专题十常见气体的制取和净化.doc

常见气体的制备及气密性检验及收集及干燥剂的选择常见气体制备1实验室制取气体的一般原则(1)安全：避免和防止爆炸、燃烧、有毒物质外泄。(2)方便：应用常用试剂、装置简单、操作方便。(3)快速：反应时间不宜过长，过于剧烈的反应不安全，以反应速率适中为宜。(4)生成物纯净(或虽含杂质但较易提纯)，减少分离操作。2实验室制取气体的反应(1)制取单质：用氧化还原反应。(2)制取化合物：通常用复分解反应，如HCl、SO2、CO2、NH3、HNO3等；有时也可用氧化还原反应，如制NO2、NO等。3实验装置的安装、选择及操作步骤(1)实验装置的安装顺序可用如下图表示： (2) 制取气体时各部分装置的选择依据：发生装置：所用试剂的状态及反应条件；收集装置：气体的水溶性及相对空气的密度大小、是否与空气中成分反应；净化装置：依据气体与杂质的性质的不同，使杂质被吸收或转化成所需物质；尾气处理（吸收）装置：根据所制气体是否有毒或污染环境来确定是否要安装尾气处理装置。有毒物质可用溶液吸收或燃烧去除。(3)“气密性检查”在整个实验中的位置一般放在第二位，一般在装置连接好后、但在反应开始前检验气密性，决不可在药品混合并开始反应后检查气密性。4实验室制取气体的典型装置主要掌握实验室三种不同类型制备气体的装置，以及三种不同类型的气体收集方法。根据气体的性质选择合适的干燥、净化和吸收装置。实验室常用的三种不同类型制备气体的装置：(1)固体固体加热装置(见图)所需仪器：铁架台、铁夹、酒精灯、大试管、单孔橡胶塞、导气管等。常用于制O2、NH3、CH4等。注意事项：试管口应稍向下倾斜，以防止产生的水蒸气在管口冷凝后倒流而引起试管破裂。铁夹应夹在距试管口1/3处。固体药品要在试管底部平铺开。加热时首先均匀预热（移动酒精灯），然后在试管的药品最后部位集中加热，并逐步前移。胶塞上的导管伸入试管里面不能过长，否则会妨碍气体的导出。如用排水集气法收集气体，当停止制取气体时，应先从水槽中把导管撤出，然后再撤走酒精灯，以防水倒流。(2)固体液体(液体液体)加热装置(见图)所需仪器：铁架台、铁圈、铁夹、酒精灯、石棉网、烧瓶、分液漏斗、双孔塞、导管等。常用于制Cl2、HCl、C2H4、CO等。注意事项：烧瓶应固定在铁架台上。先把固体药品放入烧瓶中，然后再慢慢加入液体。分液漏斗内为挥发性液体时要盖上盖，注意盖上的小槽要对准分液漏斗颈上的小孔。烧瓶下要垫上石棉网。在烧瓶中放碎瓷片防止液体受热时爆沸。用酒精与浓H2SO4加热制取乙烯时，为便于控制温度应安装温度计。(3)固体液体不加热装置(见图)。所需仪器：铁架台、铁夹、烧瓶、分液漏斗、双孔塞、导管等。常用于制H2、CO2、H2S、NO2、SO2、NO等。注意事项：烧瓶应固定在铁架台上。先把固体药品放入烧瓶中，然后再慢慢加入液体。分液漏斗内为挥发性液体时要盖上盖，注意盖上的小槽要对准分液漏斗颈上的小孔。5气体发生装置气密性的检查检验气密性时，可把导管一端浸入水里，用手掌紧贴烧瓶外壁，如果装置不漏气，烧瓶里的空气受热膨胀，导管口就会有气泡冒出。把手移开后，过一会儿烧瓶冷却，水就会上升到导管里，形成一段水柱(见下图I、)。如果发现漏气，必须找出原因，并进行调整、修理或更换零件。6根据气体的性质，常有以下三种收集气体方法(1)向下排空气法(见图甲)。用于收集比空气密度小的气体，导气管应伸到容器底部。如收集H2、NH3、CH4等。(2)向上排空气法(见图乙)。用于收集比空气密度大的气体，导气管也应伸到容器的底部。如收集CO2、H2S、Cl2、HCl、SO2、NO2等。(3)排水法(见图丙)。适用于难溶于水或微溶于水的气体及与空气中成分反应的气体的收集。一般将开始排出的少量气体放掉，待气泡均匀排出后再予收集。如收集H2、O2、NO、CH4、C2H4、C2H2等。