高中化学专题讲座-气体的实验室制备、净化和收集.pdf

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1、高中化学专题讲座高中化学专题讲座气体的实验室制备、净化和收集气体的实验室制备、净化和收集1气体制备实验的基本过程（1）气体制备实验装置一般包含以下几部分发生装置 错误错误!错误错误!错误错误!（2）气体制备的一般实验操作步骤组装（从下到上,从左到右）;检验装置的气密性；加入药品；排尽装置内的空气；验纯；反应；拆除装置。2气体发生装置依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将制备气体的发生装置分为三类:(1）固体固体错误错误!气体发生装置：制备气体：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试管口冷凝后倒流，而使试管炸裂.铁夹应夹在距试管口 1/3 处。固体药品应

2、平铺在试管底部。胶塞上的导管伸入试管内不能过长,否则会影响气体导出.如用排水集气法收集气体，当停止制气时，应先从水槽中把导管撤出,然后再撤走酒精灯，防止水倒吸。(2)固体液体或液体液体 气体发生装置：（a)(b）(c)制备气体：Cl2、C2H4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,再缓缓加入液体。分液漏斗应盖上盖，注意盖上的凹槽对准分液漏斗颈部的小孔。对烧瓶加热时要垫上石棉网。液体液体错误错误!气体时要加沸石，防止暴沸，如用(b）装置制取乙烯时需加碎瓷片。（c)装置中导管的作用是平衡气压，便于分液漏斗中的液体顺利滴下。(3)固体液体（不加热）气体发生装置：1制备气体：H2、

3、CO2、NO2、SO2、NO 等注意事项：块状固体与液体的混合物在常温下反应制备气体，可用启普发生器制备，当制取气体的量不多时，也可采用简易装置。简易装置中长颈漏斗的下口应伸入液面以下，否则起不到液封作用而无法使用.加入块状固体药品的大小要适宜.加入液体的量要适当。最初使用时应待容器内原有的空气排净后,再收集气体.在导管口点燃氢气或其他可燃性气体时，必须先检验纯度。【例 1】(1）如图是实验室制取某些气体的装置.该制气装置在加入反应物前,应事先进行的操作是_.若用该装置制取 O2,反应物除了可选择二氧化锰和_（填试剂名称），还能选择_(填物质的化学式)和水。利用该装置还可制取_（选填下列字母序

4、号）等气体。aH2bCO2cNH3dSO2(2）此装置中加入漂白粉和浓盐酸也可以制取Cl2。写出该反应的离子方程式:_。若使用在空气中放置的漂白粉和浓盐酸发生反应，则制取的 Cl2中可能含有的杂质为_.解析（1）制备气体的装置在加入反应物之前均应先检查装置的气密性。该装置所制气体应满足固体和液体不需加热制备气体。符合此条件的制备氧气的反应可为H2O2在MnO2作催化剂时分解，或 Na2O2与 H2O 反应。该装置可制备的气体有 H2、CO2、O2、NH3等。（2)ClO、Cl在酸性条件下可发生归中反应生成Cl2.漂白粉在空气中放置会部分变为 CaCO3，浓盐酸有很强的挥发性，因而制取的Cl2中

5、常含有 HCl、CO2和 H2O。答案（1）检查装置气密性双氧水（或过氧化氢)Na2O2abcd（2)ClO Cl 2H=Cl2H2OHCl、CO2、H2O3气体的除杂方法除杂试剂选择的依据：主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性、可燃性。除杂原则：(1)不损失主体气体；（2）不引入新的杂质气体;（3）在密闭装置内进行;（4）先除易除的气体。一般可从以下几个方面考虑：易溶于水的杂质可用水吸收;酸性杂质可用碱性物质吸收；碱性杂质可用酸性物质吸收；水分可用干燥剂吸收;能与杂质反应生成沉淀或可溶性的物质，也可用作吸收剂.2【例 2】为下列各组气体选择合适的除杂试剂（括号内为

6、杂质气体）(1)含有 HCl 杂质的气体CO2（HCl）：_；SO2(HCl)：_；Cl2(HCl）:_.(2)中性气体中含有酸性杂质气体O2(Cl2)：_；CO(CO2）：_；NO(NO2）：_。（3)酸性气体中含有其他酸性杂质气体CO2（SO2):_。(4）含有 O2杂质的气体CO2（O2)：_；N2（O2):_.(5）HCl(Cl2):_.答案(1）饱和 NaHCO3溶液饱和 NaHSO3溶液 饱和食盐水（2)NaOH 溶液NaOH 溶液H2O（3)饱和 NaHCO3溶液或酸性高锰酸钾溶液(4)灼热 Cu灼热 Cu(5）CCl44气体净化与干燥的先后顺序（1)若采用溶液除杂，应该是除杂在

