2020届二轮复习 常见气体的制备与物质的分离、提纯和检验 学案（全国通用）

专题二 常见气体的制备与物质的分离、提纯和检验【备考目标】◆常见气体的制备、净化、收集、检验等基本知识和基本操作技能◆掌握常见的物质（包括离子、有机物等）分离、提纯方法，并能综合运用。◆掌握常见离子、常见有机物的检验方法和物质的鉴别方法。【要点精讲】一．常见气体的制备中学化学中需要掌握的主要有H2、O2、CO2、Cl2、NH3, 此外了解C2H2、C2H4、SO2、NO、NO2等几种气体的实验室制法。其中包括药品选择、反应原理、仪器装置、操作要点、净化干燥、收集、检验、尾气处理等一系列的基本知识和基本操作技能。1．制备气体的发生装置根据反应物的状态和反应条件的不同选择发生装置，实验室制备气体的装置一般有如下几种装置类型固体反应物（加热）固、液反应物（不加热）固、液反应物（加热）装置示意图      主要仪器酒精灯、试管大试管、长颈漏斗或分液漏斗酒精灯、烧瓶、分液漏斗典型气体O2   NH3H2、CO2（左图）O2、NH3、C2H2（右图）Cl2操作要点⑴试管口应稍向下倾斜⑵铁夹应夹在距试管口 l/3处。⑶胶塞上的导管伸入试管里面不能太长，否则会妨碍气体的导出。⑴在左图装置中，长颈漏斗的下口应伸入液面以下，否则起不到液封的作用；特点：随时控制反应的发生和停止⑵右图中分液漏斗可以随时添加液体⑶右图中圆底烧瓶也可用锥形瓶、大试管代替⑴先把固体药品加入烧瓶，然后加入液体药品。⑵要正确使用分液漏斗。⑶注意先滴加液体再加热，否则可能引起烧瓶炸裂2.几种气体制备的反应原理（完成下列方程式）  1．O2： H2O2                                    KClO3                             2KMnO4 K2MnO4+ MnO2 +O2 ↑  2．NH3：                                                                     NH3·H2O+ CaO                                             3．H2：                                                            4．CO2：                                                           5．Cl2：                                                            6．NO2： Cu +  HNO3(浓)                                            7．NO：  Cu +  HNO3(稀)                                           8．C2H2：                                                           9．SO2： Na2SO3 + H2SO4                                              3．收集装置：（1）．设计原则：根据气体的溶解性或密度（2）．装置基本类型：装置类型排水（液）集气法向上排空气集气法向下排空气集气法装  置示意图     适用范围不溶于水（液）的气体密度大于空气的气体密度小于空气的气体典型气体H2、O2、NO、CO、CH4、CH2＝CH2、CH≡CHCl2、HCl、CO2、SO2、H2、NH3、CH44．净化与干燥装置（1）．设计原则：根据净化药品的状态及条件（2）．装置基本类型： 装置类型液体除杂剂（不加热）固体除杂剂（不加热）固体除杂剂（加热）装 置示意图       （3）．