2022届高考化学一轮复习讲义学案第4章 小专题突破5　常考气体的实验室制备、净化和收集

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1．气体制备实验的基本思路
2．重要气体的发生装置
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：
(1)固体＋固体eq \(――→,\s\up7(△))气体
发生装置：
制备气体：O2、NH3等。
(2)固体(或液体)＋液体eq \(――→,\s\up7(△))气体
发生装置：
制备气体：Cl2、C2H4等。
(3)固体＋液体eq \(――→,\s\up7(不加热))气体
发生装置：
制备气体：选择合适的药品和装置能制取中学化学中常见的气体，如CO2、H2、H2S、O2等。
3．气体发生装置的改进
(1)“固体＋固体eq \(――→,\s\up7(△))气体”装置的创新
改进的目的：用于加热易熔化的固体物质，这样可以有效地防止固体熔化时造成液体流向试管口，如草酸晶体受热分解制取CO2气体。
(2)“固体(或液体)＋液体eq \(――→,\s\up7(△))气体”装置的创新
图A的改进优点是能控制反应液的温度。
图B的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利滴下。
(3)“固体＋液体―→气体”装置的创新
4．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、还原性等。
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先除易除去的杂质气体。
(2)气体干燥、净化装置
例如，当CO2中混有O2杂质时，应选用上述装置中的装置Ⅳ除O2，除杂试剂是Cu粉。
5．气体的收集方法
6.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。
7．尾气处理的原因、方法及装置
(1)原因：有些气体有毒或可燃，任其扩散到空气中，会污染空气或引发火灾、爆炸等灾害。
(2)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)装置(详见第1章课题1学习任务3)
[专题精练]
气体的制备与性质探究
科学探究与创新意识
1．(2020·惠州高三模拟)下列制备和收集气体的实验装置合理的是( )
解析：选D。A中被加热试管的管口应略向下倾斜，且收集气体的试管口应放一团棉花；B中NO很容易被空气中的氧气氧化，得不到NO；C中氢气的密度比空气小，应用向下排空气法，所以集气瓶中的进气导管应比出气导管短。
2．用如图所示装置进行实验，下列实验现象描述错误的是[提示：硅酸(H2SiO3)为弱酸，是一种不溶于水的白色固体]( )
解析：选B。A项，稀盐酸和碳酸钙反应生成CO2，CO2与硅酸钠溶液反应生成硅酸白色沉淀，正确；B项，浓硫酸与亚硫酸钠反应生成SO2，但SO2与BaCl2溶液不反应，错误；C项，过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成氧气，氧气把碘化钾氧化为单质碘，淀粉遇碘显蓝色，正确；D项，浓盐酸与高锰酸钾混合生成氯气，氯气把硫化钠氧化为单质S，产生黄色沉淀，正确。
3．(2020·沈阳高三检测)用如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是( )
解析：选A。A项，装置②中出现气体，说明硫酸的酸性强于碳酸，装置③中出现白色沉淀，说明碳酸的酸性强于硅酸，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强，即非金属性：S>C>Si，正确；B项，MnO2和浓盐酸反应需要加热，此装置中没有加热装置，无法制得Cl2，错误；C项，向装置②中加入盐酸，出现能使澄清石灰水变浑浊的气体，不能说明溶液X中含有COeq \\al(2－,3)，也可能含有HCOeq \\al(－,3)或SOeq \\al(2－,3)或HSOeq \\al(－,3)，错误；D项，氯水具有强氧化性，能把SOeq \\al(2－,3)氧化成SOeq \\al(2－,4)，不能达到实验目的，错误。
与气体制备有关的仪器连接问题
科学探究与创新意识
4．(双选)硫酰氯(SO2Cl2)是重要的化学试剂，其熔点为－54.1 ℃，沸点为69.1 ℃，遇冷水逐渐分解，其制备原理为SO2(g)＋Cl2(g)===SO2Cl2(l) ΔH＝－97.3 kJ·ml－1，现用如图所示装置(夹持仪器已略去)进行实验。
下列说法正确的是( )
A．A的作用是冷凝回流，冷凝水应从a口进b口出
B．乙和丙中分别盛装饱和食盐水和浓硫酸
C．活性炭可加快反应速率
D．B中最好盛装碱石灰，其作用只是为了除去多余的SO2和Cl2
解析：选AC。由于该反应放热会使SO2Cl2挥发损失，所以冷凝管的作用为冷凝回流，冷凝水应从a口进b口出，A项正确；由于SO2Cl2遇冷水逐渐分解，所以制得的氯气应先用饱和食盐水除去挥发出来的HCl气体，再用浓硫酸除去水蒸气，B项错误；从反应原理来看，活性炭不参与反应，而活性炭的特点是表面积大，具有吸附作用，所以其可增大两种反应物的接触面积，使反应速率加快，C项正确；B中盛装碱石灰，既要防止多余的SO2和Cl2逸出污染环境，也要防止空气中的水蒸气进入装置使SO2Cl2水解，D项错误。
5．亚硝酸钠(NaNO2)是一种工业盐，在生产、生活中应用广泛。现用如图所示装置(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物的成分。
已知：①NO＋NO2＋2OH－===2NOeq \\al(－,2)＋H2O；
②气体液化的温度：NO2(21 ℃)，NO(－152 ℃)。
(1)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，目的是_______________________。
(2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(从左向右连接)：A→_____；组装好仪器后，接下来进行的操作是__________________________________。
解析：(1)反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排尽装置中的空气，防止干扰NO的检验。(2)为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序(从左向右连接)：A是发生装置，C是干燥装置。因为NO2更易液化，先分离NO2，所以接E冷却二氧化氮，NO2分离后再检验NO，再接D通氧气，观察到气体从无色变成红棕色，说明是NO，B是尾气处理装置，吸收反应后剩余的NO和NO2的混合气体，防止污染空气。则装置的连接顺序为A→C→E→D→B；有气体参与或生成的实验必须检查装置的气密性，故组装好仪器后，接下来进行的操作是检查装置的气密性。
答案：(1)排尽装置中的空气，防止干扰NO的检验
(2)C→E→D→B 检查装置的气密性类型
液态干燥剂
固态干燥剂
固体，加热
装置

常见试剂
浓H2SO4
(酸性、强氧化性)
无水氯化钙(中性)、
碱石灰(碱性)
Cu、CuO、Mg等
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且不与水反应
O2、H2、NO、
CO等
排空
气法
向上排空气法
密度大于空气且不与空气中的成分反应
Cl2、SO2、
NO2、CO2
向下排空气法
密度小于空气且不与空气中的成分反应
H2、NH3
选项
试剂甲
试剂乙
试剂丙
丙中的现象
A
稀盐酸
CaCO3
Na2SiO3溶液
有白色沉淀生成
B
浓硫酸
Na2SO3
BaCl2溶液
有白色沉淀生成
C
过氧化氢
MnO2
酸性KI­淀粉溶液
溶液变为蓝色
D
浓盐酸
KMnO4
Na2S溶液
有黄色沉淀生成
选项
实验目的
试剂a
试剂b
试剂c
装置
A
验证非金属性：S>C>Si
稀硫酸
Na2CO3
Na2SiO3溶液
B
制备纯净的氯气
浓盐酸
MnO2
饱和食盐水
C
检验溶液X中含有COeq \\al(2－,3)
盐酸
溶液X
澄清石灰水
D
除去Na2SO3中的Na2SO4
氯水
混合物
NaOH溶液