气体的制备净化和收集 高考化学一轮复习强化提升课学案新人教版

气体的制备、净化和收集

　本部分知识在高考考查中以选择题和非选择题的形式考查,考查学生对气体的制备、净化和收集的掌握,重点考查实验的基本操作及实验评价。考查宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等学科素养。

命题角度1:常见气体的制备

【典例1】(2021·怀化模拟)下列制备和收集气体的实验装置合理的是  (　　)

【解析】选D。用氯化铵和氢氧化钙固体制氨气时有水生成,试管口应向下倾斜;NO能和空气中的氧气反应生成NO2,应用排水法收集;氢气密度比空气小,收集氢气时导管应短进长出。

命题角度2:新型气体的制备及性质实验

【典例2】二氧化氯(ClO2)是极易溶于水且不与水发生化学反应的黄绿色气体,沸点为11℃,可用于处理含硫废水。回答下列问题:

ClO2的制备:

已知:SO2+2NaClO3+H2SO4===2ClO2+2NaHSO4。

(1)装置A中反应的化学方程式为 　　　　　。 

(2)欲收集ClO2,选择图中的装置,其连接顺序为a→　　　　(按气流方向,用小写字母表示)。 

(3)装置D的作用是 　　　　　。 

【解析】(1)装置A中Cu与浓硫酸反应制备二氧化硫,化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O。(2)二氧化硫从a进入装置B中反应,为防止倒吸,故应在之前有安全瓶,则a→g→h,为反应充分,故再连接B装置中的b,二氧化氯沸点较低,故在D中冰水浴收集,为充分冷却,便于收集,故连接e,最后用NaOH溶液吸收未反应完的二氧化硫,防止污染空气,连接顺序为a→g→h→b→c→e→f→d。(3)装置D的作用为冷凝并收集ClO2。

答案:(1)Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O

(2)g→h→b→c→e→f→d　(3)冷凝并收集ClO2

(1)制取SO2最常用的方法是什么?试用化学方程式表示。

提示:Na2SO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+SO2↑

(2)C装置除了吸收尾气外,还可以起到防止倒吸的作用,下列装置中常见的防倒吸装置有哪些?

提示:②、③、④。②、③有大空间容纳倒吸的液体,④气体不溶于四氯化碳,可防止倒吸。

【归纳总结】气体制备实验的基本思路

1.三类气体发生装置

2.气体的除杂方法:

(1)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。

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先除易除的杂质气体。

(2)气体干燥净化装置。

当CO2中混有O2杂质时,应选用上述Ⅰ～Ⅳ中的Ⅳ装置除O2,除杂试剂是Cu粉。

3.气体的收集方法:

4.集气装置的创新——排液集气装置:

装置(Ⅰ)从a管进气b管出水可收集难溶于水的气体,如H2、O2等。若将广口瓶中的液体更换,还可以收集以下气体。

①饱和食盐水——收集Cl2。

②饱和NaHCO3溶液——收集CO2。

③饱和NaHS溶液——收集H2S。

④四氯化碳——收集HCl或NH3。

装置(Ⅱ)储气式集气。气体从橡胶管进入,可将水由A瓶排入B瓶,在A瓶中收集到气体。

5.尾气处理的原因、方法及装置:

(1)原因:有些气体有毒或有可燃性,逸散到空气中,会污染空气或者引发火灾、爆炸等灾害。

(2)处理方法:一般根据气体的相关性质,使其转化为非气态物质或无毒物质,如酸性有毒气体用碱溶液吸收,可燃性气体用点燃等措施。

(3)尾气处理装置(见下图a、b、c)

①实验室制取Cl2时,尾气的处理可采用b装置。

②制取CO时,尾气处理可采用ac装置。

③制取H2时,尾气处理可采用ac装置。

1.关于下列各装置图的叙述中,正确的是 (　　)

