【高优指导】2017版高三化学一轮复习第10单元化学实验基础第3节物质的制备、实验方案的设计与评价课

第3节物质的制备、实验方案的设计与评价-2-考纲要求:1.了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。2.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器,反应原理和收集方法)。3.能根据实验试题要求,做到:①设计、评价或改进实验方案;②了解控制实验条件的方法;③分析或处理实验数据,得出合理结论;④绘制和识别典型的实验仪器装置图。-3-基础梳理考点突破1.气体发生装置的设计原则根据反应原理、反应物状态和反应所需条件等因素来选择反应装置。2.常见气体的制备原理和发生装置-4-基础梳理考点突破反应特点发生装置图适用气体制备原理注意事项固体+固体气体O22KClO32KCl+3O2↑(1)试管要干燥;(2)试管口略向下倾斜;(3)加热时先均匀加热再固定加热NH32NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O固体+液体气体Cl2MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O(1)烧瓶加热时要垫上石棉网;(2)反应物均为液体时,烧瓶内要加碎瓷片,防止暴沸-5-基础梳理考点突破反应特点发生装置图适用气体制备原理注意事项固体+液体气体液体+液体气体H2Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑(1)使用分液漏斗既可以增强气密性,又可以控制生成气体的速率和量;(2)使用长颈漏斗时,要使漏斗下端插入液面以下;(3)A装置只适用于块状固体与液体的反应,如H2、CO2的制备O22Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑或2H2O22H2O+O2↑NH3NH3·H2O+CaONH3↑+Ca(OH)2SO2Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+SO2↑+H2ONO3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2ONO2Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2OCO2CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O-6-基础梳理考点突破3.气体的净化(1)除杂试剂选择的依据:制备气体和杂质气体性质上的差异,如溶解性等。如:酸性杂质用碱性物质吸收;碱性杂质用酸性物质吸收;氧化性杂质用还原性物质吸收;还原性杂质用氧化性物质吸收;易溶于水的物质用水吸收。(2)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先除易除的气体。-7-基础梳理考点突破(3)除杂装置:-8-基础梳理考点突破(4)气体净化时应注意的事项:①用洗气瓶吸收杂质时,气流方向是长管进,短管出;用干燥管吸收杂质时,气流方向是大口进,小口出;用玻璃管或U形管吸收杂质时,气流方向可以任意选择。②当气体中含有多种杂质时,若采用洗气装置,通常是除杂在前,干燥在后;若用加热装置除杂时,通常是干燥在前,除杂在后。-9-基础梳理考点突破4.气体的干燥(1)干燥的原则。干燥剂只能吸收气体中含有的水分而不能与气体发生反应。a.酸性干燥剂不能干燥碱性气体。b.碱性干燥剂不能干燥酸性气体。c.具有强氧化性的干燥剂不能干燥具有强还原性的气体。(注:H2、CO、SO2虽具有还原性,但可用浓硫酸干燥)(2)常用的干燥装置及干燥剂的选用。-10-基础梳理考点突破液态干燥剂固体干燥剂装置洗气瓶干燥管或U形管常见干燥剂浓硫酸无水氯化钙碱石灰可干燥的气体H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、N2H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CH4、HClN2、H2、O2、CH4、NH3不可干燥的气体NH3、H2S、HBr、HINH3Cl2、HCl、H2S、SO2、CO2、NO2-11-基础梳理考点突破5.