7实验室常用的干燥剂及干燥的气体(1)按干燥剂的酸碱性可分为酸性干燥剂、中性干燥剂和碱性干燥剂三类：酸性干燥剂包括浓硫酸、五氧化二磷、硅胶等。中性干燥剂有无水氯化钙等。碱性干燥剂包括碱石灰、氧化钙、固体氢氧化钠等。(2)气体干燥剂的选择：被干燥气体和干燥剂的酸碱性应一致。被干燥气体和干燥剂之间不发生反应。如NH3易与CaCl2作用生成CaCl2·8NH3，故NH3不能用CaCl2干燥。(3)常见气体的干燥与被干燥的气体：见下表。液态干燥剂固态干燥剂装置常见干燥剂浓硫酸无水氯化钙碱石灰可干燥的气体H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、N2等H2、O2、Cl2、SO2、CO、CO2、CH4、HCl等H2、O2、CH4、NH3等不可干燥的气体NH3、H2S、C2H4、HBr、HI等NH3等Cl2、HCl、H2S、SO2、CO2、NO2等8由气体及所含杂质的性质，综合考虑净化方法：气体的净化可根据制备实验中所用的药品，考虑可能出现的杂质气体，再选择适当的装置和试剂，逐一加以除去。9根据气体溶解度大小，正确选择吸收装置；常见的吸收剂和被吸收气体（见下表）吸收剂被吸收气体浓H2SO4NH3、水蒸气碱石灰CO2及其他酸性气体、水蒸气NaOH溶液CO2、Cl2、SO2溴水C2H4、C2H2Cu网，加热O2CuSO4溶液H2S常用吸收气体的装置如图 中考分析：1重点是：初中化学要求的三种常见气体：O2、H2、CO2的制取原理、发生装置、净化和干燥装置及气体收集装置和尾气处理装置，常见气体制备的操作步骤。2难点是：气体制取装置的选择及制备原理，气体制备的操作步骤，气体净化和干燥装置的选择。3考点是：O2、H2、CO2三种气体制取原理的化学方程式的书写、药品的选择、制取装置的选择及实验操作步骤的确定或排序、气体净化、干燥及收集装置的确定或选择，通过对三种气体制备时反应物的状态、反应条件的分析解决其他类似情况下气体的制取（如CH4、NH3、H2S等），根据气体发生装置的工作原理进行变形或转换。常见气体的制取、净化和收集是化学实验的主要也是重要组成部分，是学生学好化学实验关键内容。因此，它是历年中考化学实验部分主要考察内容，题型多样，份量大，有时还往往与其他气体或物质的性质综合在一起出现在综合实验题中。【经典范例引路】例1 实验室里用加热高锰酸钾法制氧气的步骤包括：点燃酒精灯给试管加热；将高锰酸钾加入大试管中，用带导管的塞子塞紧并固定在铁架台上；检查装置的气密性；用排水法收集氧气；熄灭酒精灯；将导管移出水槽。正确操作的顺序是（ ）A BC D【解题技巧点拨】本题是对实验室制取氧气操作步骤的考察。常见气体制备的操作步骤为：O2按“检、药、固、热、集、移、熄”的操作顺序进行。检：检查装置气密性；药：将药品装入大试管；固：用铁夹将大试管固定在铁架台下；热：给试管加热；集：收集气体；移：把导气管移出水面；熄：熄灭酒精灯；H2：按“检、药、固、注、验、集、停”的顺序进行。注：向大试管中注入稀酸溶液；验：检验氢气的纯度；停：关闭活塞或用弹簧夹紧紧夹住橡皮塞，使反应停止；CO2：按“检、药、注、集、验”的顺序进行。验：检验是否集满CO2。方法：将燃着的木条平置于集气瓶口，若火焰熄灭，表明已集满CO2气体，否则未满。根据实验室制取氧气的操作顺序，正确选项应为C。例2 （1）选择实验室制取和收集氧气、氢气和二氧化碳气体的仪器装置图。（填“”）（2）写出实验室制取氧气的化学反应方程式_。（3）在实验室中，常用加热固体NH4Cl和Ca（OH）2混合物的方法制氨气，反应方程式为2NH4ClCa（OH）2CaCl2+2H2O2NH3。已知在标准状况下，氨气的密度为0.771克升，空气的密度为1.293克升，且在常温常压下，1体积的水能溶解700体积的氢气，则制备氨气应选择上图中的_，收集氨气应选择上图中的_。