突破01 以气体制备为主体的气体流程实验型——教材实验汇编-备战2023年高考化学《化学实验大题》专题突破系列

这是一份突破01 以气体制备为主体的气体流程实验型——教材实验汇编-备战2023年高考化学《化学实验大题》专题突破系列，共11页。试卷主要包含了高中教材三大气体制备装置的连接，气体的制备，创新型实验改装，常见气体制备的反应原理等内容，欢迎下载使用。

以气体制备为主体的气体流程型实验
一、高中教材三大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

4、实验装置选择的思路：

二、气体的制备
1、常见气体制备的反应原理
试剂的选择：以实验室常用药品为原料，依据制气原理，选择方便、经济、安全的试剂，尽量做到有适宜的反应速率，且所得气
体比较纯净。如：用锌粒与酸制取氢气，一般选择稀硫酸，而不用稀盐酸，原因是盐酸是挥发性酸，制取的氢气中常混有HCl气体
气体名称
反应原理
收集方法
氯气(Cl2)
MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
向上排空气法、排饱和食盐水法

氨气(NH3)
2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
向下排空气法
二氧化硫(SO2)
Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+SO2↑+H2O
向上排空气法、排饱和NaHSO3溶液
乙烯()
C2H5OH↑+H2O
排水法
乙炔(C2H2)
CaC2+2H2OCa(OH)2+C2H2↑
排水法
氧气(O2)
2KClO32KCl+3O2↑，2H2O2 2H2O＋O2↑
2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
排水法、向上排空气法
二氧化碳(CO2)
CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
向上排空气法、排饱和NaHCO3溶液
氢气(H2)
Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑，Zn+2HClZnCl2+H2↑
排水法、向下排空气法
硫化氢(H2S)
FeS+H2SO4FeSO4+H2S↑，FeS+2HClFeCl2+H2S↑
向上排空气法、排饱和NaHS溶液
二氧化氮(NO2)
Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
向上排空气法
一氧化氮(NO)
Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
排水法
氯化氢(HCl)
NaCl+H2SO4(浓)NaHSO4+2HCl↑
向上排空气法
2、气体的发生装置
(1)装置的选择：由反应物的状态，反应条件和所制备气体的性质、量的多少决定
(2)加热操作要求
①使用可燃性气体(如H2、CO、CH4等)，先用原料气赶走系统内的空气，再点燃酒精灯加热，以防止爆炸
②制备一些易与空气中的成分发生反应的物质(如H2还原CuO的实验)，反应结束时，应先熄灭酒精灯，继续通原料气至试管冷却
反应装置类型
装置图
适用气体
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
④用高锰酸钾制取氧气时，需在管口处塞一小团棉花
固、液加热型
或液、液加热型

Cl2、HCl、SO2等
①加热烧瓶时要垫石棉网
②反应物均为液体时，烧瓶内要加沸石或碎瓷片
固、液不加热型
、、
O2、H2、CO2、SO2、NO、NO2等

①使用长颈漏斗时，漏斗下端管口要插入液面以下
②启普发生器只适用于块状固体与液体的反应，反应不需要加热且气体不溶于水
③使用分液漏斗既可增强装置的气密性， 又可控制加入液体的速度
3、气体的净化装置
(1)判断气体中的杂质方法：凡是反应物中有易挥发性液体，如盐酸、浓硝酸、溴水等，制得的气体中一定含有相应的杂质HCl、
HNO3、溴蒸气及水蒸气等。还有一些发生副反应的，如用酒精和浓硫酸反应制乙烯时，由于副反应的发生而使乙烯中含有杂质
SO2、CO2和水蒸气
(2)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
(3)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
(4)根据试剂选择合适的装置：洗气瓶、球形干燥管、U形管、硬质玻璃管
(5)除杂顺序：先除杂，后除水
(6)常见气体的净化实例
气体
所含杂质
净化剂
净化装置
Cl2
HCl
饱和食盐水

洗气瓶
乙烯
SO2、CO2
氢氧化钠溶液或碱石灰
乙炔
H2S
硫酸铜溶液或氢氧化钠溶液
CO2
HCl
饱和碳酸氢钠溶液
H2
HCl
水或氢氧化钠溶液
SO2
HCl
饱和亚硫酸氢钠溶液
CO2
SO2
饱和碳酸氢钠溶液
乙烷
乙烯
溴水
O2
Cl2
氢氧化钠溶液
CO
CO2
氢氧化钠溶液
氨气
H2O