气体的收集(1)设计原则:根据气体的溶解性或密度。(2)装置基本类型:-12-基础梳理考点突破收集方法排水法向上排空气法向下排空气法收集原理收集的气体不与水反应或难溶于水收集的气体密度比空气的大,且与空气密度相差较大,不与空气中成分反应收集的气体密度比空气的小,且与空气密度相差较大,不与空气中成分反应收集装置适用的气体H2、O2、NO、CH4Cl2、CO2、NO2、SO2H2、NH3-13-基础梳理考点突破6.尾气处理通常有毒和有污染的尾气必须适当处理。常用尾气处理装置有:a可用于NaOH溶液吸收Cl2、CO2(气体溶解或反应速率不很快,不易引起倒吸)。b可用于收集少量气体然后处理。c、d可用于收集极易溶且溶解很快的气体,如HCl、HBr、NH3等;其中d吸收量少。e可用于处理难以吸收且可燃的气体,如H2、CO等。-14-基础梳理考点突破自主巩固1.正误判断,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)装配仪器时应先上后下,先左后右(×)(2)检验装置的气密性应在加入药品之前(√)(3)右图所示装置在化学实验中应用广泛,被称为“万能瓶”。对该装置的下列用途进行正误判断。①气体由A进B出时可以作为洗气瓶,除去气体中的杂质(√)②气体由B进A出时可用作防倒吸装置(√)③气体由A通入时可用排水法收集NO、CO等气体(×)-15-基础梳理考点突破④气体由B通入时可用于排气法收集H2、NH3、CH4等密度比空气小的气体(√)(4)用右图所示装置制取少量纯净的CO2气体(×)-16-基础梳理考点突破2.实验室制取、收集干燥的以下6种气体:①CO2②H2S③NO2④O2⑤Cl2⑥NH3如图装置可适用的气体是①③④;制取装置不适用的是⑤;干燥装置不适用的是②⑥;收集装置不适用的是⑥。-17-基础梳理考点突破3.下列制备和收集气体的实验装置合理的是(D)-18-基础梳理考点突破1.实验室制取气体的设计(1)基本思路。实验目的→实验原理→药品选择→反应装置→操作步骤→注意事项→形成方案(2)原理的选择。一种气体可能是多种反应的产物,但并不都适于该气体的实验室制取,应满足下列条件:①反应物容易获得。②反应条件容易实现。③反应容易控制,副反应少。④生成的气体易于分离和收集。-19-基础梳理考点突破2.制备气体的操作顺序(1)仪器安装顺序。①由下到上(如制氯气的发生装置安装顺序是放铁架台→摆酒精灯→固定铁圈→放置石棉网→固定圆底烧瓶)。②从左到右(如制氯气:发生装置→净化装置→收集装置→尾气吸收装置)。③先塞后定(把带导管的橡胶塞在烧瓶固定前塞好,以免烧瓶固定后因不宜用力而塞不紧或因用力过猛而损坏仪器)。(2)加入试剂顺序。先放入固体,后滴加液体(即先固后液)。(3)其他操作顺序。先检验气密性,后装入药品(便于在装置漏气时进行调整或更换仪器),最后点燃酒精灯(所有准备工作完毕后);在连接导管时,应长进短出;量气装置的导管应短进长出;干燥管应大口进,小口出。-20-基础梳理考点突破3.气体制取装置的改进(1)“固—液”不加热制气装置的改进。-21-基础梳理考点突破(2)启普发生器的拓展创新。-22-基础梳理考点突破4.气体净化与收集的原则和思路(1)一般除杂在前,干燥在后。若是燃烧管除杂,则干燥在前。(2)吸收剂只能吸收气体中的杂质,而不能与被提纯的气体反应,但可与杂质气体反应生成欲净化的气体。(3)除杂反应要迅速、定量,不选择可逆反应或条件苛刻的反应。(4)杂质气体很难去除时,可先吸收欲净化的气体,再反应放出欲净化的气体。(5)干燥剂选择时,应考虑干燥剂不与被干燥的气体反应。5.尾气处理的原因和方法(1)原因:有些气体有毒或有可燃性,任其逸散到空气中,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,使其转换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。-23-基础梳理考点突破6.防倒吸装置的拓展与创新对于易溶于水的气体的吸收,经常用到防倒吸装置。以常规装置为发散源,可以设计出不同的实验装置,如下图所示,图中以氨气的吸收为例,未注明的液体为水。