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鲁科版高考化学一轮复习第4章第23讲常见气体制备方法及装置的研究课时学案
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这是一份鲁科版高考化学一轮复习第4章第23讲常见气体制备方法及装置的研究课时学案，共20页。
常见气体的制备、净化、收集和尾气处理
1．气体制备实验的基本思路
2．常见气体的发生装置
“固＋液eq \(――→,\s\up7(△))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2
3．常见气体的净化(包含气体的干燥)
(1)除杂(净化)试剂选择：被净化气体和除杂试剂不发生溶解、氧化、还原或其他反应。即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
酸性干燥剂(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等酸性气体；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：收集难溶于水且不与水反应的气体，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大且相差较大又不与空气中成分反应的气体，如Cl2、CO2、NO2等。
(4)向下排空气法：收集气体密度比空气小且不与空气中成分反应的气体，如CH4、H2、NH3等。
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处理。
(3)尾气处理装置(Cl2尾气—b，CO、H2尾气—ac)
尾气吸收防倒吸装置
1．下列实验方案最合理的是( )
A．制备并收集Cl2 B．制备氨气
C．制备并收集NO2气体 D．制备氧气
[答案] B
2．下列气体发生装置，当加入适当的块状固体和液体时不具有随开随关功能的是( )
A B C D
[答案] D
3．水合肼(N2H4·H2O)是重要的氢能源稳定剂，其制备的反应原理为NaClO＋2NH3===N2H4·H2O＋NaCl。下列装置和操作不能达到实验目的的是( )
A．在装置甲的圆底烧瓶中加入碱石灰制取NH3
B．用装置乙作为反应过程的安全瓶
C．制备水合肼时从装置丙的b口通入NH3
D．用装置丁吸收反应中过量的NH3
C [浓氨水遇碱放出氨气，在装置甲的圆底烧瓶中加入碱石灰可以制取NH3，故A正确；氨气极易溶于水，为防止倒吸，用装置乙作为反应过程的安全瓶，故B正确；氨气密度比空气小，为有利于氨气和NaClO溶液反应，制备水合肼时应从装置丙的a口通入NH3，故C错误；氨气会污染环境，用装置丁可以吸收反应中过量的NH3，并能防止倒吸，故D正确。]
4．下列实验装置或操作正确的是( )
A．干燥NH3 B．检查装置气密性
C．测定化学反应速率 D．制备乙炔
B [氨气会和硫酸反应，所以不能用浓硫酸干燥氨气，A项错误；关闭弹簧夹，捂热烧瓶，若玻璃管中液面上升，则说明气密性良好，B项正确；使用长颈漏斗会导致生成的气体逸出，使测定结果偏小，C项错误；由于电石和饱和食盐水制备乙炔的反应剧烈，放出大量的热，不易控制等原因，不能使用启普发生器制备乙炔，D项错误。]
5．(2022·广州模拟)实验室制取SO2时，下列装置能达到实验目的的是( )
A．生成SO2 B．干燥SO2
C．收集SO2 D．吸收SO2
D [铜片与浓硫酸反应制备SO2需要加热，装置中缺少加热装置，A不符合题意；碱石灰为碱性干燥剂，会与SO2反应，不能用于干燥SO2，B不符合题意；SO2的密度比空气大，应使用向上排空气法收集，即从长导管进气，短导管出气，C不符合题意；SO2是酸性气体，可使用NaOH溶液吸收，用倒置的漏斗防止倒吸，D符合题意。]
气体制备、性质探究综合实验的仪器连接
1．“仪器连接顺序”正确思维流程
2．接口连接三个细节
(1)净化装置应“长”进“短”出，如图1。
(2)量气装置应“短”进“长”出，如图2。
(3)干燥管应“粗”进“细”出，如图3。
图1 图2 图3
3．防堵塞安全装置
实验室制取次磷酸钠。将黄磷(P4)和过量烧碱溶液混合加热，生成NaH2PO2和PH3，PH3与NaClO溶液反应也可生成次磷酸钠。
(1)利用以下装置制取次磷酸钠，正确的连接顺序是________(用小写字母表示)。
A B
C D
(2)装置C的作用为___________________，装置D的作用为__________________。
(3)装置B中发生反应的化学方程式为______________________。
[思路点拨] ①明确实验原理与目的eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(P4＋NaOH―→NaH2PO2＋PH3,PH3＋NaClO―→NaH2PO2))
②明确各装置的可能作用
A．利用PH3与NaClO制NaH2PO2
B．利用P4与NaOH反应制PH3和NaH2PO2
C．防止倒吸或收集瓶
D．吸收尾气且防止倒吸
