【专项练习】2021年中考化学分类汇编 39总复习：实验室制取气体的研究与实践(基础)

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1．掌握实验室制取气体的原理、步骤和操作方法；知道实验室制取气体的要求以及选取药品的原则。
2．了解依据药品状态和反应条件设计实验装置，了解根据气体的性质确定收集气体的方法。
3．能正确分析实验中出现的一些问题，并根据实验的需要改进实验装置。
【知识网络】
2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
氧气 2KClO32KCl+3O2↑
反应原理 2H2O22H2O+O2↑
二氧化碳：CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O
氢气：Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑
固体加热型：
发生装置
固液不加热型：

排水法：
收集装置 向上排空气法：
向下排空气法：
【考点梳理】
考点一、氧气、二氧化碳、氢气的实验室制法
1.实验室制取O2、CO2、H2 的化学原理：
（1）氧气
2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
2KClO32KCl+3O2↑
2H2O22H2O+O2↑
（2）二氧化碳
CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O
（3）氢气
Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑
2.实验设计的依据：
固体和固体反应（如制O2）
固体和液体反应（如制H2、CO2）
液体和液体反应
反应物的状态
反应条件（是否需要加热、加催化剂等）
气体发生装置
密度比空气大——向上排空气法（CO2、O2）
密度比空气小——向下排空气法（H2、CH4、NH3）
排空气法
排水法（不易溶于水，不与水反应，如O2、H2）
气体收集装置
3.“多功能瓶”收集气体的方法：任何一种气体，都可以用如图所示的装置进行收集。

（1）若待收集气体的密度比空气大，则气体由a管通入，将空气由b管排出；
（2）若待收集气体的密度比空气小，则气体由b管通入，将空气由a管排出；
（3）若用排水法收集气体，则先在集气瓶中装满水，气体由b管通入。
【要点诠释】
1.制取气体选择药品的原则：速率适中，操作方便，节能环保，气体纯净，杂质易除。
2.实验室几种常见气体制取方法比较：
3.根据气体的性质确定气体的收集方法（如下表）：
当气体的密度和空气密度相近且难溶于水时，一般采用排水法。
4.比较气体密度与空气密度大小的方法：无法确定气体密度时，可以根据气体的相对分子质量与空气比较得到相对密度大小，空气的平均相对分子质量约为29，如果气体的相对分子质量比29大，则密度比空气的大，如果相对分子质量小于29，则密度比空气的小。
考点二、实验室制取气体综合实验题的特点和解题思路
1.实验室制取气体综合实验题的特点是“三综合”：综合多种气体的制取，如O2、CO2、H2、NH3、CH4等。综合多种装置：加热试管装置、液固接触反应装置；排空气收集装置、排水收集装置；气体去杂装置、气体干燥装置等。制取气体的操作步骤。
2.解答此类试题的思路是“三根据”：根据实验室制取气体要求选择药品，根据药品状态和反应条件选择装置，根据气体的密度和溶解性选择收集装置。
3.在解答实验操作步骤时要记住“四先四后”：先检查装置的气密性，后加药品；先加固体药品，后加液体药品；先放置酒精灯，后固定试管；先加热试管，后将导管伸入集气瓶内；实验结束先将导管移出水面，后熄灭酒精灯。
【要点诠释】
1.在实验室制备的各种气体中，常含有少量的酸雾、水蒸气或其它气体杂质，需经过净化和干燥后才能得到纯净的气体。常用的干燥及净化装置主要有洗气瓶、干燥管和U形管。