碱石灰


干燥管
乙烯
SO2、CO2
碱石灰
CO
CO2或H2O
碱石灰
N2
O2

灼热的铜网


硬质玻璃管
CO2
O2

CO2
CO
灼热的氧化铜




4、气体的干燥：气体的干燥是指除去气体中所含的水蒸气，实质上也属于除杂范畴(是一种特定的除杂过程)；气体干燥的关键是选
择干燥剂，并根据干燥剂的状态选择干燥装置，常用的装置有洗气瓶、干燥管等
类型
液体干燥剂
固体干燥剂
固体干燥剂
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)
可干燥的气体
N2、O2、H2、Cl2、CO、CO2、SO2、HCl、NO、NO2、CH4、C2H4、C2H2等
可干燥除NH3以外的所有气体
可干燥NH3及中性气体
不可干燥的气体
氨气、硫化氢、溴化氢、碘化氢等
氨气
氯气、硫化氢、氯化氢、二氧化硫、二氧化碳等
5、气体的收集装置
收集方法
排水法
向上排空气法
向下排空气法
收集原理
收集的气体不与水反应或难溶于水
与空气不反应且密度比空气的大
与空气不反应且密度比空气的小
收集装置



适用的气体
H2、O2、NO、CH4、C2H4等
Cl2、CO2、NO2、SO2
H2、NH3
6、尾气处理装置
(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：
①转化处理：一般根据气体的相关性质，用溶液吸收或点燃使它们变为无毒、无害、无污染的物质，使其转化为非气态物质或无毒物质。实验室中常见有毒气体的处理方法如表所示
Cl2
SO2
NO2
H2S
HCl
NH3
CO、H2
NO
NaOH溶液
硫酸铜溶液或NaOH溶液
水
水或硫酸溶液
点燃
与氧气混合后通入NaOH溶液
②直接排入空气中：主要是针对无毒、无害气体的处理。如：N2、O2、CO2等
(3)吸收原则：能充分吸收气体；不能倒吸
(4)常见装置
①吸收溶解度较小的尾气(如：Cl2等)用图D装置
②吸收溶解度较大的尾气(如：HCl、NH3等)用图B、C装置 (防倒吸)
③CO、H2等气体可用点燃或收集的方法除去，用图A、E装置

(5)防倒吸装置(以氨气吸收为例)

①液体容纳：图甲、乙原理相同，当易溶性气体被吸收液吸收时，导管内压强减小，吸收液上升到漏斗或干燥管中，导致烧杯中
液面下降；使漏斗口、干燥管脱离液面，吸收液受自身重力作用又流回烧杯内，从而防止吸收液倒吸
②安全瓶：如图丙所示，当吸收液发生倒吸时，倒吸进来的吸收液进入安全瓶，从而防止吸收液进入受热仪器或反应容器，起到
防倒吸作用
③间接吸收：如图丁所示，NH3、HCl等易溶于水却不溶于CCl4的气体，在CCl4中形成气泡，增大与水的接触面积，进行间接
吸收，可以达到防倒吸的目的
④气压平衡：如图戊所示，为防止反应体系的压强减小引起吸收液的倒吸，可以在密闭系统中连接一个与大气相通的液封玻璃管，
保持瓶内压强等于大气压而防止倒吸

三、创新型实验改装
1、气体制备装置的创新
(1)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倒流
如：草酸晶体受热分解制取CO2气体

(2)“固(液)＋液气体”装置的创新
图A的改进优点是能控制反应液的温度
图B的改进优点是使蒸馏烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利流下

(3)“固体＋液体―→气体”装置的创新

2、集气装置的创新——排液集气装置
(1)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
饱和食盐水
收集Cl2
饱和NaHCO3溶液
收集CO2
饱和NaHS溶液
收集H2S
四氯化碳
收集HCl或NH3
(2)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，在瓶A中收集到气体

3、集气装置的创新——排空集气装置



4、球形干燥管多种应用
(1)干燥管可作干燥、吸收及检验装置

①干燥管内盛无水硫酸铜时，可用于检验水蒸气
②干燥管内盛碱石灰可吸收HCl、Cl2、SO2等有毒气体
③可用于定量测定气体的质量，定量测定时，有时需要考虑空气中的成分对测定的影响，所以吸收气体的装置后还要另接一个干燥管，目的是防止空气中的水蒸气、二氧化碳等对定量测定产生干扰
(2)球形干燥管用途的创新
创新装置



