化学高考一轮复习课件第4章第6讲建模思想气体的实验室制备净化和收集高中化学课件

第四章常见的非金属及其化合物第6讲建模思想—气体的实验室制备、净化和收集1.气体制备实验的基本过程(1)气体制备实验装置一般包含以下几部分发生装置―→净化装置―→干燥装置―→尾气处理装置(2)气体制备的一般实验操作步骤①组装(从下到上，从左到右)；②检验装置的气密性；③加入药品；④排尽装置内的空气；⑤验纯；⑥反应；⑦拆除装置。2.气体发生装置依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将制备气体的发生装置分为三类：(完成下列空白内容)类型发生装置制备气体注意事项固体＋固体加热O2、NH3、CH4等①试管口应稍向下倾斜，以防止产生的水蒸气在试管口冷凝后倒流，而使试管破裂。②铁夹应夹在距试管口1/3处。③固体药品应平铺在试管底部。④胶塞上的导管伸入试管里面不能过长，否则会影响气体导出。⑤如用排水集气法收集气体，当停止制气时，应先从水槽中把导管撤出，然后再撤走酒精灯，防止水倒吸。（）固体＋液体或液体＋液体加热Cl2、C2H4等①烧瓶应固定在铁架台上。②先把固体药品放入烧瓶中，再缓缓加入液体。③分液漏斗应盖上盖，注意盖上的凹槽对准分液漏斗颈部的小孔。④对烧瓶加热时要垫上石棉网。⑤用乙醇与浓H2SO4加热反应制取乙烯时，为便于控制温度要安装温度计。（）固体＋液体不加热H2、H2S、CO2、NO2、C2H2、SO2、NO等，其中可用启普发生器制备的气体有：H2、H2S、CO2①块状固体与液体的混合物在常温下反应制备气体，可用启普发生器制备，当制取气体的量不多时，也可采用简易装置。②简易装置中长颈漏斗的下口应伸入液面以下，否则起不到液封作用而无法使用。③加入块状固体药品的大小要适宜。④加入液体的量要适当。⑤最初使用时应待容器内原有的空气排净后，再收集气体。⑥在导管口点燃氢气或其他可燃性气体时，必须先检验纯度。（）3.常见气体的实验室制备原理、收集方法和操作注意事项(完成表格中的空白内容)气体实验室制备原理收集方法操作注意事项O2①2KClO3=====MnO2△2KCl＋3O2↑②2KMnO4=====△K2MnO4＋O2↑＋MnO2③快速制备O2：向H2O2溶液中加MnO2排水法、向上排空气法若用KMnO4制备O2时应在导管口塞一小团棉花NH32NH4Cl＋Ca(OH)2=====△CaCl2＋2NH3↑＋2H2O向下排空气法NaOH可与SiO2反应，因此制NH3时用Ca(OH)2H2Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑排水法，向下排空气法CO2CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑向上排空气法SO2Na2SO3＋H2SO4(浓)===Na2SO4＋H2O＋SO2↑向上排空气法NO2Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O向上排空气法①使用长颈漏斗时，要使漏斗颈插入液面以下②启普发生器只适用块状固体和液体反应，且块状固体不溶于水③使用分液漏斗，既可以增加装置的气密性，又可以控制液体流速Cl2MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋2H2O＋Cl2↑(也可用KMnO4代替MnO2)向上排空气法NO3Cu＋8HNO3(稀)=====△3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O排水法C2H4C2H5OH————→浓硫酸170℃C2H4↑＋H2O排水法①氯气有毒，注意尾气用NaOH溶液吸收。②收集NO用排水法，既可防止NO被氧化，又可除去可能混有的NO2。③制C2H4时应加碎瓷片，防止暴沸特别提醒制备气体反应的选择原则：一种气体可以由多种反应制得，但只有部分反应适用于实验室制备，这些反应一般应符合以下几个条件：(1)反应物容易获得；(2)反应条件容易达到；(3)反应容易控制；(4)生成的气体容易分离。4.