的發(fā)生裝置
依據(jù)制備氣體所需的反應物狀態(tài)和反應條件,可將制備氣體的發(fā)生裝置分為三類:
(1)固體+固體氣體
發(fā)生裝置:
制備氣體:O2、NH3、CH4等。
(2)固體+液體或液體+液體氣體
發(fā)生裝置:
制備氣體:Cl2、C2H4等。
(3)固體+液體(不加熱)―→氣體
發(fā)生裝置:
制備氣體:選擇合適的藥品和裝置能制取中學化學中常見的氣體。
3.氣體制備裝置的改進
(1)
改進的目的:用于加熱易熔化的
2、固體物質的分解,這樣可有效地防止固體熔化時造成液體的倒流,如草酸晶體受熱分解制取CO2氣體。
(2)“固體+液體―→氣體”裝置的創(chuàng)新
(3)“固(液)+液氣體”裝置的創(chuàng)新
圖A的改進優(yōu)點是能控制反應液的溫度。
圖B的改進優(yōu)點是使圓底燒瓶和分液漏斗中的氣體壓強相等,便于液體順利流下。
4.氣體的除雜方法
(1)除雜試劑選擇的依據(jù):主體氣體和雜質氣體性質上的差異,如溶解性、酸堿性、氧化性、還原性。
除雜原則:①不損失主體氣體;②不引入新的雜質氣體;③在密閉裝置內進行;④先除易除的雜質氣體。
(2)氣體干燥凈化裝置
類型
液態(tài)干燥劑
固態(tài)干燥劑
固態(tài)干燥劑
固體,加
3、熱
裝置
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
常見干燥劑
濃H2SO4(酸性、強氧化性)
無水氯化鈣(中性)
堿石灰(堿性)
除雜試劑Cu、CuO、Mg等
當CO2中混有O2雜質時,應選用上述Ⅰ~Ⅳ中的Ⅳ裝置除O2,除雜試劑是Cu粉。
5.氣體的收集方法
收集方法
收集氣體的類型
收集裝置
可收集的氣體(舉例)
排水法
難溶于水或微溶于水,又不與水反應的氣體
O2、H2、NO、CO等
排空氣法
向上排空氣法
密度大于空氣且不與空氣中的成分反應
Cl2、SO2、NO2、CO2
向下排空氣法
密度小于空氣且不與空氣中的成分反應
H2、
4、NH3
6.集氣裝置的創(chuàng)新——排液集氣裝置
裝置(Ⅰ)從a管進氣b管出水可收集難溶于水的氣體,如H2、O2等。若將廣口瓶中的液體更換,還可以收集以下氣體。
①飽和食鹽水——收集Cl2。
②飽和NaHCO3溶液——收集CO2。
③飽和NaHS溶液——收集H2S。
④四氯化碳——收集HCl或NH3。
裝置(Ⅱ)儲氣式集氣。氣體從橡膠管進入,可將水由A瓶排入B瓶,在瓶A中收集到氣體。
7.尾氣處理的原因、方法及裝置
(1)原因:有些氣體有毒或有可燃性,任其逸散到空氣中,會污染空氣或者引發(fā)火災、爆炸等災害。
(2)處理方法:一般根據(jù)氣體的相關性質,使其轉化為非氣態(tài)物質或無毒
5、物質,如酸性有毒氣體用堿溶液吸收,可燃性氣體用點燃等措施。
(3)尾氣處理裝置(見下圖a、b、c)
①實驗室制取Cl2時,尾氣的處理可采用b裝置。
②制取CO時,尾氣處理可采用ac裝置。
③制取H2時,尾氣處理可采用ac裝置。
題組一 氣體的制備與性質探究
1.(2017·臨沂市高三上學期期中考試)用下圖所示裝置進行實驗,下列實驗現(xiàn)象描述錯誤的是( )
實驗
試劑甲
試劑乙
試劑丙
丙中的現(xiàn)象
A
