2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第四章第8课时　常见气体制备装置的研究

第8课时　常见气体制备装置的研究

[课型标签:实验课　提能课]

考点一　常见气体的制备、净化和收集

1.气体的发生“套装”和收集“套装”

[说明] 选择气体的发生装置时,应考虑反应物的状态及反应条件,有些气体可用不同的反应原理来制备,要注意选择不同的发生装置。如用KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2可选择B装置。

2.气体的净化“套装”与干燥“套装”

3.尾气的处理“套装”

通常有毒和有污染的尾气必须适当处理。常用仪器有:

(1)吸收溶解度较小的尾气(如Cl2等)用图A装置。

(2)吸收溶解度较大的尾气(如HCl、NH3等)用图B或C装置。

(3)CO等气体可用点燃或收集于塑料袋(气球)中的方法处理,如图D或E。

[典例] (2019·山西大学附中诊断)用如图装置制取表中的四种干燥、纯净的气体(图中铁架台、铁夹、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)其中正确的是(　　)

解析:用CaCO3和盐酸反应制取CO2,由于盐酸具有挥发性,所以CO2中含有HCl和H2O(g);先除HCl,再用浓硫酸干燥气体;但是不能用饱和Na2CO3溶液除CO2中的HCl,因为CO2与Na2CO3反应(Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3),c装置中应改成饱和NaHCO3溶液,故A错误。用MnO2和浓盐酸在加热的条件下制取Cl2,Cl2中含有HCl和H2O(g),先除HCl,再用浓硫酸干燥;但除Cl2中的HCl不能用NaOH溶液,因为Cl2也与NaOH反应,c装置中应改用饱和食盐水,故B错误。向消石灰中滴加饱和NH4Cl溶液,消石灰遇水放热,N与OH-反应放出NH3,c装置中不能装水,因为NH3极易溶于水且可能发生倒吸,故C错误。铜与稀硝酸反应产生NO,部分NO与装置中原有的空气反应生成NO2,气体进入c装置,水能将NO2转化为NO;d中的浓硫酸起干燥作用,故D正确。

答案:D

[对点精练1] 判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。

(1)(江苏卷)用图①制取氨气。(　　)

(2)(四川卷)按图②除去氯气中的HCl气体。(　　)

(3)(江苏卷)实验室用图③装置制取Cl2。(　　)

(4)(福建卷)用图④装置可除去尾气中的SO2气体。(　　)

(5)(江苏卷)用图⑤装置制取少量纯净的CO2气体。(　　)

答案:(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×

[对点精练2] 如图是实验室常用的气体制备、净化和收集装置。若依据反应H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O制取CO,则合理的装置组合为(　D　)

A.①⑤⑧ B.③⑤⑦

C.②⑤⑥ D.③④⑧

解析:由反应物的状态和反应条件可选③作为制取装置;除去CO2可选用④或⑤装置,要收集CO只能用⑧装置,故合理的装置组合为③④⑧或③⑤⑧。

[对点精练3] (2019·天津卷)下列实验操作或装置能达到目的的是(　B　)

解析:乙醇的密度小于浓硫酸,混合时应将浓硫酸沿烧杯壁倒入乙醇中,边倒边搅拌,故A错误;容量瓶上的刻度与凹液面的最低处相切,胶头滴管垂直位于容量瓶的正上方,故B正确;二氧化氮的密度大于空气,集气瓶中的导气管应长进短出,故C错误;乙炔中的H2S等杂质也能使溴水褪色,应先通过一个盛碱溶液的洗气瓶,将杂质除去,故D错误。

考点二　气体制备装置的创新

1.发生装置的创新

(1)利用“启普发生器”原理的制气装置创新

①装置的优点是:能做到随开随用,随关随停。

②使用范围:块状固体与液体反应生成气体,反应不需要加热,且生成的气体难溶于水。这些装置能制取的气体有H2(Zn—稀H2SO4),CO2(CaCO3—稀盐酸)、H2S(FeS—稀H2SO4)。

(2)“固(液)+液气体”装置的创新

图1的改进优点是能控制反应液的温度。

图2的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等,便于液体流下。

(3)“块状固体+液体气体”装置的创新

大试管内的小试管中盛有液体反应物,起液封的作用,防止气体从长颈漏斗中逸出,这样设计可节约试剂。

(4)试管形状的创新

改进的目的:用于加热易熔化的固体物质的分解,这样可有效地防止固体熔化时造成液体的流动,如草酸晶体受热分解制取CO2气体。

2.排液集气装置的创新

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。

[典例] 利用如图所示装置模拟工业NaClO3与Na2SO3在浓H2SO4存在下制备ClO2,并以ClO2为原料制备 NaClO2(已知:高于60 ℃时,NaClO2分解生成NaClO3和NaCl)。

下列说法不正确的是(　　)

A.逐滴加入浓硫酸可提高ClO2的利用率

B.装置④中所得产物中可能含有Na2SO4杂质

C.从装置④反应后的溶液中获得晶体,可采用常压蒸发结晶

D.制备NaClO2结束时,应关闭分液漏斗活塞,打开K1,关闭K2

解析:逐滴加入浓硫酸可以控制生成ClO2的速率,使ClO2与NaOH、H2O2充分反应,提高ClO2的利用率,故A正确;装置②中能生成少量的SO2,SO2与NaOH、H2O2反应生成Na2SO4,故B正确;温度高于60 ℃时,NaClO2分解生成NaClO3和NaCl,若采用常压蒸发结晶,NaClO2易发生分解反应,故C不正确;制备NaClO2结束时,应关闭分液漏斗活塞,打开K1,关闭K2,用①中NaOH溶液吸收尾气,故D正确。