（填序号）【解题技巧点拨】本题主要考察了实验室制取O2、H2、CO2的制取装置、收集装置及实验室制取氧气的反应原理，另外，还要求考生针对三种气体的反应原理、反应条件及装置回答实验室制取氨气的有关问题。本题既考察了学生对基础知识的掌握情况，又通过给信息的形式考察学生的综合思维、迁移能力及创造力，是一道综合性、思维性、灵活性较强综合实验题。气体发生装置是由制取气体反应原理决定的，O2、CO2、H2的发生装置只有两类型，即固固反应加热型和固液反应不加热型。制取O2属于固固反应加热型，发生装置选A；制取H2和CO2都属于固液反应不加热型，发生装置都选B。气体的收集装置主要由气体的物理性质（密度和水溶性）决定。O2密度比空气大且不易溶于水，可用向上排气法和排水法收集，装置选C和E；H2的密度比空气小且难溶于水，可用向下排气法和排水法收集，装置选D和E；CO2密度比空气大但能溶于水，只能用向上排气法收集，装置选C。实验室可用加热高锰酸钾或氯酚钾和二氧化锰的混合物制取氧气，制取反应都属于分解反应。根据（3）中所给信息，实验室常用加热固体NH4Cl和Ca（OH）2的方法制取NH3，制取装置属固固反应加热型，同实验室制O2，发生装置应选A；由于氨气密度比空气小，且常温常压下极易溶于水，因此收集氨气只能用向下排空气法，收集装置选D。【同步达纲练习】1下表所列实验室制取向关气体的原料与收集方法中，错误的是（ ）ABCD制取的气体O2H2CO2CO2使用的原料KClO3、KMnO4Cu、稀H2SO4石灰石、稀H2SO4大理石 稀盐酸收集方法排水法 向上排气排水法 向下排气向上排气向上排气2实验室制取氨气，用的原料是氯化铵粉末和熟石灰，反应需在加热条件下进行。和制氨气发生装置相同的是（ ）A制氢气的装置 B制二氧化碳的装置C制氧气的装置 D用氢气还原氧化铜的装置3下列各组气体可用同一种实验室常用的方法收集，且该方法又是每种气体最佳收集方法的是（ ）AH2、O2、CO BH2、O2、CO2CH2、CO2、CO DO2、CO2、CO4制备干燥的CO2，应选择的一组试剂是（ ）ANa2CO3、HCl、稀H2SO4 BCaCO3、HCl、NaOH（固）CCaCO3、稀H2SO4、浓H2SO4 DCaCO3、HCl、浓H2SO45下列方法中不属于实验室制气方法的是（ ）由水煤气制取氢气 锌和稀H2SO4制取氢气 电解水制氢气 分离空气制氧气 加热高锰酸钾制氧气 煅烧石灰石 大理石与盐酸作用制CO2A B C D6将N2、CO、CO2、H2和水蒸气依次通过石灰水、灼热的氧化铜，浓硫酸（假设反应完全），最后所得气体中含有（ ）AN2和H2O BN2 CN2和CO2 DN2和H27实验室用简易发生装置制取氢气（用排水法收集），下列叙述错误的最（ ）A盛放药品前要检查装置的气密性 B反应类型属于置换反应C加入的酸液的体积至少要浸没锌粒 D直接在导管口点燃氢气8实验室制取二氧化碳一般有五个步骤：检查装置的气密性 按要求装配好仪器 向漏斗中注入酸液 向广口瓶中放入小块的大理石 收集气体。下列操作顺序正确的是（ ）A BC D9实验室制氧气，大致可分为下列步骤：a点燃酒精灯，加热试管；b检查装置气密性；c将高锰酸钾装入试管，试管口处塞一团棉花，用带导管的塞子塞紧试管，并把它固定在铁架台上；d用排水法收集氧气；e熄灭酒精灯；f将导气管从水槽中取出。正确的操作顺序是（ ）Abcadfe Bbcadef Ccbadef Dcbadfe10制取氧气的方法有：加热氯酸钾；加热高锰酸钾；加热氯酸钾和二氧化锰的混合物；加热氧化汞；加热氯酸钾和高锰酸钾的混合物；水中通入直流电。下列用于实验室制取氧气方法的选择中，都正确的是（ ）A B C D11下图所示装置，有洗气、储气等用途。在医院给病人输氧气时，也利用了类似的装置，并在装置中盛放大约半瓶蒸馏水。