[答案] (1)cdeabf (2)防止倒吸，作安全瓶 吸收PH3且防止倒吸
(3)P4＋3NaOH＋3H2Oeq \(=====,\s\up7(△))3NaH2PO2＋PH3↑
根据实验原理和目的，进行仪器连接
1．学习小组根据下述各装置制备NaN3。
查阅资料：
Ⅰ.氨基钠(NaNH2)熔点为208 ℃，易潮解和氧化；N2O有强氧化性，不与酸、碱反应；叠氮酸(HN3)不稳定，易分解爆炸。
Ⅱ.2HNO3＋8HCl＋4SnCl2===4SnCl4＋5H2O＋N2O↑，2NaNH2＋N2Oeq \(=====,\s\up7(△))NaN3＋NaOH＋NH3。
回答下列问题：
(1)按气流方向，上述装置合理的连接顺序为______(填仪器接口字母)。
(2)实验时E中生成SnO2·xH2O沉淀，反应的化学方程式为_________________________________________________________________。
(3)C处充分反应后，停止加热，需继续进行的操作为________，其目的为_________________________________________________________________。
[解析] (1)由实验目的和原理知，A用于制备N2O，D用于吸收N2O中混有的HNO3和水蒸气，C用于制备NaN3，B用于防止E中水蒸气进入C中干扰实验，E用于尾气处理。则按气流方向，上述装置合理的连接顺序为afg(或gf)debch。
[答案] (1)afg(或gf)debch (2)SnCl2＋N2O＋(x＋1)H2O===SnO2·xH2O↓＋N2＋2HCl (3)继续通入N2O至三颈瓶冷却后，关闭分液漏斗活塞 防止E中液体倒吸入B中
对实验综合连接装置的分析与评价
2．AlCl3是有机反应的重要催化剂。用下列装置制备AlCl3。
已知：实验室在常温下用KMnO4和浓盐酸反应制备Cl2。AlCl3易潮解，升华温度为178 ℃。
(1)图中明显错误的有________(填字母标号)，修改后，进行实验。
a．1处 B．2处
c．3处 D．4处
(2)装置A中发生反应的离子方程式为_________________________。
(3)装置B的作用是________________________________。
若装置F中没有气体逸出，可能生成________种盐(填数字)。
[解析] (1)氯化铝易凝华，导出氯化铝的导管太细，易堵塞导管；氯化铝易潮解，装置F中饱和纯碱溶液中水易挥发进入装置E，使产品变质，共2处错误。(2)高锰酸钾与浓盐酸反应生成氯化钾、二氯化锰、氯气和水。(3)饱和食盐水用于除去氯气中少量氯化氢，否则氯化氢与铝反应生成氢气，氢气与氯气混合受热易发生事故。没有气体逸出，说明氯气与碳酸钠溶液反应，没有二氧化碳产生，即发生反应为2Na2CO3＋Cl2＋H2O===NaCl＋2NaHCO3＋NaClO，生成3种盐。
[答案] (1)b (2)2MnOeq \\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O (3)除去Cl2中的HCl 3
1．(2022·北京等级考，T10)利用如图所示装置(夹持装置略)进行实验，b中现象不能证明a中产物生成的是( )
A [浓硝酸具有挥发性，挥发出的硝酸也能与碘化钾溶液反应生成遇淀粉溶液变蓝色的碘，则淀粉碘化钾溶液变蓝色不能说明浓硝酸分解生成二氧化氮，故A符合题意。]
2．(2021·全国乙卷，T8)在实验室采用如图装置制备气体，合理的是( )
C [氨气的密度小于空气，收集氨气需要用向下排空气法收集，A不合理；由题给装置图可知，该实验装置可用于固固加热型反应，而浓盐酸是液体，所以不能用该装置制备Cl2，B不合理；KClO3受热分解制备氧气属于固固加热型，且氧气密度大于空气，可用向上排空气法收集，C合理；浓硫酸是液体，所以不能用该装置制备HCl，D不合理。]
3．(2021·浙江7月选考)用下图所示装置进行实验，证明过氧化钠(Na2O2)可在呼吸面具和潜水艇中做供氧剂。
请回答：
(1)装置A中盛放稀盐酸的仪器名称是________。
(2)装置B的作用是__________________________________。
(3)装置C中过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式是________________________________________________________________。
(4)装置D中盛放的试剂是__________________________________。
(5)当装置内气流平稳后开始用试管收集气体，该气体能__________________，
证明过氧化钠可做供氧剂。
[答案] (1)分液漏斗或滴液漏斗 (2)除去CO2中的HCl (3)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2 (4)NaOH溶液 (5)使带火星的木条复燃
已知：①ClO2是一种易溶于水而难溶于有机溶剂的黄绿色气体，沸点为10.0 ℃，氧化性比氯气强；