气体的除杂方法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、可燃性。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)先除易除的气体。一般可从以下几个方面考虑：①易溶于水的杂质可用水吸收；②酸性杂质可用碱性物质吸收；③碱性杂质可用酸性物质吸收；④水分可用干燥剂吸收；⑤能与杂质反应生成沉淀或可溶性的物质，也可用作吸收剂。例题为下列各组气体选择合适的除杂试剂(括号内为杂质气体)(1)含有HCl杂质的气体①CO2(HCl)：________________________；②SO2(HCl)：________________________③Cl2(HCl)：_________________________(2)中性气体中含有酸性杂质气体①O2(Cl2)：__________________________；②CO(CO2)：_________________________③NO(NO2)：_________________________；(3)酸性气体中含有其他酸性杂质气体CO2(SO2)：___________________________；(4)含有O2杂质的气体①CO2(O2)：__________________________；②N2(O2)：___________________________。(5)HCl(Cl2)：_________________________。答案(1)①饱和NaHCO3溶液②饱和NaHSO3溶液③饱和食盐水(2)①NaOH溶液②NaOH溶液③H2O(3)饱和NaHCO3溶液(4)①灼热Cu②灼热Cu(5)CCl45.气体的干燥(1)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。①酸性干燥剂，如浓H2SO4、P2O5、硅胶等。一般用来干燥酸性或中性气体，而不能用来干燥碱性气体。思考：下列气体中不能被浓H2SO4干燥的是哪些？为什么？NH3、H2、CO、H2S、SO2、Cl2、CO2提示NH3因为显碱性而不能被浓H2SO4干燥，H2S因为强还原性而不能被浓H2SO4干燥。②碱性干燥剂，如生石灰、固体NaOH、碱石灰等。碱性干燥剂不能干燥酸性气体，如碱石灰不能干燥Cl2、CO2、HCl等。③中性干燥剂，如无水CaCl2。无水CaCl2呈中性，对各类气体一般均可干燥，但NH3能与其发生络合反应而不能使用，其反应方程式为CaCl2＋8NH3===CaCl2·8NH3。(2)气体干燥净化装置液态干燥剂固态干燥剂固态干燥剂固体，加热装置常见干燥剂浓H2SO4(酸性、强氧化性)无水氯化钙(中性)碱石灰(碱性)除杂试剂Cu、CuO、MgⅠⅡⅢⅣ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粉或Mg粉。6.气体的收集收集方法收集气体的类型收集装置可收集的气体(举例)排水法难溶于水或微溶于水，又不与水反应的气体O2、H2、Cl2(饱和NaCl溶液)、NO、CO2(饱和NaHCO3溶液)、CO向上排空气法密度比空气大Cl2、SO2、NO2、CO2排空气法向下排空气法密度小于空气H2、NH37.量气装置对难溶于水且不与水反应的气体可用量筒测定其排开水的体积，从而确定气体的体积。常见的量取装置图：8.中学化学中常用的尾气处理装置及方法(1)在水中溶解度不大的气体(2)在水中溶解度很大的气体，防倒吸(3)燃烧或袋装法，图Ⅰ主要适用于可燃性气体如CO、H2等，而Ⅱ对任何气体皆适用9.冷却反应装置特别提醒选择尾气的处理方法及装置需要根据气体的性质来决定，不可生搬硬套。①碱性气体。中学阶段学习的碱性气体只有NH3，因氨显碱性且极易溶于水，所以往往将蘸有浓HCl的脱脂棉放在导气管口，防倒吸。②酸性气体：Cl2、H2S、HCl、SO2、NO2等，往往用碱液吸收。③中性气体：CO、H2等往往是点燃后排放到空气中。1.《InorganicSynthesis》《无机合成》一书中，有一如图所示的装置，用以制备少量某种干燥纯净的气体。