A.装置①是洗气装置,除去氯气中的氯化氢

B.实验室用装置②制取氨气

C.装置③可用于制备氢氧化亚铁并观察其颜色

D.装置④中X若为四氯化碳,可用于吸收氨气,并防止倒吸

【解析】选D。装置①作洗气装置时,应长进短出;制取氨气时的药品不能选择氯化铵,因为加热生成的氯化氢和氨气在试管口处反应重新生成氯化铵;制备氢氧化亚铁时,胶头滴管要伸入溶液中;由于氨气在四氯化碳中溶解度很小,可以防止倒吸,D正确。

2.下图是实验室常用的气体制备、净化和收集装置。若依据反应H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O制取一氧化碳,则合理的装置组合为(　　)

A.①⑤⑧　　  B.③⑤⑦　　  C.②⑤⑥　　  D.③④⑧

【解析】选D。由反应物的状态和反应条件可选③作为制取装置。除去CO2可选用④或⑤装置,要收集CO只能用⑧装置,故合理的装置组合为③④⑧或③⑤⑧。

3.ClO2与Cl2的氧化性相近。在自来水消毒和果蔬保鲜等方面应用广泛。某兴趣小组通过图1装置(夹持装置略)对其制备、吸收、释放和应用进行了研究。

(1)仪器D的名称是　　　　。安装F中导管时,应选用图2中的　　　　。 

(2)打开B的活塞,A中发生反应:2NaClO3+4HCl===2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O。为使ClO2在D中被稳定剂充分吸收,滴加稀盐酸的速度宜　　　　(填“快”或“慢”)。 

(3)关闭B的活塞,ClO2在D中被稳定剂完全吸收生成NaClO2,此时F中溶液的颜色不变,则装置C的作用是　　　　　　。 

(4)已知在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2,该反应的离子方程式为 　　　　　　, 

在ClO2释放实验中,打开E的活塞,D中发生反应,则装置F的作用是　　　　　　　　　　。 

【解析】(1)根据仪器特征,仪器D的名称是锥形瓶;根据操作分析,F装置应是Cl2和KI反应,所以应长管进气,短管出气,选b。

(2)为使ClO2在D中被稳定剂充分吸收,滴加稀盐酸的速度要慢。

(3)F装置中若有Cl2,则发生Cl2+2KI===2KCl+I2,淀粉遇碘变蓝,所以F中溶液的颜色不变,则装置C的作用是吸收Cl2。

(4)在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2，该反应的离子方程式为4H＋＋5ClO===Cl－＋4ClO2↑＋2H2O；在ClO2释放实验中，打开E的活塞，D中发生反应，则装置F的作用是验证是否有ClO2生成。

答案：(1)锥形瓶　b　(2)慢　(3)吸收Cl2

(4)4H＋＋5ClO===Cl－＋4ClO2↑＋2H2O　验证是否有ClO2生成

【加固训练—拔高】

1.用如图所示装置制取表中的四种气体

(图中加热及气体收集装置均已略去;必要时可以加热;a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂)。

上述方法中可以得到干燥、纯净的气体是 (　　)

A.CO2　　　B.Cl2　　　C.SO2　　　D.H2

【解析】选D。制备CO2时不能用饱和碳酸钠溶液吸收HCl,因为CO2能与饱和碳酸钠溶液反应,应用饱和碳酸氢钠溶液,A错误。除去Cl2中混有的HCl气体不能用NaOH溶液,因为Cl2也能与NaOH溶液反应,应用饱和食盐水,B错误。铜与稀硫酸不反应,不能用于制备SO2,C错误。

2.(Ⅰ)某同学拟用如图所示装置分别制取H2和NO。而实验室只有水、浓硫酸、浓硝酸、铜片。

(1)制取H2时,还缺少的固体试剂是　　　　　　　　(填名称),反应的离子方程式是　 　　　　; 