②ClO2极易爆炸分解，若用空气、二氧化碳、氮气等气体稀释时，爆炸性降低；
③在干燥空气稀释条件下，可用干燥的氯气与亚氯酸钠(NaClO2)固体反应制备二氧化氯。
某化学课题小组在实验室用以下装置制备和收集ClO2。
(1)制备和收集ClO2时导管口的连接顺序为________________________。
(2)装置A中导管k的作用为________________________。
(3)装置B中盛装NaClO2固体的仪器名称为________；装置B中反应的化学方程式为_____________________________。
(4)通入干燥空气的作用是__________________________。
[解析] (1)由实验装置图可知，装置A中二氧化锰和浓盐酸共热制备氯气，氯气中混有挥发出的氯化氢气体，装置D中盛有的饱和食盐水能除去氯气中混有的氯化氢，装置C中盛有浓硫酸可用于干燥氯气，装置B中氯气与亚氯酸钠固体反应制备二氧化氯，装置E中碱石灰用于吸收尾气，防止污染环境，故导管口的连接顺序为a→d→e→c→b→m→n(或n→m)→g。
(2)装置A用于制取Cl2，为了防止因反应过于剧烈、烧瓶内压强增大使液体无法滴下，用导管k将分液漏斗与烧瓶连通，平衡体系的压强，确保浓盐酸能顺利滴下。
[答案] (1)a→d→e→c→b→m→n(或n→m)→g (2)平衡气压，使液体顺利滴下 (3)三颈烧瓶(三口烧瓶) Cl2＋2NaClO2===2ClO2＋2NaCl
(4)降低二氧化氯的浓度，减少其爆炸的可能性
课时分层作业(二十三) 常见气体制备方法及装置的研究
一、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)
1．ClO2(熔点：－59.0 ℃，沸点：10.0 ℃)具有强氧化性，其在空气中的质量分数超过7%就有爆炸危险。实验室模拟ClO2的工业制法，将经干燥、稀释的氯气通入装有固体亚氯酸钠(NaClO2)的U形管内制备ClO2，用稳定剂EDTA吸收ClO2，实验装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．通入空气可以减少安全隐患
B．B中盛放Na2CO3溶液，导管G用于平衡气压
C．可以通过C装置观察气泡产生速率，以便控制气体流速
D．U形管内制备ClO2的化学方程式为2NaClO2＋Cl2===2NaCl＋2ClO2
B [氯气在溶液中存在平衡Cl2＋H2OHCl＋HClO，Na2CO3溶液能与HCl反应，平衡不断右移，会造成氯气的损失，B中应盛放饱和食盐水，为了防止B装置中压强过大，导管G连通大气平衡气体压强，B项错误。]
2．(2022·合肥模拟)某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N2(同时生成FeO)。下列说法不正确的是( )
已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能吸收NO2，不吸收NO。
A．装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d
B．装置E中发生反应的化学方程式为2NO＋2Feeq \(=====,\s\up7(△))2FeO＋N2
C．装置F的作用是吸收挥发出来的硝酸和产生的NO2
D．装置B的作用是干燥，防止水蒸气进入E中干扰反应
CD [F中的P2O5的作用是干燥NO，C错误；B的作用是氧化吸收NO，D错误。]
3．实验室通过如图所示装置制备Na2S2O3，反应原理：2Na2S＋Na2CO3＋4SO2===3Na2S2O3＋CO2。下列有关说法错误的是( )
A．导管a的作用是有利于硫酸滴入
B．装置A中的反应体现硫酸的氧化性
C．装置B、D作用完全相同
D．装置C中先有淡黄色浑浊产生，后又变澄清，说明过程中有硫单质生成
BC [装置A中反应体现硫酸的酸性，B错误；装置B的作用调速和恒压，而D作用是作安全瓶，防止倒吸，C错误。]
4．实验室用如图装置通过NO与Cl2反应制备亚硝酰氯(NOCl)。已知亚硝酰氯：沸点－5.5 ℃，遇水生成一种氢化物和两种氧化物。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是( )
A．装置X的突出优点是随开随用，随关随停且排除了空气干扰
B．实验时应先关闭K3，打开K1和K2，一段时间后再打开K3
C．1 ml亚硝酰氯遇水完全反应转移电子数目为NA
D．试剂a可以是碱石灰，作用是干燥、除杂
BC [选项A，反应时关闭K1，装置X中生成的NO使压强增大，稀硝酸与铜丝分离，反应停止，打开K1反应继续进行，且装置X制取的NO被液封不和空气接触，正确；选项B，实验开始时应先排除装置中空气，但不应该用NO，因为NO会与O2反应生成NO2，干扰实验，错误；选项C，由题意可得2NOCl＋H2O===2HCl＋NO＋NO2，分析反应方程式可知1 ml亚硝酰氯参与反应转移电子数目为0.5NA，错误；选项D，碱石灰不与NO反应，由于亚硝酰氯易水解，因此需要除去水蒸气防止其水解，正确。]
二、非选择题
