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1、 高中化學專題講座　 氣體的實驗室制備、凈化和收集 1．氣體制備實驗的基本過程 (1)氣體制備實驗裝置一般包含以下幾部分 ―→―→―→ (2)氣體制備的一般實驗操作步驟 ①組裝(從下到上，從左到右)；②檢驗裝置的氣密性；③加入藥品；④排盡裝置內的空氣；⑤驗純；⑥反應；⑦拆除裝置。 2．氣體發(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 注意事項：①試管口應稍向下傾斜，以防止產(chǎn)生的水蒸氣在試管口冷凝后倒流，而使試管炸裂。 ②鐵夾應夾在距試管口1/3處。 ③固體藥品

2、應平鋪在試管底部。 ④膠塞上的導管伸入試管內不能過長，否則會影響氣體導出。 ⑤如用排水集氣法收集氣體，當停止制氣時，應先從水槽中把導管撤出，然后再撤走酒精燈，防止水倒吸。 (2)固體＋液體或液體＋液體氣體 發(fā)生裝置： 　　　 (a)　 　　　(b)　　　　　 (c) 制備氣體：Cl2、C2H4等 注意事項：①燒瓶應固定在鐵架臺上。 ②先把固體藥品放入燒瓶中，再緩緩加入液體。 ③分液漏斗應蓋上蓋，注意蓋上的凹槽對準分液漏斗頸部的小孔。 ④對燒瓶加熱時要墊上石棉網(wǎng)。 ⑤液體＋液體氣體時要加沸石，防止暴沸，如用(b)裝置制取乙烯時需加碎瓷片

3、。 ⑥(c)裝置中導管的作用是平衡氣壓，便于分液漏斗中的液體順利滴下。 (3)固體＋液體(不加熱)―→氣體 發(fā)生裝置： 　 制備氣體：H2、CO2、NO2、SO2、NO等 注意事項：①塊狀固體與液體的混合物在常溫下反應制備氣體，可用啟普發(fā)生器制備，當制取氣體的量不多時，也可采用簡易裝置。 ②簡易裝置中長頸漏斗的下口應伸入液面以下，否則起不到液封作用而無法使用。 ③加入塊狀固體藥品的大小要適宜。 ④加入液體的量要適當。 ⑤最初使用時應待容器內原有的空氣排凈后，再收集氣體。 ⑥在導管口點燃氫氣或其他可燃性氣體時，必須先檢驗純度。 【例1】　(1)如圖是實驗室制取某些氣體的裝

4、置。 ①該制氣裝置在加入反應物前，應事先進行的操作是____________。 ②若用該裝置制取O2，反應物除了可選擇二氧化錳和__________(填試劑名稱)，還能選擇________(填物質的化學式)和水。 ③利用該裝置還可制取____________(選填下列字母序號)等氣體。 a．H2 b．CO2 c．NH3 d．SO2 (2)此裝置中加入漂白粉和濃鹽酸也可以制取Cl2。 ①寫出該反應的離子方程式：______________。 ②若使用在空氣中放置的漂白粉和濃鹽酸發(fā)生反應，則制取的Cl2中可能含有的雜質為_____________。 解析　(1)制備氣體的裝置

5、在加入反應物之前均應先檢查裝置的氣密性。該裝置所制氣體應滿足固體和液體不需加熱制備氣體。符合此條件的制備氧氣的反應可為H2O2在MnO2作催化劑時分解，或Na2O2與H2O反應。該裝置可制備的氣體有H2、CO2、O2、NH3等。(2)ClO－、Cl－在酸性條件下可發(fā)生歸中反應生成Cl2。漂白粉在空氣中放置會部分變?yōu)镃aCO3，濃鹽酸有很強的揮發(fā)性，因而制取的Cl2中常含有HCl、CO2和H2O。 答案　(1)①檢查裝置氣密性?、陔p氧水(或過氧化氫)　Na2O2?、踑bcd (2)①ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2＋H2O ②HCl、CO2、H2O 3．氣體的除雜方法 除雜試劑選擇

6、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、可燃性。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)先除易除的氣體。 一般可從以下幾個方面考慮：①易溶于水的雜質可用水吸收；②酸性雜質可用堿性物質吸收；③堿性雜質可用酸性物質吸收；④水分可用干燥劑吸收；⑤能與雜質反應生成沉淀或可溶性的物質，也可用作吸收劑。 【例2】　為下列各組氣體選擇合適的除雜試劑(括號內為雜質氣體) (1)含有HCl雜質的氣體 ①CO2(HCl)：____________________________________________________