使用说明
装置为尾气吸收装置，原理类似于倒置在水中的漏斗
装置为简易的过滤器，可净化天然水。如果去掉上边两层，可用于活性炭对液体中色素的吸附实验
装置为一简易的启普发生器，可用于H2、CO2的制取，也可用于铜与硝酸的反应
5、一瓶多用


6、防潮处理装置：制备在空气中易吸水、潮解以及水解的物质(如：FeCl3、Al2S3、AlCl3等)，往往在装置的末端再接一个干燥装置，以防止空气中水蒸气的进入

7、量气装置：装置D在读数时应上下移动乙管，使甲、乙两管液面相平，反应前后甲管中的液面差值即为气体体积

8、冷凝回流装置 (冷凝回流的目的：提高原料的利用率)

①当反应物易挥发时，为防止反应物过多挥发损耗，可进行冷凝回流
②甲相当于空气冷凝，乙、丙是用水冷凝，注意水从下口流入，上口流出
9、气体的混合装置

①使反应的气体混合均匀；②根据液体中气泡的生成速率调节气体的混合比例；③干燥气体
四、常见气体制备的反应原理
1、氯气的实验室制法
(1)反应原理：MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O (实验室通常用该法制Cl2)
2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O (快速制取Cl2，不需要加热)

(2)发生装置：“”型
(3)实验仪器：铁架台、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、分液漏斗、导气管、洗气瓶、 集气瓶
(4)装置图：

(5)净化装置(洗气)：除去Cl2中少量HCl、水蒸气，可先通入饱和食盐水除去HCl，再通过浓H2SO4(或P2O5或CaCl2)除去水
(6)收集装置：用向上排空气法或排饱和食盐水法(Cl2不溶于饱和食盐水)
(7)尾气处理装置：用强碱溶液吸收多余氯气，防止污染空气(不能用水代替)
(8)验满方法：①观察法(黄绿色) ②湿润的淀粉—KI试纸(变蓝色)
③湿润的蓝色石蕊试纸(先变红后褪色) ④浓NH3水， 3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2
(9)实验室用MnO2和浓盐酸制取Cl2时应注意以下四点
①为了减少制得的Cl2中HCl的含量，加热温度不宜过高，以减少HCl的挥发
②必须用浓盐酸加热才可反应，稀盐酸不反应
③实验结束后，先使反应停止并排出残留的Cl2后，再拆卸装置，避免污染空气
④尾气吸收时，用NaOH溶液吸收Cl2，不能用澄清石灰水吸收，因为溶液中含Ca(OH)2的量少，吸收不完全

(10)氯气的工业室制法
工业制法：电解饱和食盐水：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 电解熔融氯化钠：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
2、氨的实验室制法
(1)反应原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
(2)发生装置：“”型，与制取氧气的发生装置相同
(3)装置图：

(4)净化装置：用碱石灰干燥
(5)收集装置：NH3极易溶于水 密度比空气小，所以只能用向下排空气法收集(管口塞一团棉花，避免空气对流)
(6)尾气处理装置：用水吸收多余的氨气，注意防止倒吸
(7)检验方法：①用润湿的红色石蕊试纸检验 ②用沾有浓盐酸的玻璃棒检验，产生白烟
(8)验满方法：①将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若试纸变蓝，说明氨气已收集满
②将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，出现大量白烟，则证明氨气已收集满
(9)实验室制取氨气时注意事项
①氨气干燥时：不能用CaCl2、P2O5、浓硫酸作干燥剂，因为NH3能与CaCl2反应生成CaCl2·8NH3。P2O5与浓硫酸均能与NH3
反应，生成相应的盐。所以NH3通常用碱石灰干燥
②制取氨气所用的铵盐不能用硝铵、碳铵。因为加热过程中NH4NO3可能发生爆炸性的分解反应，发生危险；而碳铵受热极易分
解产生CO2，使生成的中混有较多CO2杂质
③消石灰不能用固体NaOH或固体KOH代替，原因是：
a、NaOH、KOH具有吸湿性，易结块，不利于产生NH3 b、在高温下也能腐蚀试管
④收集NH3时所用的仪器必须干燥，导气管要插入管底；试管口要塞一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球，可减小NH3与空气的对流速度，使收集的气体纯净，同时也可避免污染空气


(10)实验室制取少量NH3的两种简易方法 (快速制NH3的方法)
方法
化学方程式
气体发生装置
加热浓氨水
NH3·H2ONH3↑+H2O


浓氨水+固体NaOH
浓氨水中存在以下平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，消耗水且使c(OH－)增大，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3·H2O的分解