5．磺酰氯(SO2Cl2)可用于制造锂电池正极活性物质。实验室可利用SO2和Cl2在活性炭催化下反应制取少量SO2Cl2，装置如图(部分夹持装置已省略)。
已知：①SO2(g)＋Cl2(g)===SO2Cl2(l) ΔH＝－97.3 kJ·ml－1
②SO2Cl2熔点为－54.1 ℃，沸点为69.1 ℃，常温下较稳定，遇水剧烈水解，100 ℃以上易分解
(1)仪器A的名称是_______，装置丙中橡胶管的作用是__________________。
(2)装置丙中发生反应的离子方程式为___________________________，
上述仪器正确的连接顺序是e→________→g，h←________←f(填仪器接口字母编号，仪器可重复使用)。
(3)仪器F的作用是__________________________________。
(4)装置丁中三颈烧瓶置于冷水浴中，其原因是_________________。
(5)某实验小组利用该装置消耗了氯气1 120 mL(已转化为标准状况，SO2足量)，最后得到纯净的磺酰氯4.0 g，则磺酰氯的产率为________(结果保留三位有效数字)。
[解析] (5)n(Cl2)＝0.05 ml，n(SO2Cl2)＝0.05 ml，所以产率为eq \f(4.0 g,0.05 ml×135 g·ml－1)×100%＝59.3%。
[答案] (1)蒸馏烧瓶 平衡气压，使液体顺利滴下 (2)2MnOeq \\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O c→d→a→b b←a (3)吸收SO2、Cl2，防止污染空气；同时防止水蒸气进入使磺酰氯水解 (4)制备SO2Cl2的反应为放热反应，SO2Cl2沸点低，温度过高易汽化且易分解 (5)59.3%
6．1,2-二氯乙烷是一种用途广泛的工业原材料，也是一种重要的有机溶剂。某实验小组设计实验合成1,2-二氯乙烷，并测量其纯度，装置如图所示。
原理：C2H5OHeq \(――→,\s\up10(P2O5),\s\d8(150 ℃))CH2===CH2↑＋H2O；Cl2＋CH2===CH2―→CH2ClCH2Cl
回答下列问题：
(1)装置A中用KMnO4与浓盐酸反应也可以制取氯气，则等物质的量的KMnO4和KClO3理论上产生的氯气质量之比为________。
(2)该实验设计若去掉B装置可能带来的后果是____________________________。
(3)装置D中多孔球泡的作用除了增大气体与液体的接触面积外还可以______________________________________________________________。
(4)F装置的作用是______________________________。
(5)G装置还缺少一个关键仪器，该仪器为_________________________。
(6)P2O5在反应中的作用是___________________________________。
[解析] (1)装置A中KMnO4和浓盐酸反应制取氯气的离子方程式为2MnOeq \\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O，氯酸钾和浓盐酸反应制取氯气的离子方程式为ClOeq \\al(－,3)＋6H＋＋5Cl－===3Cl2↑＋3H2O，故等物质的量的KMnO4和KClO3理论上产生的氯气质量之比为5∶6。(2)浓盐酸具有挥发性，生成的氯气中混有氯化氢气体，氯化氢可以与乙烯发生加成反应生成一氯乙烷，造成产品纯度降低。(3)Cl2与乙烯理论上按物质的量之比为1∶1反应，通过观察多孔球泡产生的气泡速度控制气体流速，节约药品。
[答案] (1)5∶6 (2)HCl与乙烯反应生成一氯乙烷，导致产品纯度降低 (3)通过观察气泡控制气体流速 (4)除去乙烯中的乙醇杂质 (5)温度计 (6)催化剂、脱水剂
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、
C2H2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，且固体不溶于水；
③使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速
类型
液态
干燥剂
固态
干燥剂
固体、
加热
装置
(洗气瓶)
Ⅰ
(干燥管)
Ⅱ
(U形管)
Ⅲ
(硬质
玻璃管)
Ⅳ
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
处理气体
干燥Cl2、CO2、CH4等；不宜干燥NH3、H2S等还原性气体
干燥H2、O2、Cl2、CO2等，不能干燥NH3
干燥NH3、CH4、H2、O2等；不能干燥CO2、Cl2、HCl等
除杂O2或转化H2、CO等
a中反应
b中检测试剂及现象
A
浓HNO3分解生成NO2
淀粉-KI溶液变蓝
B
Cu与浓H2SO4生成SO2
品红溶液褪色
C
浓NaOH与NH4Cl溶液生成NH3
酚酞溶液变红
D
CH3CHBrCH3与NaOH乙醇溶液生成丙烯
溴水褪色
化学试剂
制备的气体
A