以下说法不正确的是（ ）AB导管连接供给氧气的钢瓶BB导管连接病人吸氧气的塑胶管C该装置可用来观察最否已有氧气输出D该装置可用来观察输出氧气的速度12下列仪器中，安装实验室制氧气的发生装置不需选用的是（ ）13根据下面的实验装置图回答问题：（1）指出图中标有数字的仪器名称：_，_。（2）在实验室制取氧气、氢气和二氧化碳的实验中，B装置可用于制备_和_气体；F装置可用于收集_和_气体；二氧化碳气体只能用_装置收集。（3）用氢气还原氧化铜应选择的装置是_。（4）写出实验室用石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳的化学方程式：_。14实验室用下图中部分装置来制取并收集二氧化碳气体：（1）装置A中反应的化学方程式_。（2）收集CO2时不能用B装置的原因是_。用C装置来收集CO2时导管口下端位置应在_处（选填a或b）；检验所得气体是否为CO2的反应原理是（用化学方程式表示）_。（3）因实验需要，有甲、乙两个化学兴趣小组准备对装置做如下改进：甲组：将试管换成锥形瓶（配适用的双孔塞），以便制得较多量的CO2；乙组：将长颈漏斗换成普通漏斗，以使操作更方便。你认为以上可行的是_组的方案。15选择下图所示的仪器装置（图中AF为装置符号）。（1）写出装置中标号仪器的名称：甲_；乙_。（2）实验室制取氢气时，常选用的药品是_和_。（3）制取氢气的装置是（写出装置序号）_。（4）收集氢气的装置是（填写序号）_，选用此装置收集氢气的理由是_。16根据气体实验室制法的思路和方法回答：（1）实验室制取氧气应选用的药品是_，反应的条件是_。（2）实验室制取气体，应选择什么样的实验装置，首先要研究_的状态，_的性质以及反应的_等。（3）用排水法收集氧气，若看到水槽中_，则说明氧气已收集满了。检验集气瓶里是否充满了二氧化碳的方法是_。（4）应根据实验装置本身的特点，设计合理的实验操作步骤和方法。如制氧气，实验前必须要检查装置的_；若用排水法收集氧气，实验结束后，先要_，然后再_。（5）某同学用锌粒跟稀硫酸反应制取氢气，反应前，检查氢气发生装置，气密性良好。他用排水集气法收集一试管氢气，经检验，所收集的氢气不纯，但该同学的验纯操作规范正确。那么你认为造成所收集的氢气不纯的原因可能是（要具体指出操作上的原因）_。17下图是制取并收集干燥二氧化碳气体的装置，试回答下列问题：（1）请指出图中的明显错误_；（2）在装置A中若用浓盐酸和大理石反应制取CO2气体，并将制得的CO2通入澄清石灰水中，较长时间一直未观察到石灰水变浑浊，其原因可能是生成的CO2气体中混有_气体。（3）公共场所常用的泡沫灭火器是用硫酸铝和碳酸氢钠两种溶液反应来产生CO2，同时还生成氢氧化铝沉淀和硫酸钠，请写出此反应的化学方程式：_。18如图是实验室制取和收集氧气的装置图。（1）指出装置中有标号仪器的名称：a_ b_ c_。（2）实验时应注意：实验前应检查装置的气密性，其方法_；试管口要_，其目的是_；给试管加热时，先_，后_；反应完成停止加热时，应先_，后_，目的是_。（3）怎样使收集到的气体基本上不含氮气？_。（4）按反应的先后顺序写出试管中发生反应的方程式：_。（5）装置图左边部分的发生装置，还可用来做下面的哪些实验?_A加热碱式碳酸铜 B加热KClO3C蒸发NaCl溶液 D加热CuSO4·5H2O19将下列仪器组装成一套装置，进行有关实验：验证反应开始所得气体中混有氯化氢；制备纯净的氢气；检验氢气的还原性。回答：（1）丙装置中盛放的药品为_溶液，各装置管口的连接顺序为（填管口的字母编号）：（2）在做好连接仪器，检查气密性，放入药品等准备工作之后，实验开始时的操作步骤是：打开分液漏斗的_，过一会儿，再_。（3）反应一段时间后，根据反应前后的有关固体质量变化，可测定水中氢跟氧的质量比。为什么?_20下图为供选择的装置，AH为装置代号。根据图示，选择装置代号填空，并回答下列问题。（1）实验室制取二氧化碳气体最好选择下列_组试剂（写编号）。