高三化學二輪復習指導 第五部分 化學實驗基礎 專題六 常見氣體的制備與收集

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專題六 常見氣體的制備與收集 知識點 《高考考試說明》 對應教科書內(nèi)容 常見氣體的實驗室制法 掌握常見氣體的實驗室制法 必修1第四章第三、四節(jié) 必修2第三章第二節(jié) 選修5第二童第一節(jié) 一、知識整理 1．氣體的發(fā)生裝置 2．氣體的收集方法 3．常見氣體的制備原理，裝置選擇 4．氣體的凈化和干燥 二、重點知識解析 應掌握、、、、、、、、等種氣體的實驗室制法。其中包括藥品選擇、反應原理、儀器裝置、操作要點、凈化、干燥、收集、檢驗、尾氣處理等一系列的基本知識和基本操作技能。 1．氣體的發(fā)生裝置 一般根據(jù)反應物狀態(tài)和反應條件設計氣體發(fā)生裝置，通常氣體的發(fā)生裝置有如下幾種（見下圖）： 固態(tài)反應物加熱產(chǎn)生氣體 有液體反應物不加熱產(chǎn)生氣體 有液體反應物加熱產(chǎn)生氣體 A B C D E F 2．氣體的收集方法 根據(jù)氣體的密度、溶解性、穩(wěn)定性可將氣體的收集方法分為三種。 （1）排水集氣法 適用于不溶于水或微溶于水且不與水發(fā)生反應的氣體。優(yōu)點是收集的氣體純度高，易判斷是否收集滿。若有些氣體雖在水中有一定的溶解性或與水微弱反應，也可通過往水中加入電解質(zhì)，抑制與水反應。 如用排飽和食鹽水的方法可收集濃度較高的（裝置）。 （2）向上排空氣收集法 適用于不跟空氣發(fā)生反應且密度比空氣大的氣體（裝置）。 （3）向下排空氣集氣法 適用于不跟空氣發(fā)生反應且密度比空氣小的氣體（裝置）。 3．常見氣體的制備原理，裝置選擇 氣體 反應原理 發(fā)生 裝置 收集 裝置 注意事項 或 共同點： ①氣密性的檢查 ②試管口稍向下傾斜 ③若用排水法，做完實驗先撤導管，后撤酒精燈 不同點： 收集氨氣的儀器要干燥 說明： ①制備少量還可以用反應：，選擇發(fā)生裝置。 ②制備少量可以加熱濃氨水或?qū)獍彼稳胧⒐腆w的燒瓶中，選擇發(fā)生裝置。 氣體 反應原理 發(fā)生 裝置 收集 裝置 注意事項 較活潑金屬與稀強酸（如，但勿用，或濃）的置換反應 C a或c 用長頸漏斗時要液封（遇粉化）不能用啟普發(fā)生器制不用（因微溶） ①排水法完畢應先撤導管后撤火 ②反應物都是液體要加碎瓷片防暴沸 ③制乙烯要控制溫度在170℃ ④集可用排飽和食鹽水 電石與水進行反應 B 或 （濃） 或 或 4．氣體的凈化和干燥 氣體的凈化、干燥裝置一般常用的有洗氣瓶、干燥管、形管和雙通加熱管幾種。如下圖。 （1）洗氣瓶（如圖c）中一般裝入液體除雜試劑。除雜試劑應通過化學反應將雜質(zhì)吸收或?qū)㈦s質(zhì)氣 體轉(zhuǎn)化為所制取的氣體。常見除雜試劑有： ①強堿溶液：如溶液可吸收、、、等呈酸性的氣體。 ②飽和的酸式鹽溶液，可將雜質(zhì)氣體吸收轉(zhuǎn)化，如： 飽和溶液能除去中混有的、等強酸性氣體。 飽和溶液能除去SO：中混有的、等氣體。 ③濃：利用它的吸水性，可除去、、、、等氣體中混有的水蒸氣。但由于濃有強氧化性，不能用來干燥具有強還原性氣體，如、等。 ④酸性溶液：利用它的強氧化性，可以除去具有還原性的氣體，如除去混在氣體中的等。 （2）干燥管、形管一般裝人固體的干燥劑。常見的固體干燥劑有： ①酸性干燥劑，不能用來干燥堿性氣體。如、硅膠等。 ②堿性干燥劑，不能用來干燥酸性氣體。如、堿石灰、固體等。 ③中性干燥劑，酸性、堿性、中性氣體都能干燥。如（但不能干燥，因易形成氨合物）。 （3）雙通加熱管一般裝入固體除雜劑，除雜試劑和混合氣體中的某一組分反應。例如：和混合氣 體中反應而將除去。 另外還常用固體的無水裝入干燥管中，通過顏色變化檢驗水蒸氣的存在（但不能用作干 燥劑，因吸水率低）。用固體也可將、（氣）轉(zhuǎn)化為。 5．測量氣體的體積 利用氣體的不溶于某些液體的性質(zhì)（如難溶于水，難溶于飽和食鹽水）可用排液法粗略測量氣體的體積。其多種量氣裝置見下圖。 實驗操作水平的高低決定了測量誤差的大小。為減少量氣誤差，應注意： 裝置（I），反應后應恢復到室溫再讀數(shù)，實驗前集氣瓶應充滿水。氣體體積即量筒中水的體積。 裝置（Ⅱ），讀數(shù)時應上下移動乙管，使甲、乙兩管液面相平。讀取反應前后甲管中液面體積讀數(shù)的 差值即為氣體體積。 裝置（Ⅲ），測量收集到的氣體體積，應先使氣體冷卻至室溫，再慢慢將量筒下移，使量筒內(nèi)外液面 高度相同，再讀取讀數(shù)。 裝置（Ⅳ），實驗中水面要沒過漏斗頸，量筒中裝滿水，反應在漏斗中進行，生成氣體的體積即為量 筒內(nèi)氣體的體積。 裝置（V），用于測量混合氣體中被吸收（或不被吸收）的體積分數(shù)，讀數(shù)時球形容器和量氣管液面 相平，量氣管內(nèi)增加的水的體積等于不被反應管吸收的氣體的體積。 