Ca(OH)2＋NH4Cl
NH3
B
MnO2＋HCl(浓)
Cl2
C
MnO2＋KClO3
O2
D
NaCl＋H2SO4(浓)
HCl
常见气体的制备、净化、收集和尾气处理
1．气体制备实验的基本思路
2．常见气体的发生装置
“固＋液eq \(――→,\s\up7(△))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2
3．常见气体的净化(包含气体的干燥)
(1)除杂(净化)试剂选择：被净化气体和除杂试剂不发生溶解、氧化、还原或其他反应。即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
酸性干燥剂(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等酸性气体；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：收集难溶于水且不与水反应的气体，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大且相差较大又不与空气中成分反应的气体，如Cl2、CO2、NO2等。
(4)向下排空气法：收集气体密度比空气小且不与空气中成分反应的气体，如CH4、H2、NH3等。
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处理。
(3)尾气处理装置(Cl2尾气—b，CO、H2尾气—ac)
尾气吸收防倒吸装置
1．下列实验方案最合理的是( )
A．制备并收集Cl2 B．制备氨气
C．制备并收集NO2气体 D．制备氧气
[答案] B
2．下列气体发生装置，当加入适当的块状固体和液体时不具有随开随关功能的是( )
A B C D
[答案] D
3．水合肼(N2H4·H2O)是重要的氢能源稳定剂，其制备的反应原理为NaClO＋2NH3===N2H4·H2O＋NaCl。下列装置和操作不能达到实验目的的是( )
A．在装置甲的圆底烧瓶中加入碱石灰制取NH3
B．用装置乙作为反应过程的安全瓶
C．制备水合肼时从装置丙的b口通入NH3
D．用装置丁吸收反应中过量的NH3
C [浓氨水遇碱放出氨气，在装置甲的圆底烧瓶中加入碱石灰可以制取NH3，故A正确；氨气极易溶于水，为防止倒吸，用装置乙作为反应过程的安全瓶，故B正确；氨气密度比空气小，为有利于氨气和NaClO溶液反应，制备水合肼时应从装置丙的a口通入NH3，故C错误；氨气会污染环境，用装置丁可以吸收反应中过量的NH3，并能防止倒吸，故D正确。]
4．下列实验装置或操作正确的是( )
A．干燥NH3 B．检查装置气密性
C．测定化学反应速率 D．制备乙炔
B [氨气会和硫酸反应，所以不能用浓硫酸干燥氨气，A项错误；关闭弹簧夹，捂热烧瓶，若玻璃管中液面上升，则说明气密性良好，B项正确；使用长颈漏斗会导致生成的气体逸出，使测定结果偏小，C项错误；由于电石和饱和食盐水制备乙炔的反应剧烈，放出大量的热，不易控制等原因，不能使用启普发生器制备乙炔，D项错误。]
5．(2022·广州模拟)实验室制取SO2时，下列装置能达到实验目的的是( )
A．生成SO2 B．干燥SO2
C．收集SO2 D．吸收SO2
D [铜片与浓硫酸反应制备SO2需要加热，装置中缺少加热装置，A不符合题意；碱石灰为碱性干燥剂，会与SO2反应，不能用于干燥SO2，B不符合题意；SO2的密度比空气大，应使用向上排空气法收集，即从长导管进气，短导管出气，C不符合题意；SO2是酸性气体，可使用NaOH溶液吸收，用倒置的漏斗防止倒吸，D符合题意。]
气体制备、性质探究综合实验的仪器连接
1．“仪器连接顺序”正确思维流程
2．接口连接三个细节
(1)净化装置应“长”进“短”出，如图1。
(2)量气装置应“短”进“长”出，如图2。
(3)干燥管应“粗”进“细”出，如图3。
图1 图2 图3
3．防堵塞安全装置
实验室制取次磷酸钠。将黄磷(P4)和过量烧碱溶液混合加热，生成NaH2PO2和PH3，PH3与NaClO溶液反应也可生成次磷酸钠。
(1)利用以下装置制取次磷酸钠，正确的连接顺序是________(用小写字母表示)。
A B
C D
(2)装置C的作用为___________________，装置D的作用为__________________。
(3)装置B中发生反应的化学方程式为______________________。
[思路点拨] ①明确实验原理与目的eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(P4＋NaOH―→NaH2PO2＋PH3,PH3＋NaClO―→NaH2PO2))
②明确各装置的可能作用
A．利用PH3与NaClO制NaH2PO2
B．利用P4与NaOH反应制PH3和NaH2PO2
C．防止倒吸或收集瓶
D．吸收尾气且防止倒吸
[答案] (1)cdeabf (2)防止倒吸，作安全瓶 吸收PH3且防止倒吸
(3)P4＋3NaOH＋3H2Oeq \(=====,\s\up7(△))3NaH2PO2＋PH3↑
根据实验原理和目的，进行仪器连接
1．学习小组根据下述各装置制备NaN3。