答案:C

[对点精练1] 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(　D　)

解析:A、B、C三装置原理与启普发生器相似,均具有随开随关功能;而D装置关闭止水夹后,反应仍持续进行,无法通过关闭止水夹控制反应的停止。

[对点精练2] Y形管是一种特殊的仪器,与其他仪器组合可以进行某些实验探究。利用如图装置可以探究SO2与BaCl2反应生成BaSO3沉淀的条件。下列判断正确的是(　D　)

A.玻璃管的作用是连通大气,使空气中的氧气进入广口瓶,参与反应

B.c、d两根导管都必须插入BaCl2溶液中,保证气体与充分接触

C.Y形管乙中产生的是氧化性气体,其将BaSO3氧化为BaSO4沉淀

D.e、f两管中的试剂可以分别是浓氨水和NaOH固体

解析:玻璃管起到平衡内外压强的作用,A项错误;要使SO2与BaCl2溶液反应生成BaSO3,应通过d管向溶液中通入碱性气体NH3,d管不能插入溶液中,否则氨气溶于水时,易造成倒吸,B项错误;Y形管乙中产生的是NH3,C项错误;Y形管乙用于制备碱性气体,D项正确。

考点三　气体制备装置的连接

1.装置(仪器)连接顺序考查角度

(1)常用仪器的使用。

(2)由多个仪器组成的装置的正确选择。

(3)常见气体的制备、性质。

(4)常见物质的检验、分离、提纯。

(5)实验现象的预测能力与过程分析的推导能力。

2.“仪器连接顺序”考查思维流程

接口的连接:总体做到“自下而上,从左到右”。

净化装置应“长”进“短”出:

量气装置应“短”进“长”出:

干燥管应“粗”进“细”出

3.常见气体制备装置的连接

(1)Cl2的实验室制备系统

(2)SO2的实验室制备系统

(3)NH3的实验室制备系统

[典例] (全国卷)氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。某兴趣小组拟选用如图装置制备氢化钙。

请回答下列问题:

(1)请选择必要的装置,按气流方向连接顺序为　　　　　　　　　(填仪器接口的字母编号)。 

(2)根据完整的实验装置进行实验,实验步骤如下:检查装置气密性后,装入药品;打开分液漏斗活塞;　　　　(请按正确的顺序填入下列步骤的标号)。 

A.加热反应一段时间

B.收集气体并检验其纯度

C.关闭分液漏斗活塞

D.停止加热,充分冷却

(3)实验结束后,某同学取少量产物,小心加入水中,观察到有气泡冒出,溶液中加入酚酞后显红色。该同学据此判断,上述实验确有CaH2生成。

①写出CaH2与水反应的化学方程式: 

　　　　　　　　　　　　　　　　　; 

②该同学的判断不准确,原因是 

　　　　　　　　　　　　。 

(4)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂,与氢气相比,其优点是　。 

解析:(1)首先用盐酸和锌粒反应制取氢气,再与钙反应制得氢化钙,其中氢气通入装有钙的硬质玻璃管前要除去杂质HCl,再用浓硫酸干燥除去水蒸气,制取氢化钙的装置要与盛有无水氯化钙的干燥管连接,从而防止空气中的水蒸气与其反应。(2)首先收集氢气并验纯,然后加热反应,停止加热,充分冷却,最后关闭活塞。(3)①氢化钙与水反应生成氢氧化钙和氢气,方程式:CaH2+2H2OCa(OH)2+2H2↑。②金属钙与水反应也生成氢氧化钙和氢气。(4)氢化钙是固体,携带方便。

答案:(1)i→e,f→d,c→j(或k),k(或j)→a

(2)B、A、D、C

(3)①CaH2+2H2OCa(OH)2+2H2↑

②金属钙与水反应也有类似现象

(4)氢化钙是固体,携带方便

[对点精练1] 为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体,从图中选择合适的装置并连接。

其中连接顺序合理的是(　B　)

A.a—a′→d′—d→e   B.c—c′→d—d′→g

C.b—b′→d—d′→g   D.d—d′→c—c′→f

解析:盐酸和大理石制得的CO2气体含有氯化氢和水蒸气,除氯化氢用饱和NaHCO3溶液,除水蒸气用浓硫酸,CO2比空气密度大,所以用向上排空气法收集CO2气体。

[对点精练2] (山东卷节选)实验室制备、收集干燥的SO2,所需仪器如下。装置A产生SO2,按气流方向连接各仪器接口,顺序为a→　　　　　　　　→f。装置D的作用是　, 

装置E中NaOH溶液的作用是　。 

解析:收集干燥的SO2,应先干燥,再收集,SO2密度比空气大,要从c口进气,最后进行尾气处理;因为SO2易与NaOH溶液反应,故D的作用是安全瓶,防止倒吸。

答案:d→e→c→b　防止倒吸　吸收多余的SO2