浓氨水+固体CaO
NH3·H2O+CaONH3↑+ Ca(OH)2
烧碱或生石灰的作用：一是增大溶液中的OH－浓度，二是溶解或反应放热，促使NH3·H2O转化为NH3
(11)氨的工业制法：N2＋3H22NH3
3、二氧化硫的制备
(1)反应原理：Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+SO2↑+H2O
(2)发生装置：“”型
(3)装置图：

(4)净化装置：通入浓H2SO4 (除水蒸气)
(5)收集装置：向上排气法
(6)尾气处理装置：用强碱溶液吸收多余SO2，防止污染空气 (SO2+2NaOHNa2SO3+H2O )
(7)检验方法：先通入品红试液，褪色，加热后又恢复原红色
4、乙烯的实验室制法
(1)药品及其比例：无水乙醇、浓硫酸 (体积比为1:3)
(2)反应原理：CH3CH2OH CH2＝CH2↑ + H2O
有机副反应：2CH3CH2OHCH3CH2OCH2CH3 + H2O
无机副反应：C2H5OH + 6H2SO4(浓)6SO2↑+ 2CO2↑+ 9H2O
(3)发生装置：“l + l g”型 (铁架台、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、温度计、导管、集气瓶、水槽)

(4)收集装置：排水法 (乙烯的收集方法不能用排空气法，因为乙烯的密度和空气接近，使收集的乙烯不纯净)
(5)注意事项：
①反应条件：170°C、浓H2SO4
②反应物的用量：乙醇和浓硫酸体积比为1:3，且需要的量不要太多，否则反应物升温太慢，副反应较多，从而影响了乙烯的产率，使用过量的浓硫酸可提高乙醇的利用率，增加乙烯的产量
③加入药品的顺序：碎瓷片无水乙醇浓硫酸，混合时即将浓硫酸沿容器内壁慢慢倒入已盛在容器内的无水酒精中，
并用玻璃棒不断搅拌
④浓硫酸：催化剂和脱水剂
⑤碎瓷片的作用：防暴沸
⑥温度计的位置：温度计的水银球要插入反应混和液，液面以下，但不能接触瓶底，以便控制反应温度为170℃，因为需要测量
的是反应物的温度
⑦在制取乙烯的反应中，浓硫酸不但是催化剂、脱水剂，也是氧化剂，在反应过程中易将乙醇氧化，最后生成CO2、C (因此试
管中液体变黑)，而浓硫酸本身被还原成SO2，故制得的乙烯中混有CO2、SO2、乙醚等杂质，必须通过浓NaOH溶液(或碱石灰)
后，才能收集到比较纯净的乙烯
⑧若实验时，已开始给浓硫酸跟乙醇的混合物加热一段时间，忘记加碎瓷片，应先停止加热，冷却到室温后，在补加碎瓷片
⑨实验结束时，要先将导气管从水中取出，再熄灭酒精灯，反之，会导致水被倒吸
⑩石棉网加热，以防烧瓶炸裂
5、乙炔的实验室制法
(1)反应原料：电石(CaC2)、饱和食盐水
(2)反应原理：CaC2+2H2O→C2H2↑+Ca(OH)2 (注意不需要加热)
副反应：CaS＋2H2OCa(OH)2＋H2S↑ Ca3P2＋6H2O3Ca(OH)2＋2PH3↑ Ca3As2＋6H2O3Ca(OH)2＋2AsH3↑
(3)发生装置：“S + lg”型 (不能用启普发生器)

(4)收集装置：排水法或向下排空气法
(5)注意事项
①电石与水反应很剧烈，为了得到平稳的乙炔气流：
a、常用饱和氯化钠溶液代替水(减小浓度)； b、分液漏斗控制流速； c、导管口塞棉花，防止泡沫喷出
②生成的乙炔有臭味的原因：夹杂着H2S、PH3、AsH3等特殊臭味的气体，可用CuSO4溶液或NaOH溶液除去杂质气体
③反应装置不能用启普发生器及其简易装置，而改用广口瓶和分液漏斗。为什么？
a、反应放出的大量热，易损坏启普发生器 (受热不均而炸裂)
b、反应后生成的石灰乳是糊状，可夹带少量CaC2进入启普发生器底部，堵住球形漏斗和底部容器之间的空隙，使启普发生器
失去作用
6、氧气的制备
(1)反应原理：2KClO32KCl+3O2↑ 2KMnO4K2MnO4 +MnO2 + O2↑ 2H2O22H2O+O2↑
(2)发生装置：“”型、“S + lg”型
(3)装置图：略微向下倾斜的大试管，加热