查阅资料：
Ⅰ.氨基钠(NaNH2)熔点为208 ℃，易潮解和氧化；N2O有强氧化性，不与酸、碱反应；叠氮酸(HN3)不稳定，易分解爆炸。
Ⅱ.2HNO3＋8HCl＋4SnCl2===4SnCl4＋5H2O＋N2O↑，2NaNH2＋N2Oeq \(=====,\s\up7(△))NaN3＋NaOH＋NH3。
回答下列问题：
(1)按气流方向，上述装置合理的连接顺序为______(填仪器接口字母)。
(2)实验时E中生成SnO2·xH2O沉淀，反应的化学方程式为_________________________________________________________________。
(3)C处充分反应后，停止加热，需继续进行的操作为________，其目的为_________________________________________________________________。
[解析] (1)由实验目的和原理知，A用于制备N2O，D用于吸收N2O中混有的HNO3和水蒸气，C用于制备NaN3，B用于防止E中水蒸气进入C中干扰实验，E用于尾气处理。则按气流方向，上述装置合理的连接顺序为afg(或gf)debch。
[答案] (1)afg(或gf)debch (2)SnCl2＋N2O＋(x＋1)H2O===SnO2·xH2O↓＋N2＋2HCl (3)继续通入N2O至三颈瓶冷却后，关闭分液漏斗活塞 防止E中液体倒吸入B中
对实验综合连接装置的分析与评价
2．AlCl3是有机反应的重要催化剂。用下列装置制备AlCl3。
已知：实验室在常温下用KMnO4和浓盐酸反应制备Cl2。AlCl3易潮解，升华温度为178 ℃。
(1)图中明显错误的有________(填字母标号)，修改后，进行实验。
a．1处 B．2处
c．3处 D．4处
(2)装置A中发生反应的离子方程式为_________________________。
(3)装置B的作用是________________________________。
若装置F中没有气体逸出，可能生成________种盐(填数字)。
[解析] (1)氯化铝易凝华，导出氯化铝的导管太细，易堵塞导管；氯化铝易潮解，装置F中饱和纯碱溶液中水易挥发进入装置E，使产品变质，共2处错误。(2)高锰酸钾与浓盐酸反应生成氯化钾、二氯化锰、氯气和水。(3)饱和食盐水用于除去氯气中少量氯化氢，否则氯化氢与铝反应生成氢气，氢气与氯气混合受热易发生事故。没有气体逸出，说明氯气与碳酸钠溶液反应，没有二氧化碳产生，即发生反应为2Na2CO3＋Cl2＋H2O===NaCl＋2NaHCO3＋NaClO，生成3种盐。
[答案] (1)b (2)2MnOeq \\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O (3)除去Cl2中的HCl 3
1．(2022·北京等级考，T10)利用如图所示装置(夹持装置略)进行实验，b中现象不能证明a中产物生成的是( )
A [浓硝酸具有挥发性，挥发出的硝酸也能与碘化钾溶液反应生成遇淀粉溶液变蓝色的碘，则淀粉碘化钾溶液变蓝色不能说明浓硝酸分解生成二氧化氮，故A符合题意。]
2．(2021·全国乙卷，T8)在实验室采用如图装置制备气体，合理的是( )
C [氨气的密度小于空气，收集氨气需要用向下排空气法收集，A不合理；由题给装置图可知，该实验装置可用于固固加热型反应，而浓盐酸是液体，所以不能用该装置制备Cl2，B不合理；KClO3受热分解制备氧气属于固固加热型，且氧气密度大于空气，可用向上排空气法收集，C合理；浓硫酸是液体，所以不能用该装置制备HCl，D不合理。]
3．(2021·浙江7月选考)用下图所示装置进行实验，证明过氧化钠(Na2O2)可在呼吸面具和潜水艇中做供氧剂。
请回答：
(1)装置A中盛放稀盐酸的仪器名称是________。
(2)装置B的作用是__________________________________。
(3)装置C中过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式是________________________________________________________________。
(4)装置D中盛放的试剂是__________________________________。
(5)当装置内气流平稳后开始用试管收集气体，该气体能__________________，
证明过氧化钠可做供氧剂。
[答案] (1)分液漏斗或滴液漏斗 (2)除去CO2中的HCl (3)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2 (4)NaOH溶液 (5)使带火星的木条复燃
已知：①ClO2是一种易溶于水而难溶于有机溶剂的黄绿色气体，沸点为10.0 ℃，氧化性比氯气强；
②ClO2极易爆炸分解，若用空气、二氧化碳、氮气等气体稀释时，爆炸性降低；
③在干燥空气稀释条件下，可用干燥的氯气与亚氯酸钠(NaClO2)固体反应制备二氧化氯。
某化学课题小组在实验室用以下装置制备和收集ClO2。