稀鹽酸
CaCO3
Na2SiO3溶液
有白色沉淀生成
B
濃硫酸
Na2SO3
BaCl2溶液
有白色沉淀生成
C
過氧化氫
MnO2
6、
酸性KI-淀粉溶液
溶液變?yōu)樗{色
D
濃鹽酸
KMnO4
Na2S溶液
有淡黃色沉淀生成
答案 B
解析 A項,鹽酸和碳酸鈣反應生成CO2,CO2與硅酸鈉溶液反應生成硅酸白色沉淀,正確;B項,濃硫酸與亞硫酸鈉反應生成SO2,但SO2與氯化鋇不反應,錯誤;C項,過氧化氫在二氧化錳的作用下分解生成氧氣,氧氣把碘化鉀氧化為單質碘,碘遇淀粉顯藍色,正確;D項,濃鹽酸與高錳酸鉀混合生成氯氣,氯氣把硫化鈉氧化為單質S,產生淡黃色沉淀,正確。
2.(2018·曲阜市高三檢測)用如圖所示裝置和相應試劑能達到實驗目的的是( )
選項
實驗目的
試劑a
試劑b
試劑c
裝置
7、
A
驗證非金屬性:S>C>Si
稀硫酸
Na2CO3
Na2SiO3溶液
B
制備純凈的氯氣
濃鹽酸
MnO2
飽和食鹽水
C
檢驗溶液X中含有CO
鹽酸
溶液X
澄清石灰水
D
除去Na2SO3中的Na2SO4
氯水
混合物
NaOH溶液
答案 A
解析 A項,裝置b中出現(xiàn)氣體,說明硫酸的酸性強于碳酸,裝置c中出現(xiàn)沉淀,說明碳酸的酸性強于硅酸,最高價氧化物對應水化物的酸性越強,非金屬性越強,即S>C>Si,正確;B項,MnO2和濃鹽酸反應,需要加熱,此裝置中沒有加熱裝置,飽和食鹽水除去氯氣中的HCl,從裝置c中出來的氯氣中混有水蒸氣,不是
8、純凈的,錯誤;C項,裝置b中加入鹽酸,出現(xiàn)能使澄清石灰水變渾濁的氣體,不能說明X中含有CO,可能含有HCO或SO或HSO,錯誤;D項,氯水具有強氧化性,能把SO氧化成SO,不能達到實驗目的,錯誤。
3.(2017·湖北省部分重點高中協(xié)作體高三上學期聯(lián)考)利用如圖所示裝置進行下列實驗,能得到相應實驗結論的是( )
選項
①
②
③
實驗結論
A
濃硫酸
Na2SO3
KMnO4溶液褪色
SO2有漂白性
B
濃鹽酸
KMnO4
FeBr2溶液變?yōu)辄S色
氧化性:Cl2>Br2
C
稀硫酸
碳酸鈉
CaCl2溶液無明顯變化
CO2不與CaCl2反應
D
9、
濃硫酸
蔗糖
溴水褪色
濃硫酸具有脫水性、吸水性
答案 C
解析 A項,二氧化硫使酸性高錳酸鉀溶液褪色表現(xiàn)的是二氧化硫的還原性,錯誤;B項,氯氣通入溴化亞鐵溶液先氧化亞鐵離子,使溶液變?yōu)辄S色,錯誤;C項,碳酸的酸性弱于鹽酸,所以二氧化碳不與氯化鈣反應,正確;D項,溴水褪色說明有二氧化硫生成,證明了濃硫酸的強氧化性,錯誤。
4.(2017·江西省臨川區(qū)第一中學高三上學期期中考試)用下圖所示裝置進行實驗,下列對實驗現(xiàn)象的解釋不合理的是( )
選項
①中試劑
①中現(xiàn)象
解釋
A
品紅溶液
溶液褪色
SO2具有漂白性
B
Na2SiO3溶液
產生膠體沉淀
10、
酸性:H2SO3>H2SiO3
C
Ba(NO3)2溶液
生成白色沉淀
SO與Ba2+生成白色BaSO3沉淀
D
酸性KMnO4溶液
紫色褪去
SO2具有還原性
答案 C