7、前，干燥在后。其原因是：气体除杂过程中会从溶液中带入水蒸气，干燥剂可除去水蒸气.如实验室中利用大理石与稀盐酸反应制备CO2，欲制得干燥、纯净的 CO2，可先将产生的气体通过饱和 NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl 气体，再通过浓硫酸除去水蒸气。(2)若采用加热除杂，则一般是干燥在前。如N2中混有 O2、CO2、H2O（g），可先将混合气体通过碱石灰，除去 CO2和 H2O(g），再将从干燥管中导出的气体通过装有灼热铜网的硬质玻璃管，除去O2,即可得到干燥、纯净的N2.若将混合气体先通过灼热的铜网，因气体中混有水蒸气,易使硬质玻璃管炸裂。【例 3】为制备干燥、纯净的 CO2，将大理石和盐酸反

8、应生成的气体先后通过装有下列物质的两个吸收装置,两个装置中应依次装入饱和 NaHCO3溶液；无水 CaCl2固体饱和 NaHCO3溶液；浓硫酸浓硫酸;饱和 NaHCO3溶液3（)饱和 Na2CO3溶液；稀硫酸ABCD解析用大理石和盐酸反应制得的CO2中，含有少量 HCl，可用饱和 NaHCO3溶液除去；干燥 CO2可用浓硫酸或无水 CaCl2固体作干燥剂。注意:应先净化,后干燥。答案A5气体的干燥(1）选用干燥剂应根据气体的性质和干燥剂的性质而定，其原则是干燥剂只能吸收气体中的水分，而不能与气体发生反应.酸性干燥剂，如浓 H2SO4、P2O5、硅胶等。一般用来干燥酸性或中性气体，而不能用来干燥

9、碱性气体.思考:下列气体中不能被浓H2SO4干燥的是哪些?为什么?NH3、H2、CO、H2S、SO2、Cl2、CO2答案NH3因为显碱性而不能被浓 H2SO4干燥，H2S 因为有强还原性而不能被浓 H2SO4干燥。碱性干燥剂，如生石灰、固体 NaOH、碱石灰等。碱性干燥剂不能干燥酸性气体，如碱石灰不能干燥 Cl2、CO2、HCl 等。中性干燥剂，如无水 CaCl2。无水 CaCl2呈中性，对各类气体一般均可干燥，但 NH3能与其发生络合反应而不能使用,其反应方程式为 CaCl28NH3=CaCl28NH3。（2)气体干燥净化装置类型装置常见干燥剂液态干燥剂浓 H2SO4（酸性、强氧化性）固态干

10、燥剂无水氯化钙(中性）固态干燥剂碱石灰(碱性）固体，加热除杂试剂 Cu、CuO、Mg当 CO2中混有 O2杂质时，应选用上述中的装置除 O2，除杂试剂是 Cu 粉或Mg 粉。6气体的收集收集方法收集气体的类型难溶于水或微溶于水,又不与水反应的气体收集装置可收集的气体（举例）O2、H2、Cl2(饱和 NaCl溶液)、NO、CO2（饱和 NaHCO3溶液）、CO4排水法排空气向上排空气法向下排密度大于空气密度小于空气Cl2、SO2、NO2、CO2H2、NH3法空气法7。尾气的吸收(1)用水吸收的是 HCl、NH3（注意防倒吸).（2）用烧碱溶液吸收的是Cl2、SO2、NO2、H2S 等。(3）用燃

11、烧的酒精灯点燃可除去的是CO.题组一气体制备装置的选择1如图是实验室常见的气体制取、干燥和收集装置。若用过氧化氢和催化剂二氧化锰制取干燥的氧气，则合理的装置组合为A答案C解析用 H2O2制 O2的反应原理为 2H2O2错误错误!2H2OO2，由反应物的状态和反应条件可选作为制取装置.干燥 O2可选用和装置，要收集干燥的O2只能用装置，故合理的装置组合为或。2下表是实验室制备气体的有关内容：编号气体名称氧气氨气氯气实验原理H2O2O2NH4ClNH3HClCl2气体发生装置B(）CD(1）上述气体中,从制备过程看，必须选择合适的氧化剂才能实现的是_（填气体的化学式，下同）。(2)根据表中所列实验

12、原理，从下列装置中选择合适的气体发生装置，将其编号填入上表中的空格内。（3)若用上述制备 O2的装置制备 NH3，则选择的试剂为_。答案(1)Cl2（2)DBA 或 D(3)浓氨水、生石灰(或碱石灰,NaOH 固体)题组二气体制备中药品的选择与评价3(2013安徽理综,8）实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示(省略夹持和净化装置)。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ABa 中的物质浓氨水浓硫酸b 中的物质CaONa2SO3c 中收集的气体NH3SO2d 中的物质H2ONaOH 溶液5CD答案B稀硝酸浓盐酸CuMnO2NO2Cl2H2ONaOH 溶液解析

13、由题给装置可知，本装置可以用于固体和液体不加热型、收集方法为向上排空气法、防倒吸型尾气处理方式的气体的制取。A 项，NH3的密度比空气的小，收集用向下排空气法，不符合;C 项，铜和稀硝酸反应不能产生NO2，且NO2的吸收不能用水，可以用 NaOH 溶液；D 项，用浓盐酸与 MnO2反应制 Cl2需要加热，本装置不能满足。4（2011大纲全国卷，29）请回答下列实验室中制取气体的有关问题。(1）下图是用 KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。装置 B、C、D 的作用分别是:B_；C_；D_。(2）在实验室欲制取适量NO 气体。下图中最适合完成该实验的简易装置是_（填序号)；根据所选的装置