(1)制备和收集ClO2时导管口的连接顺序为________________________。
(2)装置A中导管k的作用为________________________。
(3)装置B中盛装NaClO2固体的仪器名称为________；装置B中反应的化学方程式为_____________________________。
(4)通入干燥空气的作用是__________________________。
[解析] (1)由实验装置图可知，装置A中二氧化锰和浓盐酸共热制备氯气，氯气中混有挥发出的氯化氢气体，装置D中盛有的饱和食盐水能除去氯气中混有的氯化氢，装置C中盛有浓硫酸可用于干燥氯气，装置B中氯气与亚氯酸钠固体反应制备二氧化氯，装置E中碱石灰用于吸收尾气，防止污染环境，故导管口的连接顺序为a→d→e→c→b→m→n(或n→m)→g。
(2)装置A用于制取Cl2，为了防止因反应过于剧烈、烧瓶内压强增大使液体无法滴下，用导管k将分液漏斗与烧瓶连通，平衡体系的压强，确保浓盐酸能顺利滴下。
[答案] (1)a→d→e→c→b→m→n(或n→m)→g (2)平衡气压，使液体顺利滴下 (3)三颈烧瓶(三口烧瓶) Cl2＋2NaClO2===2ClO2＋2NaCl
(4)降低二氧化氯的浓度，减少其爆炸的可能性
课时分层作业(二十三) 常见气体制备方法及装置的研究
一、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)
1．ClO2(熔点：－59.0 ℃，沸点：10.0 ℃)具有强氧化性，其在空气中的质量分数超过7%就有爆炸危险。实验室模拟ClO2的工业制法，将经干燥、稀释的氯气通入装有固体亚氯酸钠(NaClO2)的U形管内制备ClO2，用稳定剂EDTA吸收ClO2，实验装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．通入空气可以减少安全隐患
B．B中盛放Na2CO3溶液，导管G用于平衡气压
C．可以通过C装置观察气泡产生速率，以便控制气体流速
D．U形管内制备ClO2的化学方程式为2NaClO2＋Cl2===2NaCl＋2ClO2
B [氯气在溶液中存在平衡Cl2＋H2OHCl＋HClO，Na2CO3溶液能与HCl反应，平衡不断右移，会造成氯气的损失，B中应盛放饱和食盐水，为了防止B装置中压强过大，导管G连通大气平衡气体压强，B项错误。]
2．(2022·合肥模拟)某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N2(同时生成FeO)。下列说法不正确的是( )
已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能吸收NO2，不吸收NO。
A．装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d
B．装置E中发生反应的化学方程式为2NO＋2Feeq \(=====,\s\up7(△))2FeO＋N2
C．装置F的作用是吸收挥发出来的硝酸和产生的NO2
D．装置B的作用是干燥，防止水蒸气进入E中干扰反应
CD [F中的P2O5的作用是干燥NO，C错误；B的作用是氧化吸收NO，D错误。]
3．实验室通过如图所示装置制备Na2S2O3，反应原理：2Na2S＋Na2CO3＋4SO2===3Na2S2O3＋CO2。下列有关说法错误的是( )
A．导管a的作用是有利于硫酸滴入
B．装置A中的反应体现硫酸的氧化性
C．装置B、D作用完全相同
D．装置C中先有淡黄色浑浊产生，后又变澄清，说明过程中有硫单质生成
BC [装置A中反应体现硫酸的酸性，B错误；装置B的作用调速和恒压，而D作用是作安全瓶，防止倒吸，C错误。]
4．实验室用如图装置通过NO与Cl2反应制备亚硝酰氯(NOCl)。已知亚硝酰氯：沸点－5.5 ℃，遇水生成一种氢化物和两种氧化物。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是( )
A．装置X的突出优点是随开随用，随关随停且排除了空气干扰
B．实验时应先关闭K3，打开K1和K2，一段时间后再打开K3
C．1 ml亚硝酰氯遇水完全反应转移电子数目为NA
D．试剂a可以是碱石灰，作用是干燥、除杂
BC [选项A，反应时关闭K1，装置X中生成的NO使压强增大，稀硝酸与铜丝分离，反应停止，打开K1反应继续进行，且装置X制取的NO被液封不和空气接触，正确；选项B，实验开始时应先排除装置中空气，但不应该用NO，因为NO会与O2反应生成NO2，干扰实验，错误；选项C，由题意可得2NOCl＋H2O===2HCl＋NO＋NO2，分析反应方程式可知1 ml亚硝酰氯参与反应转移电子数目为0.5NA，错误；选项D，碱石灰不与NO反应，由于亚硝酰氯易水解，因此需要除去水蒸气防止其水解，正确。]
二、非选择题
5．磺酰氯(SO2Cl2)可用于制造锂电池正极活性物质。实验室可利用SO2和Cl2在活性炭催化下反应制取少量SO2Cl2，装置如图(部分夹持装置已省略)。
已知：①SO2(g)＋Cl2(g)===SO2Cl2(l) ΔH＝－97.3 kJ·ml－1