解析 Cu和濃硫酸發(fā)生反應Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O。A項,SO2具有漂白性,能使品紅溶液褪色,正確;B項,通入SO2后產生膠體沉淀,說明產生H2SiO3,即H2SO3酸性強于H2SiO3,正確;C項,SO2溶于水,溶液顯酸性,NO在酸性條件下具有強氧化性,能把H2SO3或SO氧化成SO,因此沉淀是BaSO4,錯誤;D項,酸性高錳酸鉀溶液具有氧化性,紫色褪去,說明SO2
11、具有還原性,正確。
題組二 高考新題型——和氣體制備有關的儀器連接分析
5.(2017·全國卷Ⅰ,10)實驗室用H2還原WO3制備金屬W的裝置如圖所示(Zn粒中往往含有硫等雜質,焦性沒食子酸溶液用于吸收少量氧氣)。下列說法正確的是( )
A.①②③中依次盛裝KMnO4溶液、濃H2SO4、焦性沒食子酸溶液
B.管式爐加熱前,用試管在④處收集氣體并點燃,通過聲音判斷氣體純度
C.結束反應時,先關閉活塞K,再停止加熱
D.裝置Q(啟普發(fā)生器)也可用于二氧化錳與濃鹽酸反應制備氯氣
答案 B
解析 A項,氣體從溶液中逸出易帶出水蒸氣,所以濃硫酸應放在③中,錯誤;B項,先通H2以排除
12、空氣,加熱前應先檢驗H2的純度,正確;C項,若先停止通H2,空氣有可能重新將W氧化,應先停止加熱,再關閉活塞K,錯誤;D項,MnO2和濃鹽酸反應制氯氣需要加熱,不能用啟普發(fā)生器制備,錯誤。
6.(2018·海南省海南中學高三月考)用下圖所示裝置測定水中氫、氧元素的質量比,其方法是分別測定通氫氣前后玻璃管的質量差和U形管的質量差,實驗測得m(H)∶m(O)>1∶8。下列對導致這一結果的原因分析中,一定錯誤的是( )
A.Ⅰ、Ⅱ裝置之間缺少干燥裝置
B.Ⅲ裝置之后缺少干燥裝置
C.Ⅱ裝置中玻璃管內有水冷凝
D.CuO沒有全部被還原
答案 D
解析 用H2還原CuO時,裝置Ⅲ中C
13、aCl2吸收的是生成的水,而裝置Ⅱ中玻璃管通H2前后的質量差為反應時消耗CuO中氧的質量,即生成水中氧元素的質量,而m(水)-m(氧)=m(氫)。當Zn和稀硫酸反應產生的H2不干燥[m(水)偏大],裝置Ⅲ后不加干燥裝置,使Ⅲ中CaCl2吸收空氣中的水分[m(水)偏大],Ⅱ中玻璃管內有水冷凝[m(氧)偏小],都會造成測得m(H)∶m(O)>1∶8。H2O的組成與CuO是否完全反應無關,只與通H2前后玻璃管的質量差和生成的水有關。
7.(2017·河北省武邑中學高三上學期期中考試)Cl2O是一種強氧化劑,易溶于水且會與水反應生成次氯酸,與有機物或還原劑接觸會發(fā)生燃燒并爆炸。一種制取Cl2O的裝置
14、如圖所示,加熱裝置和夾持儀器已略。
已知:Cl2O的熔點為-116 ℃,沸點為3.8 ℃;Cl2的沸點為-34.6 ℃;HgO+2Cl2===HgCl2+Cl2O。下列說法正確的是( )
A.裝置②③中盛裝的試劑依次是濃硫酸和飽和食鹽水
B.通干燥空氣的目的是作氧化劑
C.從裝置⑤中逸出氣體的主要成分是Cl2O
D.裝置④與⑤之間不用橡皮管連接,是為了防止橡皮管燃燒和爆炸
答案 D
解析 A項,從飽和食鹽水中逸出的氣體中含有水蒸氣,所以氯氣要先通過飽和食鹽水,再通過濃硫酸,即裝置②③中盛裝的試劑依次是飽和食鹽水和濃硫酸,錯誤;B項,通干燥空氣的目的是將Cl2O從發(fā)生裝置完全
