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2019-2020年高三化學第一輪復習學案 常見氣體的制備與收集 [基礎知識] 按照考試大綱的要求，中學階段同學們應掌握O2、H2、CO2、Cl2、HCl、SO2、NO、NO2、H2S、NH3、CH4、C2H4、C2H2等13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 例1、實驗室利用下列裝置和試劑制取少量氯化氫氣體（見圖7—5） 試劑：① 濃硫酸 ② 濃鹽酸 ③ 食鹽固體 ④ 硫酸氫鈉固體 ⑤二氧化錳固體 請用實驗裝置編號（A、B……）回答： （1）若選用試劑①③，則應選擇的裝置是___________。 （2）若選用試劑③④，則應選擇的裝置是___________。 （3）若要快速制備氯化氫，應選擇的裝置是____________。 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Cl2。（裝置見圖7—6a） （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。（裝置見圖7—6b） （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。（裝置如圖7—6c） 3．常見氣體制備原理，裝置選擇  氣體 反應原理 發(fā)生裝置 收集裝置 注意事項 O2 A a或b 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： 收集氨氣儀器要干燥 CH4 無水CH3COONa和堿石灰共熱 A a或c NH3 A c 氣體 反應原理 發(fā)生裝置 收集裝置 注意事項 H2 較活潑金屬（Zn）與稀強酸（如H2SO4，HCl但勿用HNO3或濃H2SO4）的置換反應 C a或c ①用長頸漏斗時要液封 ②制SO2（Na2SO3粉末）、NO2（劇烈放熱多）、C2H2（CaC2遇H2O粉化）不能用啟普發(fā)生器 ③制CO2不用H2SO4（因CaSO4微溶） ④制H2S不能用硝酸或濃H2SO4（防氧化） CO2 C b H2S FeS與鹽酸或稀硫酸進行復分解反應 C b SO2 無水Na2SO3粉末與中等濃度H2SO4進行復分解反應 B b NO2 Cu和濃HNO3 B b C2H2 電石與水進行反應 B a Cl2 E或D b或a 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爆沸 ③制乙烯要控制溫度在170℃ ④集Cl2可用排飽和食鹽水 HCl 食鹽與濃H2SO4（不揮發(fā)性酸與揮發(fā)性酸的鹽）進行復分解反應 E或D b NO E或D a C2H4 F a 4．尾氣的處理裝置 具有毒性或污染性的尾氣必須進行處理，常用處理尾氣裝置，如圖7—7。 一般常用吸收液吸收這些有害氣體，a、b、c為溶解度不是很大的尾氣處理裝置，d為溶液度大且吸收速率很快的尾氣處理裝置，難以吸收的尾氣如CO，應于末端燃燒除去，如e。此處還可以用塑料袋盛裝尾氣。 5．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、U形管和雙通加熱管幾種。 （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NaOH溶液可吸收CO2、SO2、H2S、Cl2、NO2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NaHCO3溶液能除去CO2中混有的HCl、SO2等強酸性氣體。 飽和NaHSO3溶液能除去SO2中混有的HCl、SO3等氣體。 飽和NaHS溶液能除去H2S中混有的HCl氣體。 ③ 濃H2SO4：利用它的吸水性，可除去H2、SO2、HCl、CO、NO2、CH4等氣體中混有的水蒸氣。但由于濃H2SO4有強氧化性，不能用來干燥具有強還原性氣體，如H2S、HBr、HI等。 ④ 酸性KMnO4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CO2氣體中的SO2、H2S等。 （2）干燥管、U形管一般裝入固體的干燥劑。常見的固體干燥劑有： ① 酸性干燥劑，用來干燥酸性氣體。如P2O5、硅膠、等。 ② 堿性干燥劑，用來干燥堿性氣體。如CaO、堿石灰、固體NaOH等。 ③ 中性干燥劑，既能干燥堿性氣體又能干燥酸性氣體。如CaCl2（但CaCl2不能干燥NH3）。 （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：Cu和混合氣體中O2反應而將O2除去。 另外還常用固體的無水CuSO4裝入干燥管中，通過顏色變化檢驗水蒸氣的存在（但不能用CuSO4作干燥劑，因CuSO4吸水率低）。用Na2O2固體也可將CO2、H2O（氣）轉(zhuǎn)化為O2。 6．防堵塞安全裝置（如圖7—9） 7．防倒吸安全裝置（見圖7—10） 例2、用如圖7—11所示裝置可以收集以下氣體： H2、Cl2、CH4、HCl、NH3、NO、SO2 （1）若集氣瓶是干燥的，氣體從A進入，可收集的氣體有______，氣體從B進入，可收集氣體_____。 （2）若將集氣瓶盛滿水，收集氣體并測量氣體的體積，可以收集并測量體積的氣體有______；此時氣體應由_____管進入，由_____管通向量筒。 例3、圖7—12是一套實驗室制氣裝置，用于發(fā)生、干燥和收集氣體。下列各物質(zhì)中能利用這套裝置進行實驗的是（ ） A．銅屑和濃硝酸 B．二氧化錳和濃HCl C．電石和水 D．碳酸鈣和稀鹽酸 例4、實驗室可用如圖7—13所示裝置將CO和CO2混合氣體進行分離和干燥，已知a、b均為活塞，試回答： （1）甲瓶內(nèi)盛______溶液，乙瓶內(nèi)盛______溶液，分液漏斗內(nèi)盛______溶液。 （2）當CO和CO2的混合通過該裝置時，先分離得到的是_______氣體，活塞操作是：關閉______打開______，然后得到_____氣體，活塞操作是：關閉______打開______。 例5、在燒瓶A中放入一些新制的白色無水硫酸銅粉末和約10mL酒精，錐形瓶B中盛放濃鹽酸，分液漏斗C和廣口瓶D分別盛濃硫酸，干燥管F中填滿新制的堿石灰，用燒杯H作水浴器（如圖7—14）。 打開分液漏斗C，將濃硫酸緩緩加進B，則D瓶的出氣管口不斷產(chǎn)生氣體，幾分鐘后燒瓶A中的硫酸銅變藍色，若此時用水浴加熱，F(xiàn)端排出的氣體待純凈后還能點燃，產(chǎn)生特殊顏色的火焰，請回答： （1）B中逸出的氣體是______________________ （2）D瓶的作用是__________________________ （3）A瓶內(nèi)硫酸銅的作用是__________________ （4）E的作用是____________________________ （5）F口可點燃的氣體是____________________ [講練結(jié)合] 1．下列實驗操作方法錯誤的是：（ ） ① CO2含有CO可用點燃的方法除去 ② N2中含有NO2可通入水中除去 ③ 除去溴苯中的雜質(zhì)溴可加入KI溶液，使其生成KBr除去 ④ 甲苯中含少量苯酚，可加入溴水使其生成沉淀而除去 A．① B．③④ C．②③④ D．①②③④ c （Ⅰ） A B a b （Ⅱ） 2．用裝置A、B和乳膠管組成裝置，用于收集干燥的NH3氣體（① 裝置A已經(jīng)氣密性檢查；② 可供選用的試劑有堿石灰、水和酚酞）。 回答下列問題： ⑴ 氣體流經(jīng)裝置的順序是： NH3→______→_______→c（填接口代號）； ⑵ 干燥劑堿石灰應放在________中（填廣口瓶代號）； ⑶ 說明NH3氣體已經(jīng)集滿的現(xiàn)象是___________________________________。 3．用圖示的裝置制取氫氣，在塑料隔板上放粗鋅粒，漏斗和帶支管的試管中裝有稀硫酸，若打開彈簧夾，則酸液由漏斗流下，試管中液面上升，與鋅粒接觸，發(fā)生反應，產(chǎn)生的H2由支管導出。若關閉彈簧夾，則試管中液面下降漏斗中液面上升，酸液與鋅粒脫離接觸，反應自動停止。需要時打開彈簧夾，又可以使氫氣發(fā)生。這是一種僅用于室溫下隨制隨停的氣體發(fā)生裝置。 回答下列問題： （1）為什么關閉彈簧夾試管中液面會下降？ （2）這種裝置在加入反應物前，怎樣檢查裝置的氣密性？ （3）從下面三個反應中選擇可以用這種隨制隨停的制氣裝置制取的氣體，填寫下表的空白： ① 大理石與鹽酸反應制取二氧化碳 ② 黃鐵礦與鹽酸反應制取硫化氫 ③ 用二氧化錳催化分解過氧化氫制取氧氣 氣體名稱 收集方法 檢驗方法 （4）食鹽跟濃硫酸反應制取氯化氫不能用這種裝置隨制隨停。試說明理由。 [參考答案] 1、D 2、⑴ b a ⑵ Ⅱ ⑶ B中漏斗內(nèi)液面忽上忽下（滴加酚酞變紅）。 3、⑴　試管內(nèi)有氣體生成，氣壓增大 ⑵　關閉彈簧夾，向長頸漏斗內(nèi)加水至形成一段水柱，靜置，液面差無變化。 ⑶　二氧化碳　向上排空　澄清石灰水變渾濁 　　硫化氫　　向上排空　PbAc2變黑 ⑷　氯化鈉易溶于水，無法使固液分離，反應需要加熱。