(4)收集装置：排水法或向上排气法
(5)检验方法：带火星木条,复燃
7、二氧化碳的制备
(1)反应原理：CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
(2)发生装置：“S + lg”型
(3)装置图：

(4)净化装置：通入饱和NaHCO3溶液(除HCl)，再通入浓H2SO4(除水蒸气)
(5)收集装置：向上排气法
(6)尾气处理装置：用强碱溶液吸收多余CO2
(7)检验方法：通入澄清石灰水，变浑浊
8、氢气的制备
(1)反应原理：Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
(2)发生装置：“S + lg”型
(3)装置图：

(4)净化装置：通入浓H2SO4 (除水蒸气)
(5)收集装置：排水法或向下排气法
(6)尾气处理装置：用酒精灯点燃或用气球收集
(7)检验方法：点燃,淡蓝色火焰，在容器壁上有水珠
9、硫化氢的制备
(1)反应原理：FeS+2HClFeCl2+H2S↑ FeS+H2SO4FeSO4+H2S↑
(2)发生装置：“S + lg”型
(3)装置图：

(4)净化装置：先通入饱和NaHS溶液(除HCl)，再通入固体CaCl2或P2O5 (除水蒸气)
(5)收集装置：向上排气法
(6)尾气处理装置：用强碱溶液吸收多余H2S，H2S+2NaOHNa2S+H2O或H2S+NaOHNaHS+H2O
(7)检验方法：能使湿润的醋酸铅试纸变黑
10、二氧化氮的制备
(1)反应原理：Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(2)发生装置：“S + lg”型
(3)装置图：分液漏斗、圆底烧瓶 (或用大试管、锥形瓶)

(4)收集装置：向上排气法
(5)尾气处理装置：用强碱溶液吸收 (2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O)
(6)检验方法：红棕色气体，通入AgNO3溶液颜色变浅，但无沉淀生成
11、一氧化氮的制备
(1)反应原理：Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(2)发生装置：“S + lg”型
(3)装置图：分液漏斗、圆底烧瓶(或用大试管、锥形瓶)

(4)收集装置：排水法
(5)尾气处理装置：通入足量的氧气，再用强碱溶液吸收
(6)检验方法：无色气体，暴露于空气中立即变红棕色

12、氯化氢的制备
(1)反应原理：NaCl+H2SO4(浓)NaHSO4+2HCl↑
(2)发生装置：“”型
(3)装置图：

(4)净化装置：通入浓硫酸(除水蒸气)
(5)收集装置：向上排气法
(6)尾气处理装置：用强碱溶液吸收
(7)检验方法：通入AgNO3溶液,产生白色沉淀，再加稀HNO3沉淀不溶
13、一氧化碳的制备
(1)反应原理：HCOOHCO↑+H2O 浓硫酸对有机物的脱水作用 在蒸馏烧瓶里加入浓硫酸，在分液漏斗里盛放甲酸
(2)发生装置：“l + l g”
(3)装置图：分液漏斗，圆底烧瓶

(4)净化装置：通入浓硫酸(除水蒸气)
(5)收集装置：排水法
(6)尾气处理装置：用酒精灯点燃或用气球收集
(7)检验方法：点燃，蓝色火焰，无水珠，产生气体能使澄清石灰水变浑浊
14、喷泉实验的原理

实验操作是：打开橡皮管上的夹子，挤压滴管的胶头，则烧杯中的水由玻璃管进入烧瓶，形成喷泉
(1)喷泉实验的原理
因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使瓶内压强减小，形成压强差，大气压将烧杯中的水压入烧瓶而形成喷泉
(2)能形成喷泉的条件
从原理上讲，气体要易溶于水或易与水反应，以形成足够大的压强差；从实验条件上讲，烧瓶内气体要充满，气体和仪器均要干
燥，装置的气密性要好
(3)可以形成喷泉的组合
液体是水时，NH3、HCl、SO2、NO2＋O2等气体均可；液体是NaOH溶液时，Cl2、CO2、H2S、SO2等气体均可。另外SO2和氯
水、CH2===CH2与溴水等组合也可形成喷泉。总之，组合条件是：气体在溶液中的溶解度很大或通过反应，使气体的物质的量迅
速减小，产生足够的压强差(负压)
(4)产生压强差的方法一般有：一是使烧瓶外气压增大，烧瓶内气压不变；二是使烧瓶外气压不变，烧瓶内气压减小。上述形成喷泉
的组合选用的是第二种方法