15、趕出至收集裝置,錯誤;C項,從裝置⑤中逸出氣體的主要成分是Cl2,錯誤;D項,裝置④與⑤之間不用橡皮管連接,是為了防止橡皮管燃燒和爆炸,正確。
題組三 儀器連接專練
8.將鋁鎂合金與足量稀硫酸溶液反應,測定生成氣體在通常狀況(約20 ℃,1.01×105 Pa)的體積。某同學擬選用如圖實驗裝置完成實驗:
最簡易的裝置其連接順序:A接(______)(________)接(________)(________)接(________)(填接口字母,可不填滿)。
答案 E D G
9.實驗室合成硫酰氯要先制取干燥氯氣。制備干燥純凈的氯氣所用儀器如下圖:
上述儀器的連接順序:e
16、接________,________接________,________接________,________接________(按氣流方向,用小寫字母表示)。
答案 d c a b i h g
10.亞硝酸鈉是一種工業(yè)鹽,在生產、生活中應用廣泛?,F(xiàn)用下圖所示裝置(夾持裝置已省略)及藥品,探究亞硝酸鈉與硫酸反應及氣體產物成分。
已知:① NO+NO2+2OH-===2NO+H2O
②氣體液化的溫度:NO2(21 ℃)、NO(-152 ℃)
(1)反應前應打開彈簧夾,先通入一段時間氮氣,目的是_______________________________
____________
17、____________________________________________________________。
(2)為了檢驗裝置A中生成的氣體產物,儀器的連接順序(從左向右連接):A→________;組裝好儀器后,接下來進行的操作是_______________________________________________。
答案 (1)排出裝置中的空氣,防止干擾NO的檢驗 (2)CEDB 檢查裝置的氣密性
解析 (1)反應前應打開彈簧夾,先通入一段時間氮氣,排出裝置中的空氣,防止干擾NO的檢驗,否則會影響NO和NO2的檢驗。(2)為了檢驗裝置A中生成的氣體產物,儀器
18、的連接順序(從左向右連接):A是發(fā)生裝置,C是干燥除去水。因為NO2更易液化,先分離NO2,所以接E冷卻二氧化氮,NO2分離后再檢驗NO,再接D通氧氣,觀察到氣體從無色變成紅棕色,說明是NO,B是尾氣處理;吸收反應后剩余的NO和NO2的混合氣體,防止污染空氣。裝置的連接為A→C→E→D→B;有氣體參與或生成的實驗必須檢查裝置的氣密性,故組裝好儀器后,接下來進行的操作是檢查裝置的氣密性。
11.利用如圖裝置,進行NH3與金屬氧化物MxOy反應生成M、N2、 H2O,通過測量生成水的質量來測定M的相對原子質量。a中試劑是濃氨水。
(1)儀器a的名稱為________,儀器b中裝入的試劑可以是____________。
(2)按氣流方向正確的裝置連接順序為________(填字母,裝置可重復使用)。
答案 (1)分液漏斗 NaOH或生石灰或堿石灰 (2)BDADC
解析 (1)儀器a的名稱為分液漏斗,儀器b中裝入的試劑可以是NaOH或生石灰或堿石灰。
(2)該實驗在B處產生氨,通過D干燥氨,在A處NH3與MxOy反應,生成的水在D處被吸收,殘留氨被C吸收,所以按氣流方向正確的裝置連接順序為BDADC。