2021高考化学一轮复习 第4章 非金属及其化合物 高考专题讲座2 常见气体的实验室制法及其性质探究

1第4章非金属及其化合物(二)常见气体的实验室制法及其性质探究[核心整合归纳]1．气体制备及其性质探究的基本思路2．常见气体的发生装置反应装置类型反应装置图适用气体操作注意事项固、固加热型O2、NH3等①试管要干燥；②试管口略低于试管底；③加热时先均匀加热再固定加强热固、液加热型或液、液加热型Cl2、HCl等①烧瓶加热时要隔石棉网；②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片(或沸石)固、液不加热型或液、液不加热型H2、CO2、SO2、NO、NO2等①使用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下；②启普发生器只适用于块状固体和液体反应，且气体不溶于水；③使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速2[补短板]“固＋液――→△气”装置的改进(1)控制温度(图1)(2)平衡气压、便于液体滴下(图2)图1图23．常见气体的净化(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)气体干燥净化装置类型液态干燥剂固态干燥剂固态干燥剂固体，加热装置ⅠⅡⅢⅣ常见干燥剂浓硫酸(酸性、强氧化性)无水氯化钙(中性)碱石灰(碱性)除杂试剂Cu、CuO、Mg等[补短板](1)需净化的气体中含有多种杂质时，除杂顺序：一般先除去酸性气体，如氯化氢气体、CO2、SO2等，水蒸气要在最后除去。(2)选用除杂方法时要保证杂质完全除掉，如除CO2最好用NaOH不用Ca(OH)2溶液。有时候为了保证气体除尽，还要验证一步，如验证混合气体中既有CO2，又有SO2，通常用品红3溶液检验SO2，然后用溴水或酸性KMnO4溶液除去SO2，再用品红溶液检验是否除尽，最后用澄清石灰水检验CO2。(3)酸性干燥(浓硫酸、P2O5)：不能干燥NH3等碱性气体；碱性干燥剂(碱石灰、NaOH、CaO)：不能干燥SO2、Cl2等酸性干燥剂；中性干燥剂CaCl2不能干燥NH3。4．常见气体的收集方法(1)排水法：收集难溶于水的气体，如O2、H2、N2、NO、CO、C2H4等。(2)排液法：收集难溶于所选溶液的气体，如Cl2用排饱和食盐水法收集。(3)向上排空气法：收集气体密度比空气的大且相差较大的气体，如Cl2、CO2、NO2等。(4)向下排空气法：收集气体密度比空气的小的气体，如CH4、H2、NH3等。[补短板](1)“万能收集瓶”的使用(2)排液集气收集装置的创新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，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。4注意：尾气吸收时要注意防倒吸，如NH3、HCl的吸收。[试题分类探究]以气体性质验证和物质制备为目的的综合实验探究[典例导航](2019·保定模拟)某化学兴趣小组测定硫铁矿(主要成分为FeS2)矿样中硫元素的质量分数，进行如下实验：将m1g样品放入如图所示装置C中，打开K1关闭K2，从a处不断通入空气，高温灼烧石英管中的样品。请回答下列问题：(1)装置B的名称为________；a处不断通入空气的目的是_________________________________________________________________。(2)装置A的作用是_____________________________________________。(3)反应结束后，关闭K1打开K2，向烧瓶中加入液体，点燃G处酒精灯，使烧瓶中反应发生，操作流程如图。①操作Ⅰ所得溶液中所含的溶质有________________________________。②操作Ⅱ是洗涤、烘干、称重，检验固体是否洗净的方法是_____________________________________________________________________________。③该硫铁矿中硫元素的质量分数为________(用含m1、m2的代数式表示)。(4)取煅烧后的熔渣(含有Fe2O3、FeO)，欲验证其中存在FeO，应选用的试剂是_______________________________________________________________。[思路点拨](1)明确原理：FeS2――→高温SO2――→NaOH溶液Na2SO3溶液―――→过量Cl2Na2SO4溶液――→BaCl2BaSO4(m2g)(2)明确装置的作用：A：控制气流平稳通入B：干燥5C：FeS2灼烧反应生成SO2D：吸收SO2E、F：净化Cl2G：生成Cl2。[解析](1)由装置图可知装置B为球形干燥管；a处不断通入空气的目的是提供硫铁矿反应所需的氧气，同时使反应生成的二氧化硫全部转移到装置D中被完全吸收。(2)可以根据装置A中产生气泡的多少来控制气流的速率。(3)①D中含有过量的NaOH溶液，通入SO2发生反应：2NaOH＋SO2===Na2SO3＋H2O，再通入过量的氯气，发生反应：Na2SO3＋Cl2＋H2O===Na2SO4＋2HCl，HCl＋NaOH===NaCl＋H2O,2NaOH＋Cl2===NaCl＋H2O＋NaClO，故操作Ⅰ所得溶液中所含的溶质有Na2SO4、NaCl、NaClO。②可通过检验最后一次洗涤液中是否含有Cl－来检验固体是否洗净，方法是：取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加硝酸银溶液和稀硝酸，有白色沉淀生成则没有洗净，否则洗净。③根据硫原子守恒可知，该硫铁矿中硫元素的质量为m2233×32g＝32m2233g，该硫铁矿中硫元素的质量分数为32m2233g÷m1g×100%＝32m2233m1×100%。