-24-基础梳理考点突破装置(Ⅰ)把体积较大的部分变为干燥管的球形部分,可倒置或正向连接;装置(Ⅱ)把体积较大的部分变为圆底烧瓶;装置(Ⅲ)把体积较大的部分移到一边,变为广口瓶;装置(Ⅳ)把烧瓶中右侧导管变短,这是常见的安全瓶,注意装置(Ⅲ)、装置(Ⅳ)中导管长度的不同;根据装置(Ⅲ)的原理,液体也可装在广口瓶中,可构成装置(Ⅴ)。装置(Ⅵ)导管与双球缓冲器相连;装置(Ⅶ)双球洗气管可看作放大的双球缓冲器,二者防倒吸原理相似,以双球洗气管为例:当发生倒吸时,液体进入左边的球形部分,由于球形部分的体积较大,在重力作用下,液体又落回管中,故可防止倒吸。装置(Ⅷ)另辟蹊径,NH3通入四氯化碳中不能溶解,则肯定不会发生倒吸;气泡上浮过程中与水接触,可被水吸收。-25-基础梳理考点突破例1(2015山东东营模拟)下表是实验室制备气体的有关内容:(1)根据表中所列实验原理,从下列装置中选择合适的发生装置,将其编号填入下表的空格中。编号实验内容实验原理发生装置①制氧气H2O2→O2C②制氨气NH4Cl→NH3B③制氯气HCl→Cl2A或C-26-基础梳理考点突破(2)上述气体中,从制备过程看,必须选择合适的氧化剂才能实现的是Cl2(填气体的化学式,下同);从反应中有无电子转移的角度看,明显不同于其他气体的是NH3,写出实验室制取该气体的化学方程式:Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O。-27-基础梳理考点突破(3)制备Cl2需用8mol·L-1的盐酸100mL,现用12mol·L-1的盐酸来配制。①需要12mol·L-1的盐酸的体积为66.7mL(精确到0.1mL)。②在容量瓶的使用方法中,下列操作不正确的是BC(填写标号)。A.使用容量瓶前检查它是否漏水B.容量瓶用蒸馏水洗净后,再用待配溶液润洗C.配制溶液时用量筒量取浓盐酸后用玻璃棒引流入容量瓶中,缓慢加入蒸馏水到距刻度线1~2cm处,用胶头滴管滴加蒸馏水直到凹液面的最低处和刻度线相平D.定容后盖好瓶塞,用食指顶住,用另一只手托住瓶底,把容量瓶倒转和摇动多次-28-基础梳理考点突破解析:(1)用H2O2制取O2时采用固体MnO2作催化剂,故应用固+液→气装置;用NH4Cl固体和Ca(OH)2固体制取NH3,应用固+固气装置;用浓盐酸和MnO2固体在加热条件下反应制取Cl2,应用固+液气装置(或高锰酸钾与浓盐酸制取Cl2,应用固+液→气装置)。(2)分析各实验原理可得出相关的答案。-29-基础梳理考点突破(3)①需要盐酸的体积为8mol·L-1×0.1L12mol·L-1=0.23L≈66.7mL。②容量瓶使用前需要检漏,A项正确;容量瓶洗涤后不需要润洗,否则会引起误差,B项错误;在配制溶液时,应先将浓盐酸在烧杯内稀释并冷却至室温后再移至容量瓶中,C项错误;定容后需将容量瓶翻转摇匀,D项正确。-30-基础梳理考点突破归纳总结:几种气体的快速制取方法1.制O2:(1)2H2O22H2O+O2↑,(2)2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑。2.制NH3:(1)加热浓氨水;(2)浓氨水中加入生石灰;(3)浓氯水加入到NaOH固体中。3.制HCl:向浓硫酸中滴加浓盐酸。4.制氯气:2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。-31-基础梳理考点突破跟踪训练1.下列实验中,有关仪器的下端必须插入液面以下的是(A)①制备乙烯时用的温度计②制备氯气装置中的分液漏斗③制取氨水时氨气溶于水的导管④制备氢气的简易装置中加入稀硫酸用的长颈漏斗⑤分馏石油时的温度计⑥制备乙酸乙酯时,将乙酸乙酯蒸气通入饱和Na2CO3溶液的导管A.①④B.①②④C.①②③⑥D.②③④⑤答案解析解析关闭制备乙烯时用的温度计是用来测量反应混合物的温度,以便控制温度在170℃,故温度计的水银球应插在液面以下;制备氢气的简易装置中加入稀硫酸用的长颈漏斗的下管口必须插在液面以下,以防气体从长颈漏斗逸出。答案解析关闭A-32-基础梳理考点突破2.(2015辽宁大连模拟)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)。气体abcdCO2稀盐酸CaCO3饱和Na2CO3溶液浓硫酸Cl2浓盐酸MnO2NaOH溶液浓硫酸SO2稀硫酸Cu品红溶液浓硫酸H2稀盐酸锌粒NaOH溶液