7、______； ②SO2(HCl)：__________________________________________________________； ③Cl2(HCl)：___________________________________________________________。 (2)中性氣體中含有酸性雜質氣體 ①O2(Cl2)：___________________________________________________________； ②CO(CO2)：__________________________________________________

8、________； ③NO(NO2)：__________________________________________________________。 (3)酸性氣體中含有其他酸性雜質氣體 CO2(SO2)：___________________________________________________________。 (4)含有O2雜質的氣體 ①CO2(O2)：__________________________________________________________； ②N2(O2)：____________________________________

9、_______________________。 (5)HCl(Cl2)：_________________________________________________________。 答案　(1)①飽和NaHCO3溶液?、陲柡蚇aHSO3溶液 ③飽和食鹽水 (2)①NaOH溶液?、贜aOH溶液?、跦2O (3)飽和NaHCO3溶液或酸性高錳酸鉀溶液 (4)①灼熱Cu?、谧茻酑u (5)CCl4 4．氣體凈化與干燥的先后順序 (1)若采用溶液除雜，應該是除雜在前，干燥在后。其原因是：氣體除雜過程中會從溶液中帶入水蒸氣，干燥劑可除去水蒸氣。 如實驗室中利用大理石與稀鹽酸反

10、應制備CO2，欲制得干燥、純凈的CO2，可先將產(chǎn)生的氣體通過飽和NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl氣體，再通過濃硫酸除去水蒸氣。 (2)若采用加熱除雜，則一般是干燥在前。如N2中混有O2、CO2、H2O(g)，可先將混合氣體通過堿石灰，除去CO2和H2O(g)，再將從干燥管中導出的氣體通過裝有灼熱銅網(wǎng)的硬質玻璃管，除去O2，即可得到干燥、純凈的N2。若將混合氣體先通過灼熱的銅網(wǎng)，因氣體中混有水蒸氣，易使硬質玻璃管炸裂。 【例3】　為制備干燥、純凈的CO2，將大理石和鹽酸反應生成的氣體先后通過裝有下列物質的兩個吸收裝置，兩個裝置中應依次裝入 (　　) ①飽和NaHCO3溶

11、液；無水CaCl2固體 ②飽和NaHCO3溶液；濃硫酸 ③濃硫酸；飽和NaHCO3溶液 ④飽和Na2CO3溶液；稀硫酸 A．①② B．③④ C．①③ D．②④ 解析　用大理石和鹽酸反應制得的CO2中，含有少量HCl，可用飽和NaHCO3溶液除去；干燥CO2可用濃硫酸或無水CaCl2固體作干燥劑。注意：應先凈化，后干燥。 答案　A 5．氣體的干燥 (1)選用干燥劑應根據(jù)氣體的性質和干燥劑的性質而定，其原則是干燥劑只能吸收氣體中的水分，而不能與氣體發(fā)生反應。 ①酸性干燥劑，如濃H2SO4、P2O5、硅膠等。一般用來干燥酸性或中性氣體，而不能用來干燥堿性氣體。

12、思考：下列氣體中不能被濃H2SO4干燥的是哪些？為什么？ NH3、H2、CO、H2S、SO2、Cl2、CO2 答案　NH3因為顯堿性而不能被濃H2SO4干燥，H2S因為有強還原性而不能被濃H2SO4干燥。 ②堿性干燥劑，如生石灰、固體NaOH、堿石灰等。堿性干燥劑不能干燥酸性氣體，如堿石灰不能干燥Cl2、CO2、HCl等。 ③中性干燥劑，如無水CaCl2。無水CaCl2呈中性，對各類氣體一般均可干燥，但NH3能與其發(fā)生絡合反應而不能使用，其反應方程式為CaCl2＋8NH3===CaCl2·8NH3。 (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

13、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 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粉或 Mg粉。 6．氣體的收集 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、Cl2(飽和NaCl溶液)、NO、CO2(飽和NaHCO3溶液)、CO 排空氣法 向上排空氣法 密度大于空氣 Cl2、SO2、NO2、CO2 向下排空氣