三、典型例題解析 【例1】利用下列各組中的物質(zhì)制備并收集少量相應的氣體，能采用右圖裝置的是（ ） ①濃氨水和固體制 ②大理石和稀鹽酸制 ③過氧化氫溶液和二氧化錳制 ④稀硝酸和銅片制 ⑤濃鹽酸和二氧化錳制 ⑥電石與水制 ⑦鋅粒和稀硫酸制 ⑧乙醇和濃硫酸制 A．②⑧ B．①⑥⑦ C．②⑤⑧ D．①④⑥ 【知識點】氣體制備原料、發(fā)生裝置的選擇，收集氣體的方法 【能力層次】理解 【思路解析】 ①不能用向上排空氣法收集；②可以；③可以；④不能用排空氣法收集，可以和空氣中成分反應；⑤制備氯氣需要加熱；⑥不能用向上排空氣法收集；⑦不能用向上排空氣法收集；⑧乙醇和濃硫酸制必須要加熱使用溫度計，不能用排空氣法收集。 【答案】A 【例2】（2011年全國Ⅱ卷） （1）下圖是用與濃鹽酸反應制取適量氯氣的簡易裝置。 裝置、、的作用分別是： ．____________________________________________________________ ．____________________________________________________________ ．____________________________________________________________ （2）在實驗室欲制取適量氣體。 ①下圖中最適合完成該實驗的簡易裝置是__________（填序號）； ②根據(jù)所選的裝置完成下表（不需要的可不填）： 加入的物質(zhì) 所起的作用 A B C D ③簡單描述應觀察到的實驗現(xiàn)象____________________________________________________。 【知識點】常見氣體的制備、收集和尾氣處理 【能力層次】理解 【答案】（1）向上排氣收集氯氣 安全作用，防止中的液體倒吸進入集氣管中 吸收尾氣，防止氯氣擴散到空氣中污染環(huán)境 （2）①Ⅰ ② 應加入的物質(zhì) 所起的作用 銅屑和稀硝酸 發(fā)生氣體 水 排水收集氣體 主要是接收中排出的水 ③反應開始時，中銅表面出現(xiàn)無色小氣泡，反應速率逐漸加快；管上部空間由無色逐漸變成淺棕 紅色，隨反應的進行又逐漸變?yōu)闊o色；中的液體由無色變?yōu)闇\藍色；中的水面逐漸下降，管中的水逐漸流入燒杯中 【例3】（2011年新課標）氫化鈣固體是登山運動員常用的能源提供劑。某興趣小組擬選用如下裝置制備氫化鈣。 （1）請選擇必要的裝置，按氣流方向連接__________（填儀器接口的字母編號）。 （2）根據(jù)完整的實驗裝置進行實驗，實驗步驟如下：檢查裝置氣密性后，裝入藥品；打開分液漏斗活 塞；__________（請按正確的順序填人下列步驟的標號）。 A．加熱反應一段時間 B．收集氣體并檢驗其純度 C．關閉分液漏斗活塞 D．停止加熱，充分冷卻 （3）實驗結(jié)束后，某同學取少量產(chǎn)物，小心加入水中，觀察到有氣泡冒出、溶液中加入酚酞后顯紅色。該同學據(jù)此判斷，上述實驗確有生成。 ①寫出與水反應的化學方程式______________________________； ②該同學的判斷不準確，原因是__________________________________。 （4）請你設計一個實驗，用化學方法區(qū)分鈣與氫化鈣，寫出實驗簡要步驟及觀察到的現(xiàn)象______________________________________________________________________。 （5）登山運動員常用氫化鈣作為能源提供劑，與氫氣相比，氫化鈣的優(yōu)點是____________________。 【知識點】常見氣體的制備，除雜和性質(zhì)實驗綜合 【能力層次】理解 【答案】（1），，，（或，） （2） （3）① ②金屬鈣與水反應也有類似現(xiàn)象 （4）取適量氫化鈣，在加熱條件下與干燥氧氣反應，將反應產(chǎn)生的氣體通過裝有無水硫酸銅的干燥管，觀察到白色變?yōu)樗{色；取鈣做類似實驗，觀察不到白色變?yōu)樗{色 （5）氫化鈣是固體，攜帶方便 【例4】（2012年山東）實驗室采用、的混合溶液與過量氨水反應制備，主 要流程如下： 回答下列問題： （1）為使、同時生成沉淀，應先向沉淀反應器中加入__________（填“”或“”），再滴加另一反應物。 （2）如右圖所示，過濾操作中的一處錯誤是____________________。 （3）判斷流程中沉淀是否洗凈所用的試劑是__________。高溫焙燒時，用于盛放固體的儀器名稱是__________。 （4）無水（183℃升華）遇潮濕空氣即產(chǎn)生大量白霧，實驗室可用下列裝置制備。 裝置中盛放飽和溶液，該裝置的主要作向是____________________。中試劑的作用是____________________。向一件儀器中加入適當試劑后也可起到和的作用，所加入的試劑為__________。 【知識點】氣體制備等化學實驗基本操作綜合 【能力層次】理解 【答案】（1） （2）漏斗下端尖嘴未緊貼燒杯內(nèi)壁 （3）溶液（或硝酸酸化的溶液） 坩堝 （4）除去 吸收水蒸氣 堿石灰（或與混合物）