常见气体的制备与收集高三化学实验复习(二)

三、常见气体的制备与收集高三化学实验复习（二）北京四中年级：高三科目：化学编稿老师：潘廷宏审稿老师：潘廷宏责编:广毅录入：刘艳娥应掌握O2、H2、CO2、Cl2、HCl、SO2、NO、NO2、H2S、NH3、CH4、C2H4等13种气体的实验室制法。其中包括药品选择、反应原理、仪器装置、操作要点、净化干燥、收集、检验、尾气处理等一系列的基本知识和基本操作技能。1．气体的发生装置一般根据反应物状态和反应条件设计气体发生装置，通常气体的发生装置有如下几种（见下图）固态反应物加热产生气体有液体反应物不加热产生气体有液体反应物加热产生气体2．气体的收集方法根据气体的密度、溶解性、稳定性可将气体的收集方法分为三种（1）排水集气法适用于不溶于水或微溶于水且不与水发生反应的气体。优点是收集的气体纯度高，易判断是否收集满。若有些气体虽在水中有一定的溶解性或与水微弱反应，也可通过往水中加入电解质，抑制与水反应。如用排饱和食盐水的方法可收集浓度较高的Cl2。（装置见图7－5a）（2）向上排空气集气法适用于不跟空气发生反应且密度比空气大的气体。（装置见图7－5b）（3）向下排空气集气法适用于不跟空气发生反应且密度比空气小的气体。（装置如图7－5c）3．常见气体制备原理，装置选择气体反应原理发生装置收集装置注意事项O22KMnO4+MnO2+O2↑2KClO32KC+3O↑Aa或b共同点：①气密性的检查②试管口稍向下倾斜③若用排水法，做完实验先撤导气管，后撤酒精灯不同点：收集氨气仪器要干燥CH4无水CH3COONa和碱石灰共热Aa或cNH32NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+2H2O+CaCl2AcH2较活泼金属（如Zn,Fe）与稀强酸（如H2SO4，HCl但勿用HNO3或浓H2SO4）的置换反应Ca或c①用长颈漏斗时要液封②制SO2(Na2SO3粉末)、NO2（剧烈放热多）、C2H2(CaC2遇H2O粉化)不能用启普发生器③制CO2不用H2SO4（因CaSO4微溶）④制H2S不能用硝酸或浓H2SO4（防氧化）CO2CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2OCbSO2无水Na2SO3粉与中等浓度H2SO4进行复分解反应BbNO2Cu和浓HNO3Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2OBbC2H2电石与水进行反应CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2↑BaCl2MnO4+4HCl(浓)MnO2+Cl2↑+2H2O2KMnO4+16HCl═2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O2NaCl+MnO2+2H2SO4Na2SO4+MnSO4+Cl2↑+2H2OE或Da或b①排水法完毕应先撤导管后撤火②反应物都是液体要加碎瓷片防爆沸③制乙烯要控制温度在170℃④收集Cl2可用排饱和食盐水HCl食盐与浓H2SO4（不挥发性酸与挥发性酸的盐）进行复分解反应E或DbNO3Cu+8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OEaC2H4Fa4．尾气的处理装置具有毒性或污染性的尾气必须进行处理，常用处理尾气装置，如图7－6一般常用吸收液吸收这些有害气体，a、b为溶解度不是很大的尾气处理装置，c、d为溶解度大且吸收速率很快的尾气处理装置，难以吸收的尾气如CO，应于末端燃烧除去，如e。此处还可以用塑料袋盛装尾气。5．气体的净化和干燥气体的净化、干燥装置一般常用的有洗气瓶、干燥管、U形管和双通加热管几种。如图7－7（1）洗气瓶（如图c）中一般装入液体除杂试剂。除杂试剂应通过化学反应将杂质吸收或将杂质气体转化为所制取的气体。常见除杂试剂有：①强碱溶液：如NaOH溶液可吸收CO2、SO2、H2S、Cl2、NO2等呈酸性的气体。