14、法 密度小于空氣 H2、NH3 7. 尾氣的吸收 (1)用水吸收的是HCl、NH3(注意防倒吸)。 (2)用燒堿溶液吸收的是Cl2、SO2、NO2、H2S等。 (3)用燃燒的酒精燈點燃可除去的是CO。 題組一　氣體制備裝置的選擇 1．如圖是實驗室常見的氣體制取、干燥和收集裝置。若用過氧化氫和催化劑二氧化錳制取干燥的氧氣，則合理的裝置組合為 (　　) A．①⑤⑧ B．③④⑦ C．②⑤⑥ D．②④⑧ 答案　C 解析　用H2O2制O2的反應原理為2H2O22H2O＋O2↑，由反應物的狀態(tài)和反應條件可選②作為制取裝置。干燥O2可選用

15、④和⑤裝置，要收集干燥的O2只能用⑥裝置，故合理的裝置組合為②⑤⑥或②④⑥。 2．下表是實驗室制備氣體的有關內容： 編號 氣體名稱 實驗原理 氣體發(fā)生裝置 ① 氧氣 H2O2→O2 ② 氨氣 NH4Cl→NH3 ③ 氯氣 HCl→Cl2 (1)上述氣體中，從制備過程看，必須選擇合適的氧化劑才能實現(xiàn)的是________(填氣體的化學式，下同)。 (2)根據(jù)表中所列實驗原理，從下列裝置中選擇合適的氣體發(fā)生裝置，將其編號填入上表中的空格內。 (3)若用上述制備O2的裝置制備NH3，則選擇的試劑為_____________。 答案　(1)Cl2 (2

16、)①D?、贐?、跘或D (3)濃氨水、生石灰(或堿石灰，NaOH固體) 題組二　氣體制備中藥品的選擇與評價 3．(2013·安徽理綜，8)實驗室中某些氣體的制取、收集及尾氣處理裝置如圖所示(省略夾持和凈化裝置)。僅用此裝置和表中提供的物質完成相關實驗，最合理的選項是(　　) 選項 a中的物質 b中的物質 c中收集的氣體 d中的物質 A 濃氨水 CaO NH3 H2O B 濃硫酸 Na2SO3 SO2 NaOH溶液 C 稀硝酸 Cu NO2 H2O D 濃鹽酸 MnO2 Cl2 NaOH溶液 答案　B 解析　由題給裝置可知，本裝置可

17、以用于固體和液體不加熱型、收集方法為向上排空氣法、防倒吸型尾氣處理方式的氣體的制取。A項，NH3的密度比空氣的小，收集用向下排空氣法，不符合；C項，銅和稀硝酸反應不能產(chǎn)生NO2，且NO2的吸收不能用水，可以用NaOH溶液；D項，用濃鹽酸與MnO2反應制Cl2需要加熱，本裝置不能滿足。 4．(2011·大綱全國卷，29)請回答下列實驗室中制取氣體的有關問題。 (1)下圖是用KMnO4與濃鹽酸反應制取適量氯氣的簡易裝置。 裝置B、C、D的作用分別是： B___________________________________________________________________

18、_____； C________________________________________________________________________； D________________________________________________________________________。 (2)在實驗室欲制取適量NO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)： 應加入的物質 所起的作用 A B C D ③簡單描述應觀察到的實驗

19、現(xiàn)象___________________________________________。 答案　(1)向上排空氣收集氯氣　安全瓶作用，防止D中的液體倒吸進入集氣管B中　吸收尾氣，防止氯氣擴散到空氣中污染環(huán)境 (2)①Ⅰ?、? 應加入的物質 所起的作用 A 銅屑和稀硝酸 制取NO氣體 B 水 排水收集NO氣體 C 主要是接收B中排出的水 D ③反應開始時，A中銅屑表面出現(xiàn)無色小氣泡，反應速率逐漸加快；A管上部空間由無色逐漸變?yōu)闇\紅棕色，隨著反應的進行又逐漸變?yōu)闊o色；A中的液體由無色變?yōu)闇\藍色；B中的水面逐漸下降，B管中的水逐漸流入燒杯C中 解析　(