大理石与浓盐酸 石灰石与稀盐酸 碳酸钠与稀硫酸 石灰石与稀硫酸若要制得纯净、干燥的二氧化碳气体，应选择装置是（写装置编号的大写字母）_。其导管口连接顺序为（写接口处编号的小写字母）：_接_；_接_；_接_。（2）实验室制取H2并用纯净、干燥的H2还原CuO的实验应采用的装置是（写装置编号的大字母）：_。在H2还原CuO的实验中，开始时，应向试管中通入一分钟H2，再用酒精灯给试管加热，这是为了_。反应完成时，应先熄灭酒精，等试管冷却后再停止通入H2，这是为了_。（3）若选用装置A制取氧气，发现装置有三处错误，应如何改正。_，_，_。若用高锰酸钾制取并收集不混有空气的氧气，最好选用装置（写装置编号的大写字母）_作收集装置。用此法收集满氧气后，取走集气瓶，停止加热，应_。【创新备考训练】21选用下图中部分仪器，组装成一个能随开随用、随关随停的制取氢气的简易发生装置，应选用的最合理的仪器是（填入编号）_。说明组装的装置为什么能随开随用，随关随停?_22在实验室进行氢气还原氧化铜的实验。请回答实验中的有关问题：（1）下图所示是氢气发生装置，图中仪器a的名称是_，b是活塞开关。实验前先检查装置的气密性：关闭活塞开关b，从a处注处适量的水，若看到_，则装置的气密性良好。（2）将生成的氢气净化，然后通过氧化铜粉末（装置图未画出），片刻后加热，待黑色粉末全部变红时，停止通氢气，同时撤去酒精灯。当试管完全冷却后，发现试管内有部分红色粉末变黑，原因是（用化学方程式表示）_。（3）为了得到纯净的铜粉，将混合粉末放入烧杯，再加入_（填一种试制名称），接下来的分离操作，所需要的仪器除了烧杯、铁架台（带铁圈）外，还要_。（4）某学生根据所得到的铜粉的质量，求得参加反应的氢气的质量，进而算出应消耗的锌粒和稀硫酸的质量，但实际耗用的锌粒（不含杂质）和稀硫酸的质量远远超过计算值，从实验过程看，原因是_。23如下图，根据下列装置回答问题（装置图用序号表示）：（1）写出编号的仪器名称：_；_。（2）双氧水（H2O2）是无色液体，可发生如下化学反应：2H2O22H2OO2，在实验室利用此反应制取氧气时，应选用的气体发生装置是_。（3）实验室用大理石和盐酸反应制取二氧化碳，在生成的气体中常用混有少量氯化氢和水蒸气。C装置用于除掉水蒸气，可选用_做干燥剂（填名称）。根据下列各备选试剂的性质，利用D装置除掉氯化氢时，应选择的最佳试剂是_（填序号）。饱和石灰水氢氧化钠溶液碳酸钠溶液饱和碳酸氢钠溶液备选试剂的相关性质补充如下：2NaOHCO2Na2CO3H2O Na2CO3+H2OCO22NaHCO3Na2CO32HCl2NaClH2OCO2 NaHCO3HClNaClH2OCO2（4）将制取二氧化碳的装置按发生、净化和收集的顺序进行连接，装置依次为_（填装置序号），生成的气体通过净化装置导管口的先后顺序是_（填导管口序号）。（5）下列反应可使用A装置进行实验的是_（填序号）。氢气还原氧化铜 木炭粉还原氧化铜 一氧化碳还原氧化铜24根据健康报报道，1999年2月，河南省正阳县有位五十多岁的农妇，到自家地窖中拿红薯时，不幸身亡。经分析确认：该农妇是因地窖气中含二氧化碳气体较多使其缺氧而窒息身亡。所以进入地窖之前，要先做灯火试验，如灯火熄灭或燃烧不旺，人就不要进去。如果要知道地窖气中二氧化碳的体积分数就需要通过实验进行测定。以下是某中学化学课外实验小组的同学，提出的测定地窖气中二氧化碳体积分数的实验方案，请回答有关问题（2）、（3）中若还需其他实验物品可任选：（1）从下列器具中选择最合适的器具采集地窖中气体样品，应该选用（ ）。A250mL普通烧杯 B250mL普通集气瓶C250mL塑料袋 D250mL有刻度的集气瓶（2）试简述用（1）中所选择的最合适器具去采取地窖中气体样品的实验操作：_。（3）试简述测量该气体样品中二氧化碳体积分数的操作方法：_。