2.气体的干燥：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。
3.气体的净化：选择气体吸收剂应根据气体的性质和要除去杂质的性质而定。
①原则：所用的吸收剂只能吸收气体中的杂质；不能与被提纯的物质反应，也不能引入新的杂质。
②常见的气体及其吸收剂：
H2O：浓硫酸、无水硫酸铜、氢氧化钠固体、碱石灰（氢氧化钠与生石灰的混合物）等。
HCl：氢氧化钠溶液、碱石灰等。
HCl、CO2：氢氧化钠溶液、澄清石灰水、碱石灰等。
③气体的净化顺序：先除杂，后干燥；加热之前先除去水。
【典型例题】
类型一、考查氧气、二氧化碳等气体的实验室制法及气体干燥、净化
1.下列说法正确的是（ ）
A．实验室常用石灰石和稀硫酸反应来制取二氧化碳
B．酒精、醋酸、水都是有机化合物
C．复分解反应能否发生，要考虑是否有沉淀、气体或水生成
D．Na2CO3是一种盐，它的水溶液显中性
【思路点拨】
A、实验室常用石灰石和稀盐酸反应来制取二氧化碳；
B、含有碳元素的化合物属于有机化合物；
C、复分解反应发生的条件是：有沉淀、气体或水生成，三个条件至少需要具备其中的一个，反应就能够进行；
D、碳酸钠的水溶液显碱性。
【答案】C
【解析】A、石灰石和稀硫酸反应生成的硫酸钙微溶于水，附着在石灰石的表面，从而阻止反应的进一步进行，故不能用石灰石和稀硫酸反应来制取二氧化碳。故A不正确。
B、酒精、醋酸等物质属于有机物，水不是有机化合物。故B不正确。
C、复分解反应能否发生，要考虑是否有沉淀、气体或水生成。故C正确。
D、碳酸钠属于盐，水溶液显碱性。故D不正确。
【总结升华】掌握二氧化碳的实验室制法，记住常见物质的性质、物质的分类标准、复分解反应发生条件等方面的知识，是顺利解题的关键。
2.（2020•南充校级二模）小亮同学设计如图装置来制取并收集气体，你认为他能制得的气体是（ ）
A. 用KMnO4粉末制取O2
B．用KClO3和MnO2制取O2
C．用Zn和稀硫酸制取H2
D．用石灰石和稀盐酸制取CO2
【思路点拨】此题考查了气体的制取装置和收集方法．从反应装置看，该装置选用的仪器是长颈漏斗和锥形瓶，所以适用于反应物是固体和液体，反应不需要加热的情况．从收集装置看，用的是向上排气法，所以收集的是气体比空气的密度大。
【答案】D
【解析】A．用KMnO4粉末制取O2需要加热固体，图中发生装置不适合，故错误；
B．用氯酸钾和二氧化锰制取氧气的反应条件是加热，该装置没有酒精灯，故错误；
C．氢气的密度比空气小，排空气法收集氢气的方法是向下排空气法，图示是向上排空气法，故错误；
D．用石灰石和稀盐酸制取CO2，反应物是固体和液体反应，生成的二氧化碳密度比空气大，用向上排空气法收集，此项正确。
【总结升华】解此类题时，可以根据反应装置确定反应情况，也可以根据反应情况来确定反应的装置，因此要熟记常见气体的制取方法和收集方法。
3. 如图是气体x的干燥、收集、尾气吸收装置，该气体可能的物理性质是（ ）
A．密度比空气大，极易溶于水
B．密度比空气小，极易溶于水
C．密度比空气大，难溶于水
D．密度比空气小，难溶于水
【思路点拨】根据图中干燥气体的是碱石灰，可知气体可能是氨气、一氧化碳、氢气等气体；根据收集装置可知气体的密度应小于空气的密度；根据尾气处理装置可知，这种气体极易溶于水。我们可以根据这些信息进行分析、判断，从而得出正确的结论。
【答案】B
【解析】由图吸收多余的气体装置中可知，该气体易溶于水；碱石灰可以干燥氨气、一氧化碳、氢气，但是一氧化碳和氢气都是难溶于水的；氨气的密度比空气小，极易溶于水，所以只有氨气合适。故选B。
【总结升华】解答本题时既要考虑气体的水溶性，又要考虑气体是否能和干燥剂发生化学反应。
4. 某同学用下图所示装置制取了一瓶无色无味的气体。请回答下列问题：
（1）写出带标号仪器的名称：① ，② 。
（2）你推测该气体可能是 （只填一种物质的化学式），请写出实验室制取该气体的化学反应方程式： ，其基本反应类型是 。请用最简便的方法证明你的推测 。
【思路点拨】根据图示实验装置，长颈漏斗可用于添加液体，锥形瓶可用于盛放固体；而集气瓶瓶口向上，采用的是向上排空气法收集，故所收集的气体密度大于空气。初中阶段密度大于空气且可用固体与液体反应制取的气体只有氧气和二氧化碳。
【答案与解析】
（1）长颈漏斗 锥形瓶
（2）CO2（或O2） CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 复分解反应（或2H2O22H2O+O2↑ 分解反应） 向集气瓶中加入澄清石灰水，石灰水变浑浊，证实是CO2（用带火星木条伸入集气瓶中，木条复燃证实是O2）
【总结升华】本题考查了学生利用实验装置进行实验设计的能力，首先要能够对实验装置图所提供信息进行分析，还需要有完善的知识系统。
5. （2020•遂川县一模）化学是一门以实验为基础的科学，请结合图示回答问题：
（1）实验室用高锰酸钾制取氧气，反应化学方程式为 ，应选择的发生装置是
（填字母），收集装置是 （填字母）。
（2）小彭同学设计了如图乙装置并验证二氧化碳的性质，当通入一段时间后，F中的现象是 ；G中澄清石灰水变浑浊，反应的化学方程式为 ；H中观察到蜡烛由低到高依次熄灭，说明 。
【思路点拨】
（1）高锰酸钾受热分解生成锰酸钾和二氧化锰和氧气，属于固体加热型，故选发生装置B，氧气密度比空气大且不易溶于水，所以可用向上排空气法或排水法收集；
（2）二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸可使紫色石蕊试液变红，二氧化碳与澄清石灰水的主要成分氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，并据现象分析其性质。
【答案】（1）2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑；B；D（或E）；
（2）紫色的石蕊试液变红；Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O；二氧化碳密度比空气大，不能燃烧，不支持燃烧。
【解析】
（1）高锰酸钾受热分解生成锰酸钾和二氧化锰和氧气，反应方程式是：
2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑；该反应属于固体加热型，故选发生装置B，氧气密度比空气大且不易溶于水，所以可用向上排空气法或排水法收集；
二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸可使紫色石蕊试液变红，二氧化碳与澄清石灰水的主要成分氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，反应方程式是：Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O；H中观察到蜡烛由低到高依次熄灭，说明二氧化碳密度比空气大，并且不能燃烧、不能支持燃烧；
【总结升华】本题考查了二氧化碳的性质和实验室制取氧气的反应原理，装置选取等知识，考查分析、解决问题的能力。
6. 实验室制取气体所需的装置如图所示。请回答以下问题：
（1）写出装置中标号仪器的名称：a ，b 。
（2）用大理石和稀盐酸制取一瓶干燥的二氧化碳气体时，应选用装置 （填字母代号）组合。F装置中浓硫酸的作用是 。
【思路点拨】在常温下用石灰石和稀盐酸来制取二氧化碳，因此不需要加热．二氧化碳的密度比空气的密度大，能溶于水，因此只能用向上排空气法收集．浓硫酸具有吸水性，可以做干燥剂，起干燥作用．长颈漏斗、试管、集气瓶和锥形瓶等是实验室常用的仪器。
【答案】（1）长颈漏斗 锥形瓶 （2）AFD 干燥气体
【解析】
（2）常温下用石灰石和稀盐酸来制取二氧化碳，不需要加热，因此选A为气体发生装置；二氧化碳的密度比空气的密度大，能溶于水，因此只能用向上排空气法收集，故选D装置收集气体；浓硫酸具有吸水性，可以作干燥剂，起干燥作用。
【总结升华】在平时的学习和实验中要注意观察和记忆气体的制取装置、收集装置和干燥装置及实验操作要点，可以帮助我们顺利地解答实验类试题。
举一反三：
【变式1】实验室在选择制取气体的仪器装置时，可以不考虑的因素是（ ）
A．反应物的性质和状态 B．所制气体的性质
C．所制气体的颜色 D．反应的条件
【答案】C
【解析】选择制取气体的装置时，主要考虑反应物的状态和反应条件；选择气体的收集装置时，主要考虑气体的密度、溶解性，以及是否与水、空气中的成分反应等性质。
【变式2】常温常压下在实验室收集NH3（气体），与选择收集方法无关的信息是（ ）
A．NH3的密度 B．NH3在水中的溶解性 C．空气的密度 D．NH3的质量
【答案】D
【解析】收集气体常用排空气法和排水法。所以收集氨气要考虑氨气的密度和溶解性。氨气的密度比空气小，而且易溶于水，收集氨气只能用向下排空气集气法。
【变式3】如图所示，下列气体中都含有水蒸气，能收集到干燥气体的所用装置完全正确的是（ ）