20、1)KMnO4與濃鹽酸發(fā)生反應：2KMnO4＋16HCl(濃)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。裝置B采用向上排空氣法收集Cl2，裝置C起安全瓶作用，防止D中的液體倒吸進入B中。Cl2具有毒性，裝置D中NaOH溶液用于吸收多余的Cl2，防止污染環(huán)境。 (2)實驗室制取NO氣體通常用銅與稀硝酸反應：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。由于NO易與空氣中的O2反應生成NO2，不宜用排空氣法收集NO氣體，應用排水法收集NO，故裝置Ⅱ和Ⅳ錯誤。裝置Ⅰ和Ⅲ比較，Ⅰ更簡單，A中Cu與稀硝酸反應生成NO氣體，B中盛滿水，用排水法收集NO。 題組三　氣體

21、制備裝置的連接 5．某課外活動小組用圖中的儀器和藥品組裝一套實驗裝置制取干燥的CO，用CO還原Fe2O3粉末制取還原鐵粉。(制取CO的原理為H2C2O4CO2↑＋CO↑＋H2O) 序號 儀器及藥品 序號 儀器及藥品 A B C D E (1)如果所制氣體流向為從左向右時，上述組裝的實驗裝置從左向右的連接順序(填儀器序號)是______→______→______→______→______。 (2)正確的操作第一步應是__________；最后一步應是熄滅________處的酒精燈。 (3)裝置B的作用是_________________；

22、裝置E的作用是______________________。 答案　(1)A　E　C　D　B (2)連接好裝置并檢查裝置的氣密性　A (3)檢驗D中生成的CO2　除去CO中的CO2 解析　(1)先通過裝置A制備CO，但其中含有CO2雜質，可用裝置E中的NaOH溶液除去，然后用濃硫酸除去CO中的水蒸氣，干燥純凈的CO在裝置D中還原氧化鐵，最后用裝置B中的澄清石灰水檢驗D中生成的CO2。 (2)氣體制備和性質實驗中必須檢查裝置的氣密性。對于A、D兩處的酒精燈，應最后撤掉A處的酒精燈，防止還原出的Fe再被氧化，并防止出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象。 (3)裝置B中盛裝澄清石灰水，用來檢驗D中生成的CO2氣

23、體；裝置E中盛裝的NaOH溶液用來除去CO中的CO2。 6．(2011·重慶理綜，27)固態(tài)化合物A由兩種短周期元素組成，可與水發(fā)生復分解反應。甲組同學用下圖裝置(夾持裝置略)對其進行探究實驗。 (1)儀器B的名稱是________。 (2)實驗中，Ⅱ中的試紙變藍，Ⅳ中黑色粉末逐漸變?yōu)榧t色并有M生成，則Ⅲ中的試劑為________；Ⅳ中發(fā)生反應的化學方程式為________；V中的試劑為________。 (3)乙組同學進行同樣實驗，但裝置連接順序為 Ⅰ－Ⅲ－Ⅳ－Ⅱ－Ⅴ－Ⅵ，此時 Ⅱ 中現(xiàn)象為________，原因是________。 (4)經(jīng)上述反應，2.5 g化合物A理論上可

24、得0.56 L(標準狀況)M；則A的化學式為________。 答案　(1)分液漏斗 (2)堿石灰　3CuO＋2NH3△,3Cu＋N2＋3H2O 濃H2SO4 (3)紅色石蕊試紙變藍　CuO與氨氣反應生成的水和未反應的氨氣生成氨水，使紅色石蕊試紙變藍 (4)Mg3N2 解析　(1)儀器B是分液漏斗。(2)使紅色石蕊試紙變藍色的氣體在中學中所學過的只有NH3，因此化合物A中一定含有N元素，由于干燥后的NH3在加熱情況下可以與CuO反應，因此Ⅲ中干燥管內干燥劑為堿石灰，Ⅳ中反應的化學方程式為 3CuO＋2NH3△,3Cu＋N2＋3H2O；Ⅴ中的試劑為濃H2SO4，用來干燥和洗氣。 (3)乙組同學將裝置Ⅳ放在裝置Ⅱ之前，由于CuO與NH3反應產(chǎn)生H2O，H2O與未反應的NH3反應生成NH3·H2O使紅色石蕊試紙變藍色。(4)設該化合物的化學式為X3Ny，X的相對原子質量為x，則： X3Ny　　　　　～　　　　　　N2 1 1∶＝∶ 討論：y只能取正整數(shù)，若y＝1，x＝12，無解。 若y＝2，x＝24，符合，則化合物A為Mg3N2。 10