②饱和的酸式盐溶液，可将杂质气体吸收转化，如：饱和NaHCO3溶液能除去CO2中混有的HCl、SO2等强酸性气体饱和NaHSO3溶液能除去O2中混有HCl、SO3等气体饱和NaHS溶液能除去H2S中混有的HCl气体③浓H2SO4：利用它的吸水性，可除去H2、SO2、HCl、CO、NO2、CH4等气体中混有的水蒸气。但由于浓H2SO4有强氧化性，不能用来干燥具有强还原性气体：如H2S、HBr、HI等。④酸性KMnO4溶液：利用它的强氧化性，可以除去具有还原性的气体，如除去混在CO2气体中的SO2、H2S等。（2）干燥管、U形管一般装入固体的干燥剂。常见的固体干燥剂有：①酸性干燥剂，用来干燥酸性气体。如P2O5、硅胶、浓H2SO4等。②碱性干燥剂，用来干燥碱性气体。如CaO、碱石灰等。③中性干燥剂、既能干燥碱性气体又能干燥酸性气体。如CaCl2（但CaCl2不能干燥NH3，因易形成CaCl2·8NH3合物）。（3）双通加热管一般装入固体除杂剂，除杂试剂和混和气体中的某一组份反应。例如：Cu和混和气体中O2反应而将O2除去。另外还常用固体的无水CuSO4装入干燥管中，通过颜色变化检验水蒸气的存在。用Na2O2固体也可将CO2、H2O（气）转化为O2。例5．用如图7－8所示装置可以收集以下气体：H2、Cl2、CH3、HCl、NH3、NO、SO3。（1）若集气瓶是干燥的，气体从A进入，可收集的气体有________，气体从B进入，可收集气体________。（2）若将集气瓶盛满水，收集气体并测量气体的体积，可以收集并测量体积的气体有___________；此时气体应由__________管进入，由___________管通向量筒。例6．7－9图是一套实验室制气装置，用于发生、干燥和收集气体。下列各物质中能利用这套装置进行实验的是A．铜屑和稀硝酸B．二氧化猛和浓盐酸C．电石和水D．碳酸钙和稀盐酸E．硫化亚铁和稀硝酸例7．在烧瓶A中放入一些新制的白色水硫酸铜粉末和约10mL酒精，锥形瓶B中盛放浓盐酸，分液漏斗C和广口瓶D分别盛浓硫酸，干燥管F中填满新制的碱石灰，用烧杯H作水浴器（如图7－10）打开分液漏斗C，将浓硫酸缓缓加进B，则D瓶的出气管口不断产生气体，几分钟后烧瓶A中的硫酸铜变蓝色，若此时用水浴加热，F端排出的气体待纯净后还能点燃，产生特殊颜色的火焰，已知C2H5OH沸点为78.5℃，C2H5Cl沸点为12.27℃，请回答：（1）B中逸出的气体是____________________（2）D瓶的作用是________________________（3）A瓶内硫酸铜的作用是________________（4）E导管的作用是______________________（5）F口可点燃的气体是__________________（6）A中发生效应的化学方程式____________四、物质的分离、提纯1．分离和提纯的原则：首先应分析各组分的物理和化学性质，然后再选择适宜的方法，且一般要遵循提纯过程中不引入新的杂质；不减少欲被提纯的物质；被提纯物质与杂质容易分离；被提纯物质要复原；除杂试剂应过量且过量试剂必须除尽；分离与提纯方法简便易行等原则。2．分离提纯常用到方法物理方法：过滤法，蒸发浓缩法，结晶、重结晶法，蒸馏、分馏法，分液法，萃取法，吸附法，升华法，水洗法，液化法，渗析法，盐析法。化学方法：酸、碱处理法、沉淀法、氧化还原法、热分解法、离子交换法、电解法。分离提纯中一般先考虑物理方法后考虑化学方法。当多种物质混合进行分离时，往往物理方法和化学方法要同时使用。例8．除去二氧化碳中混有的少量二氧化硫气体，可选用的试剂是（）A．高锰酸钾溶液B．饱和碳酸钠溶液C．饱和小苏打溶液D．石灰水例9．下列各组混合物的分离或提纯方法正确的是（）A．用过滤法分离Fe(OH)3胶体和FeCl3溶液的混和物B．用结晶法提纯NaCl和KNO3的混合物中KNO3C．用蒸馏法分离乙醇和乙酸的混合物D．用加热法分离碘和氯化铵的混合物例10．为了除去粗盐中Ca2+、Mg2+、SO及泥沙，将粗盐溶于水，然后进行下列五项操作：①过滤②加过量的NaOH溶液③加适量盐酸④加过量Na2CO3⑤加过量BaCl2溶液。