14、完成下表（不需要的可不填）:ABCD应加入的物质所起的作用简单描述应观察到的实验现象_.答案（1)向上排空气收集氯气安全瓶作用，防止D中的液体倒吸进入集气管B中吸收尾气，防止氯气扩散到空气中污染环境(2）ABCD应加入的物质铜屑和稀硝酸水所起的作用制取 NO 气体排水收集 NO 气体主要是接收 B 中排出的水反应开始时,A 中铜屑表面出现无色小气泡，反应速率逐渐加快；A 管上部空间由无色逐渐变为浅红棕色，随着反应的进行又逐渐变为无色;A 中的液体由无色变为浅蓝色；B中的水面逐渐下降，B 管中的水逐渐流入烧杯C 中6解析（1)KMnO4与浓盐酸发生反应:2KMnO416HCl(浓)=2KCl2M

15、nCl25Cl28H2O.装置 B 采用向上排空气法收集 Cl2，装置 C 起安全瓶作用，防止 D 中的液体倒吸进入 B 中。Cl2具有毒性，装置 D 中 NaOH 溶液用于吸收多余的 Cl2,防止污染环境。（2）实验室制取NO 气体通常用铜与稀硝酸反应：3Cu8HNO3(稀）=3Cu（NO3)22NO4H2O。由于 NO 易与空气中的 O2反应生成 NO2，不宜用排空气法收集 NO 气体，应用排水法收集 NO，故装置和错误.装置和比较，更简单，A 中 Cu 与稀硝酸反应生成 NO 气体，B 中盛满水,用排水法收集 NO.题组三气体制备装置的连接5 某课外活动小组用图中的仪器和药品组装一套实验

16、装置制取干燥的CO,用 CO 还原 Fe2O3粉末制取还原铁粉。（制取 CO 的原理为 H2C2O4错误错误!CO2COH2O)序号ACE仪器及药品序号BD仪器及药品（1)如果所制气体流向为从左向右时,上述组装的实验装置从左向右的连接顺序（填仪器序号)是_。(2）正确的操作第一步应是_；最后一步应是熄灭_处的酒精灯。(3）装置 B 的作用是_；装置 E 的作用是_。答案(1）AECDB（2）连接好装置并检查装置的气密性A（3）检验 D 中生成的 CO2除去 CO 中的 CO2解析（1)先通过装置 A 制备 CO，但其中含有CO2杂质，可用装置E 中的 NaOH 溶液除去，然后用浓硫酸除去CO

17、中的水蒸气,干燥纯净的 CO 在装置 D 中还原氧化铁，最后用装置 B 中的澄清石灰水检验D 中生成的 CO2.（2)气体制备和性质实验中必须检查装置的气密性。对于 A、D 两处的酒精灯，应最后撤掉 A 处的酒精灯，防止还原出的Fe 再被氧化，并防止出现倒吸现象。(3）装置B 中盛装澄清石灰水，用来检验 D 中生成的 CO2气体；装置 E 中盛装的 NaOH溶液用来除去 CO 中的 CO2.6（2011重庆理综，27）固态化合物 A 由两种短周期元素组成，可与水发生复分解反应。甲组同学用下图装置(夹持装置略）对其进行探究实验。7（1）仪器 B 的名称是_.(2)实验中，中的试纸变蓝，中黑色粉末

18、逐渐变为红色并有 M 生成，则中的试剂为_；中发生反应的化学方程式为_；V 中的试剂为_.（3)乙组同学进行同样实验，但装置连接顺序为,此时 中现象为_，原因是_。（4)经上述反应，2。5 g 化合物 A 理论上可得 0。56 L(标准状况)M；则 A 的化学式为_.答案(1）分液漏斗(2)碱石灰3CuO2NH3，3CuN23H2O浓 H2SO4（3)红色石蕊试纸变蓝CuO 与氨气反应生成的水和未反应的氨气生成氨水，使红色石蕊试纸变蓝(4)Mg3N2解析(1)仪器 B 是分液漏斗。(2)使红色石蕊试纸变蓝色的气体在中学中所学过的只有NH3，因此化合物A 中一定含有 N 元素,由于干燥后的 NH3在加热情况下可以与 CuO 反应，因此中干燥管内干燥剂为碱石灰,中反应的化学方程式为 3CuO2NH3，3CuN23H2O;中的试剂为浓 H2SO4，用来干燥和洗气。(3）乙组同学将装置放在装置之前，由于 CuO 与 NH3反应产生 H2O，H2O 与未反应的 NH3反应生成 NH3H2O 使红色石蕊试纸变蓝色.(4)设该化合物的化学式为X3Ny，X 的相对原子质量为 x，则：X3Ny错误错误!N21错误错误!错误错误!错误错误!1错误错误!错误错误!错误错误!讨论：y 只能取正整数，若 y1，x12，无解.若 y2，x24，符合，则化合物A 为 Mg3N2。8