(4)验证煅烧后的熔渣中存在FeO，即需要验证Fe2＋，可以先加入盐酸(或稀硫酸)，再加入铁氰化钾溶液，也可以先加入稀硫酸，再加入高锰酸钾溶液。[答案](1)干燥管(或球形干燥管)提供氧气(使硫铁矿充分燃烧)，同时使煅烧生成的SO2气体完全被D中NaOH溶液吸收(2)控制通入的空气气流，使之平稳(3)①Na2SO4、NaCl、NaClO②取最后一次洗涤液少许于试管中，滴入少量硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀生成，则已经洗净③32m2233m1×100%(4)稀硫酸、KMnO4溶液(或稀盐酸、铁氰化钾溶液或稀硫酸、铁氰化钾溶液)(1)装置B、F的作用分别是____________、____________。(2)通入过量Cl2，装置D中反应的离子方程式有_________________________________________________________________。(3)装置D中导管的作用是_____________________________。(4)装置C中反应的化学方程式为_______________________。[答案](1)干燥SO2吸收Cl2中的HCl(2)SO2－3＋Cl2＋H2O===SO2－4＋2Cl－＋2H＋、Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O、H＋＋OH－===H2O(3)导出气体，平衡装置内气压6(4)4FeS2＋11O2=====高温2Fe2O3＋8SO2有气体参与实验的注意事项(1)爆炸：可燃性气体的点燃、不纯气体受热、气体导管堵塞导致。(2)炸裂：玻璃仪器的骤冷骤热、受热不均等导致。(3)倒吸：气体在用液体吸收或与液态试剂反应时，由于极易溶解或反应导致。(4)堵塞：生成的蒸气易凝结、生成气体的同时产生粉尘等导致。(5)空气污染：生成的气体有毒、缺少尾气处理措施或措施不当导致。(6)若制备物质易水解，要注意防止外界空气进入。(7)实验开始时先检查装置气密性，再加药品，后点燃酒精灯。[对点训练]1．已知MgCl2·6H2O在空气中加热时，释出部分结晶水，同时生成Mg(OH)Cl或MgO。实验室以MgCl2·6H2O制取无水MgCl2的部分装置(铁架台、酒精灯已略)如图：下列有关说法错误的是()A．循环物质甲为盐酸B．装置b填充的可能是P2O5或CaCl2C．装置a的分液漏斗中装有的试剂为浓硫酸，其作用为催化剂D．d中与c直接相连的装置为干燥装置C[MgCl2易发生水解，因此由MgCl2·6H2O制取无水MgCl2需要在HCl氛围中加热，因此循环物质甲为HCl，A项正确；装置a为加热浓盐酸获得HCl的装置，装置b为干燥HCl的装置，填充的干燥剂可以为P2O5或CaCl2，B项正确；装置a的分液漏斗中装有的试剂为浓盐酸，C项错误；从装置c出来的气体为HCl和水蒸气，d中与c直接相连的装置为干燥装置，以吸收水蒸气，D项正确。]2．(2019·合肥模拟)亚硝酸钠曾用作食品防腐剂。现用如图所示仪器(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应生成气体的成分。7已知：NO2和NO的沸点分别是21℃和－152℃。回答下列问题：(1)组装好仪器后，接下来进行的操作是___________________________；装置C的作用是________________________________________________。(2)滴入硫酸前需要通入N2，其目的是____________________________________________________________________________________________；实验结束后还需要继续通入N2的目的是__________________________________________________________________________________________。(3)关闭弹簧夹K1，打开分液漏斗活塞，滴入70%硫酸后，A中产生红棕色气体。确认A中还含有NO的依据是_______________；A中发生反应的化学方程式为___________________________________________________________________________________________________。(4)若向D中通入过量的O2，则装置E中发生反应的离子方程式为______________________________________________________________；若没有装置B，则对实验结论造成的影响是____________________________________________________________________________________________。[解析](1)该实验目的为探究生成气体的成分，因此组装好仪器后，接下来进行的操作是检查装置的气密性。根据提供信息知，NO2的沸点高于NO的沸点，装置C中冰盐水的作用是冷凝，使NO2完全液化。(2)根据提供信息知，反应后生成的气体可能有NO、NO2，滴入硫酸前通入N2，目的是赶走装置中的氧气，防止对一氧化氮的检验造成干扰。实验结束后还需要继续通入N2，目的是把装置中残留的有毒气体全部赶入E中被吸收。(3)根据NO与O2反应生成红棕色的NO2，可知确认A中还含有NO的依据是：打开K2，向D中通氧气后，出现红棕色气体。根据反应生成的气体中含有NO、NO2，配平化学方程式为2NaNO2＋H2SO4===Na2SO4＋NO↑＋NO2↑＋H2O。(4)若向D中通入过量的O2，则装置E中NO2、O2和氢氧化钠反应生成硝酸钠和水，其反应的离子方程式为4NO2＋O2＋4OH－===4NO－3＋2H2O。若没有装置B，则生成的NO2和水反应生成NO，对后面NO的检验造成干扰。[答案](1)检查装置的气密性冷凝，使NO2完全液化(2)赶走装置中的氧气，防止对一氧化