②SO2Cl2熔点为－54.1 ℃，沸点为69.1 ℃，常温下较稳定，遇水剧烈水解，100 ℃以上易分解
(1)仪器A的名称是_______，装置丙中橡胶管的作用是__________________。
(2)装置丙中发生反应的离子方程式为___________________________，
上述仪器正确的连接顺序是e→________→g，h←________←f(填仪器接口字母编号，仪器可重复使用)。
(3)仪器F的作用是__________________________________。
(4)装置丁中三颈烧瓶置于冷水浴中，其原因是_________________。
(5)某实验小组利用该装置消耗了氯气1 120 mL(已转化为标准状况，SO2足量)，最后得到纯净的磺酰氯4.0 g，则磺酰氯的产率为________(结果保留三位有效数字)。
[解析] (5)n(Cl2)＝0.05 ml，n(SO2Cl2)＝0.05 ml，所以产率为eq \f(4.0 g,0.05 ml×135 g·ml－1)×100%＝59.3%。
[答案] (1)蒸馏烧瓶 平衡气压，使液体顺利滴下 (2)2MnOeq \\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O c→d→a→b b←a (3)吸收SO2、Cl2，防止污染空气；同时防止水蒸气进入使磺酰氯水解 (4)制备SO2Cl2的反应为放热反应，SO2Cl2沸点低，温度过高易汽化且易分解 (5)59.3%
6．1,2-二氯乙烷是一种用途广泛的工业原材料，也是一种重要的有机溶剂。某实验小组设计实验合成1,2-二氯乙烷，并测量其纯度，装置如图所示。
原理：C2H5OHeq \(――→,\s\up10(P2O5),\s\d8(150 ℃))CH2===CH2↑＋H2O；Cl2＋CH2===CH2―→CH2ClCH2Cl
回答下列问题：
(1)装置A中用KMnO4与浓盐酸反应也可以制取氯气，则等物质的量的KMnO4和KClO3理论上产生的氯气质量之比为________。
(2)该实验设计若去掉B装置可能带来的后果是____________________________。
(3)装置D中多孔球泡的作用除了增大气体与液体的接触面积外还可以______________________________________________________________。
(4)F装置的作用是______________________________。
(5)G装置还缺少一个关键仪器，该仪器为_________________________。
(6)P2O5在反应中的作用是___________________________________。
[解析] (1)装置A中KMnO4和浓盐酸反应制取氯气的离子方程式为2MnOeq \\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O，氯酸钾和浓盐酸反应制取氯气的离子方程式为ClOeq \\al(－,3)＋6H＋＋5Cl－===3Cl2↑＋3H2O，故等物质的量的KMnO4和KClO3理论上产生的氯气质量之比为5∶6。(2)浓盐酸具有挥发性，生成的氯气中混有氯化氢气体，氯化氢可以与乙烯发生加成反应生成一氯乙烷，造成产品纯度降低。(3)Cl2与乙烯理论上按物质的量之比为1∶1反应，通过观察多孔球泡产生的气泡速度控制气体流速，节约药品。
[答案] (1)5∶6 (2)HCl与乙烯反应生成一氯乙烷，导致产品纯度降低 (3)通过观察气泡控制气体流速 (4)除去乙烯中的乙醇杂质 (5)温度计 (6)催化剂、脱水剂
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、
C2H2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，且固体不溶于水；
③使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速
类型
液态
干燥剂
固态
干燥剂
固体、
加热
装置
(洗气瓶)
Ⅰ
(干燥管)
Ⅱ
(U形管)
Ⅲ
(硬质
玻璃管)
Ⅳ
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
处理气体
干燥Cl2、CO2、CH4等；不宜干燥NH3、H2S等还原性气体
干燥H2、O2、Cl2、CO2等，不能干燥NH3
干燥NH3、CH4、H2、O2等；不能干燥CO2、Cl2、HCl等
除杂O2或转化H2、CO等
a中反应
b中检测试剂及现象
A
浓HNO3分解生成NO2
淀粉-KI溶液变蓝
B
Cu与浓H2SO4生成SO2
品红溶液褪色
C
浓NaOH与NH4Cl溶液生成NH3
酚酞溶液变红
D
CH3CHBrCH3与NaOH乙醇溶液生成丙烯
溴水褪色
化学试剂
制备的气体
A
Ca(OH)2＋NH4Cl
NH3
B
MnO2＋HCl(浓)
Cl2
C
MnO2＋KClO3
O2
D
NaCl＋H2SO4(浓)
HCl
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