【答案】D
【解析】A装置先干燥了O2后又用排水法收集，A项错。H2的密度比空气小，不能用向上排空气法收集，B项错。潮湿的CO2能与CaO反应。C项错。D项正确。
【变式4】潜水艇里要配置氧气的再生装置，以保证长时间潜航，有以下几种制氧气的方法：①加热高锰酸钾；②电解水；③在常温下用过氧化钠(化学式为Na2O2)固体与二氧化碳反应生产碳酸钠和氧气。
（1）写出方法③的化学方程式 。
（2）你认为最适合在潜水艇里制氧气的方法是_______（填序号），与其他两种方法相比，这种方法的两条优点是______________、_______________。
【答案】
（1）2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2
（2）③ 常温下就能反应 把人呼出的二氧化碳反应除去
【解析】本题提供了几种制取氧气的方法，适合于潜水艇里制氧气的方法需具备的条件是：方便易携带，不能产生其它气体等，所以选③。③的优点还有可以把人呼出的二氧化碳除去，常温下就能反应等。气体
药品状态
装置
反应条件
收集方法
O2
KMnO4、KClO3和MnO2混合物（固+固）
管口略向下倾斜的试管
加热
向上排空气法或排水法收集
O2
H2O2和MnO2混合物（固+液）
竖直试管或锥形瓶
不加热
向上排空气法或排水法收集
CO2
大理石（主要成分是CaCO3）和稀盐酸（固+液）
竖直试管或锥形瓶
不加热
向上排空气法
H2
锌粒和盐酸（固+液）
竖直试管或锥形瓶
不加热
向下排空气法或排水法收集
NH3
铵盐和碱石灰混合物（固+固）
管口略向下倾斜的试管
加热
向下排空气法收集
收集方法
气体性质
优缺点
A．向上排空气法
密度比空气大
干燥、纯度不高
B．排水法
难溶于水或不易溶于水
纯度高、不干燥
C．向下排空气法
密度比空气小
干燥、纯度不高
干燥剂
可干燥的气体
不能干燥的气体
浓硫酸
H2、O2、CO、HCl等中、酸性气体
不能干燥碱性气体，如NH3
无水硫酸铜（CuSO4）、氯化钙（CaCl2）
H2、O2、CO、CO2、HCl
能干燥绝大多数气体，NH3除外
氢氧化钠固体或生石灰
H2、O2、CO等中、碱性气体
不能干燥酸性气体。如CO2、SO2、HCl、H2S等