该装置中所装的药品正确的是()即时巩固选项a中所装药品b中所装药品制取气体cA浓盐酸浓硫酸HClB浓硫酸浓盐酸HClC浓NaOH溶液浓氨水NH3D浓氨水浓NaOH溶液NH3解析若将浓硫酸加入到浓盐酸中，无法得到干燥纯净的气体，而是将浓盐酸加入到浓硫酸中，故A项正确，B项错误；浓氨水与浓NaOH溶液混合后浓度变小不易挥发出NH3，且得不到干燥的NH3，故C、D错误。答案A2.实验室中需要22.4L(标准状况)SO2气体。化学小组同学依据化学方程式Zn＋2H2SO4(浓)ZnSO4＋SO2↑＋2H2O计算后，取65.0g锌粒与98%的浓H2SO4(ρ＝1.84g/cm3)110mL充分反应，锌全部溶解，对于制得的气体，有同学认为可能混有杂质。(1)化学小组所制得的气体中混有的主要杂质气体可能是(填分子式)。产生这种结果的主要原因是(用化学方程式和必要的文字加以说明)。(2)为证实相关分析，化学小组的同学设计了实验，组装了如下装置，对所制取的气体进行探究。①装置B中加入的试剂，作用是。②装置D加入的试剂，装置F加入的试剂。③可证实一定量的锌粒和一定量的浓硫酸反应后生成的气体中混有某杂质气体的实验现象是。④U形管G的作用为。解析(1)从物质的量关系来看，发生Zn＋2H2SO4(浓)===ZnSO4＋SO2↑＋2H2O，H2SO4略过量，但是实际上随着反应的进行，硫酸的浓度降低；当硫酸的浓度降到一定程度，反应变为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。(2)该实验的目的是为了通过加热还原CuO验证H2的存在，通过F装置进一步确认有H2O生成；具体的实验装置及作用是：A—产生待研究的气体，B—除去气体中的SO2(可以利用SO2的性质选取NaOH溶液或酸性高锰酸钾溶液)，C—验证SO2已除尽，D—干燥气体，E—若有H2，则加热E玻璃管，CuO固体由黑色变为红色，F—利用无水硫酸铜吸水变蓝进一步确定气体中H2的存在，G—防止空气中的水蒸气进入F装置而干扰实验。答案(1)H2随着反应的进行，硫酸浓度降低，致使锌与稀硫酸反应生成H2，Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑(2)①NaOH溶液(或KMnO4，其他合理答案也给分)除去混合气体中的SO2②浓硫酸无水硫酸铜③装置E玻璃管中黑色CuO粉末变红色，干燥管F中无水硫酸铜变蓝色④防止空气中H2O进入干燥管F而影响杂质气体的检验3.下列三个问题均与图示实验装置有关：(1)制取某无色非金属氧化物气体时，锥形瓶X内的药品应是。A.铜和稀硝酸B.铜和浓硝酸C.碳酸钙与稀硫酸D.亚硫酸钠和浓盐酸(2)洗气瓶Y中所装的液体应是(不允许非水杂质混在气体中)。A.浓硫酸B.NaOH溶液C.NaHSO3溶液D.NaHCO3溶液(3)检验集气瓶Z是否收集满气体，置于瓶口的滤纸蘸的溶液是。A.BaCl2溶液B.酸性KMnO4溶液C.淀粉­碘化钾试纸D.澄清石灰水解析(1)根据用排空气法收集气体，可排除A；根据所制气体是无色的，又可排除B；反应生成的微溶物硫酸钙会覆盖在碳酸钙表面，而阻碍反应进行，可排除C；亚硫酸钠和浓盐酸反应不需要加热，气体SO2为无色，且符合向上排空气法收集方法，故应选D。(2)亚硫酸钠和浓盐酸反应产生的SO2中混有HCl和水蒸气(本题未对水蒸气作除杂要求)，需要将HCl除去。由于浓硫酸只能吸收水蒸气而不能除去HCl；NaOH溶液会同时吸收HCl和SO2；NaHCO3溶液虽能除去HCl，但同时产生新杂质CO2混在SO2中；NaHSO3溶液能吸收HCl，同时放出SO2，故应选C。(3)SO2不与BaCl2及KI反应；SO2与澄清石灰水反应生成的CaSO3白色沉淀不便在滤纸上观察；酸性KMnO4溶液与SO2反应后，溶液的紫红色褪去，故应选B。答案(1)D(2)C(3)B4.据下图所示的实验装置回答问题：(1)实验室用高锰酸钾制取比较干燥的氧气应选用的发生装置是，收集装置为。(2)实验室用双氧水制取并收集较纯的氧气时应选用的发生装置是，收集装置为。(3)实验室用氯化铵与熟石灰两种固体加热制取氨气，氨气的密度比空气的小，极易溶于水。推断：实验室制取氨气应选用的发生装置为，