(2)制取NO时,请你从上述试剂中为他选择比较合理的试剂:　　　　　　　　　　;反应产生的气体需要用　　　　　法收集。 

(Ⅱ)有一份两种物质混合而成的白色混合物,分别取适量该混合物置于三支试管中进行实验。

a.加热第一支试管中的白色混合物,试管口有水滴凝结;

b.向第二支试管中逐滴加入4 mol·L-1的NaOH溶液至过量,同时不断振荡试管,有气泡产生,反应结束后试管中还有白色不溶物;

c.向第三支试管中逐滴加入4 mol·L-1盐酸,同时不断振荡试管 ,有无色无味的气体产生,反应结束后得到无色透明溶液。

(1)符合以上实验现象的是　　　　混合物(填选项序号); 

A.NaHCO3、AgNO3　　　　

B.BaCl2、MgCO3

C.NH4HSO3、MgCl2·6H2O　

D.NH4Cl、Ca(HCO3)2

(2)该混合物中的某一物质水溶液的pH<7,该物质是　　　　　　(填化学式); 

(3)该混合物在实验b中产生白色不溶物的离子方程式: 　　　　。 

【解析】(Ⅰ)制取氢气是利用锌粒与稀硫酸反应，制取NO，最好利用铜与浓硝酸反应，生成的气体利用排水法收集，可以得到较纯净的NO，不能将浓硝酸稀释，因为影响反应速率。

(Ⅱ)(1)a.说明有水生成，b.说明有氨气生成，原物质中存在NH，c.说明产生CO2，符合题意的只有D选项；(2)NH的水解使溶液显酸性；(3)生成的是CaCO3沉淀。注意是过量的NaOH溶液，最终溶液中的溶质是Na2CO3。

答案：(Ⅰ)(1)锌　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑

(2)水、浓硝酸、铜片　排水

(Ⅱ)(1)D　(2)NH4Cl　(3)Ca2＋＋2HCO＋2OH－===CaCO3↓＋CO＋2H2O(或分两步写成HCO＋OH－===CO＋H2O、Ca2＋＋CO===CaCO3↓也可)

3.在浓CaCl2溶液中通入NH3和CO2,可以制得纳米级碳酸钙。下图所示A～E为实验室常见的仪器装置(部分固定夹持装置略去),请根据要求回答问题。

(1)实验室若用NH4Cl和熟石灰作试剂来制取、收集干燥的NH3,则需选用上述仪器装置中的　　　　(填装置序号)。若要制取、收集干燥的CO2,请选择装置并按气流方向连接各仪器接口　　　　　。 

(2)向浓CaCl2溶液中通入NH3和CO2制纳米级碳酸钙时,应先通入的气体是　　　　,若实验过程中有氨气逸出,应选用下列　　　　装置回收(填代号)。 

写出制纳米级碳酸钙的化学方程式 　　　　。 

(3)试设计简单的实验方案,判断所得碳酸钙样品颗粒是否为纳米级 　　　　。 

【解析】(1)氯化铵与熟石灰加热制备氨气选用B装置,通过碱石灰进行干燥,选用D装置,再用向下排空气法收集,选用E装置。制取二氧化碳可以用稀盐酸与石灰石反应,选用A装置,选用C装置干燥,由于二氧化碳密度比空气大,故选择各仪器接口的顺序为acdh。(2)CO2在水中溶解度不大,且不与CaCl2反应,先通NH3,利于吸收CO2,NH3易溶于水,尾气吸收时应防止倒吸,故选b。

(3)纳米级碳酸钙和水混合形成的分散系为胶体,故可以取少量样品和水混合形成分散系,用一束光照射,若出现一条光亮的通路,则是纳米级,否则不是。

答案:(1)BDE　acdh　(2)NH3　b

CaCl2+CO2+2NH3+H2O===CaCO3+2NH4Cl

(3)取少量样品和水混合形成分散系,用一束光照射,若出现一条光亮的通路,则是纳米级,否则不是