正确的操作顺序：A．①④②⑤③B．④①②⑤③C．②⑤④①③D．⑤②④①③五、物质的检验物质的检验包括鉴别、鉴定、推断等，鉴别是利用不同物质的性质差异，通过实验，将它区别开来；鉴定是根据物质的特性，通过实验，检验出该物质的成分，确定它是否为这种物质。推断是根据已知实验及现象、分析判断，确定被检的是什么物质，并指出可能存在什么，不可能存在什么。1．常见气体的检验气体常用的反应和现象注意问题空气木条能燃，但不能使带火星的木条复燃NO2N2O气体也能“助燃”O2能使带火星的木条复燃H2点燃火焰呈浅蓝色，只生成H2O，不纯者点燃有爆鸣声①点燃可燃性气体时一定要验纯②用玻璃导管点燃有时看不到蓝色火焰，因Na+燃烧有黄色火焰CO点燃火焰呈蓝色，生成物只有CO2H2S点燃火焰呈蓝色，不完全燃烧生成硫；遇Pb(Ac)2，或Pb(NO3)2湿试纸变黑，有臭鸡蛋味CH4点燃火焰呈浅蓝色，生成CO2或水；不使溴水或KMnO4酸性溶液褪色③遇到多种可燃性气体除点燃外，还要利用特征或燃烧产物的性质加以区别（如H2S有臭鸡蛋味，也能使溴水褪色或KMnO4酸性溶液褪色，但有硫沉淀）。C2H4点燃火焰较高，有微黑烟；使溴水或酸性KMnO4溶液褪色C2H2点燃，火焰明亮有较浓黑烟；使溴水或酸性KMnO4溶液褪色NH3使湿润红色石蕊试纸变蓝，遇蘸浓盐酸的玻璃棒有白烟在空气中不燃，但在纯氧中可燃，4NH3+3O2(纯)=2N2+6H2ONO开瓶盖或遇空气立即变成红棕色NO在空气中不存在NO2红棕色，但溶于水为无色溶液，遇AgNO3溶液无沉淀；使蓝色石蕊试纸变红两者都能使KI－淀粉试纸变蓝，不能用它区别（O3也能）Br2蒸气溶于水成橙黄色溴水，与AgNO3溶液出浅黄色沉淀；使蓝色石蕊试纸变红Cl2黄绿色，使KI－淀粉湿试纸变蓝；使品红湿试纸褪色与石灰水无沉淀SO2使澄清石灰水出现白色沉淀后澄清，使品红溶液褪色，加热后恢复原色，使酸性KMnO4溶液或溴水褪色①SO2具有刺激性气体、CO2无气味，它们都可使石蕊由蓝变红，SO2更显著，不用此鉴别②SO2和CO2通入石灰水的现象一样CO2使澄清石灰水出现白色沉淀后澄清，但不使品红溶液KMnO4酸性溶液溴水等溶液褪色HCl使湿润蓝色石蕊试纸变红，遇蘸氨水的玻璃棒出白烟，遇AgNO3溶液白色沉淀HI、HBr气体同HCl，但遇AgNO3溶液分别出AgI,AgBr的黄色及浅黄色沉淀N2不发生上述所有情况或现象只有镁能在其中点燃生成Mg3N22．常见阳离子检验离子试剂或方法现象离子方程式H+石蕊甲基橙Na2CO3蓝色→红色橙色→红有气泡2H++CO=H2O+CO2↑K+焰色反应浅紫色火焰（秀过蓝色钴玻璃）1Na+焰色反应黄色火焰1NH加OH－，加热有气体产生使润湿的红色石蕊度纸变蓝；遇沾有浓HCl的玻璃有白烟NH+OH－NH3↑+2H2O+NH3+HCl=NH4ClAg+加Cl－，稀HNO3白色沉淀，不溶于稀HNO3Ag2++Cl－=AgCl↓Mg2+NaOH溶液白色沉淀，碱过量沉淀不溶Mg2++2OH－=Mg(OH)2↓Ba2+加入稀H2SO4白色沉淀Ba2++SO=BaSO4↓Fe2+加NaOH白色沉淀→灰绿色→红褐色Fe2++2OH－=Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3加KSCN和氯水无现象，再加氯水溶液变红色2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl－Fe3++SCN－=[Fe(SCN)]2+Cu2+加NaOH蓝色沉淀Cu2++2OH－=Cu(OH2)2↓Al3+加NaOH先生成白色沉淀，OH－过量白色沉淀溶解Al3++3OH－=Al(OH)3↓Al(OH)3+OH－=AlO+2H2OFe3+加NaOH红褐色沉淀Fe3++3OH－=Fe(OH)3↓加KSCN变红色Fe3++SCN－=[Fe(SCN)]2+加苯酚溶液显紫色Fe3++6(C6H5OH)=[Fe(C6H5O)]3+6H+3．常见阴离子检验离子试剂或方法现象离子方程式OH－石蕊试液酚酞试液甲基橙试液变蓝变红变黄1S2－Pb(NO3)2溶液黑色沉淀