气体干燥剂的类型及选择  常用的气体干燥剂按酸碱性可分为三类： ① 酸性干燥剂，如浓硫酸。    酸性干燥剂能干燥显酸性或中性气体，如CO2、SO2、NO2、HCl、Cl2 、H2、O2、CH4等气体。 ② 碱性干燥剂，如生石灰、碱石灰、固体NaOH。    碱性干燥剂可以用来干燥显碱性或中性的气体，如NH3、H2、O2、CH4等气体。 ③ 中性干燥剂，如无水氯化钙等，可以干燥中性、酸性、碱性气体，如O2、H2、CH4等。在选用干燥剂时，显碱性的气体不能选用酸性干燥剂，显酸性的气体不能选用碱性干燥剂。有还原性的气体不能选用有氧化性的干燥剂。能与气体反应的物质不能选作干燥剂，如不能用CaCl2来干燥NH3（因生成 CaCl2·8NH3），不能用浓 H2SO4干燥 NH3、H2S等。 （4）．气体净化与干燥注意事项一般情况下，若采用溶液作除杂试剂，则是先除杂后干燥；若采用加热除去杂质，则是先干燥后加热。对于有毒、有害的气体尾气必须用适当的溶液加以吸收（或点燃），使它们变为无毒、无害、无污染的物质。如尾气Cl2、SO2等可用NaOH溶液吸收；尾气NH3可用水吸收（注意防倒吸）；尾气CO可用点燃法，将它转化为CO2气体。此外还可以用塑料袋盛装尾气。 5．气体实验装置的设计  ⑴ 装置顺序：制气装置→净化装置→反应或收集装置→除尾气装置  ⑵ 安装顺序：由下向上，由左向右  ⑶ 操作顺序：装配仪器→检验气密性→加入药品二．常见混合物分离提纯的方法与装置  方法适用范围注意事项实例装置过滤分离不溶性固体与液体的混合物“一贴二低三靠”必要时洗涤沉淀物除去NaCl溶液中的BaCO3。蒸发加热使溶质从溶液中结晶分离出来加热过程不断搅拌 ，以免局部过热造成液体飞溅 ；较多晶体析出时停止加热，利用余热把剩余水蒸干。溶质受热不易分解、不易水解、不易氧化。如从NaCl溶液中分离出NaCl结晶结晶原理是根据混合物中各成分在某种溶剂里的溶解度不同，通过蒸发溶剂或降低温度使溶解度变小，从而使晶体析出。分离NaCl和KNO3的混合物 蒸馏分馏根据沸点不同分离互溶的两种或多种液体（1）需加沸石防止暴沸；（2）温度计的水银球在蒸馏烧瓶的支管口处；（3）冷凝水从冷凝管下口进上口出。 如石油的分馏分液分离互不相溶的两种液体分液漏斗下端紧靠烧杯内壁，下层液体从下口流出，上层液体由上口倒出。 水和四氯化碳的分离萃取利用溶质在互不相溶的两种液体中溶解度差别很大，进行分离， 萃取剂选择：①与原溶剂互不相溶、互不反应；②溶质在萃取剂中溶解度比原溶剂大得多且不反应。萃取操作后通常进行分液，分液后得到的溶液一般要通过蒸馏的方法进一步分离如用苯或CCl4从碘水中提取碘。渗析除去胶体中的小分子或离子渗析时要不断更换烧杯中的水或者改用流水，以提高渗析效果如除去淀粉胶体中的食盐。盐析利用某些物质在加某些无机盐时，其溶解度降低而凝聚的性质来分离物质。皂化液中分离出肥皂，蛋白质的提纯 升华混合物某一成分在一定温度下可直接变为气体，再冷却成固体分离碘和砂子的混合物  三．常见物质的检验方法1.常见离子的检验方法离子检验试剂实验现象离子方程式Fe2＋①NaOH溶液②KSCN溶液、氯水 ①先生成白色沉淀，很快变为灰绿色，最后变为红褐色②加KSCN溶液不变色，加氯水后变红色 ①Fe2＋＋2OH－＝Fe(OH)2↓4Fe(OH)2＋2H2O＋O2＝4Fe(OH)3②2Fe2＋＋Cl2＝2Fe3＋＋2Cl－Fe3＋＋3SCN－＝ Fe(SCN)3Fe3＋① KSCN溶液（最常用）② NaOH溶液①溶液呈血红色②出现红褐色沉淀① Fe3＋＋3SCN－＝Fe(SCN)3② Fe3＋＋3OH－＝Fe(OH)3↓ NH4＋与NaOH溶液混合加热，产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体无色有刺激性气味的气体，试纸变蓝NH4＋＋OH－ NH3↑＋H2OAl3＋NaOH溶液，氨水生成的白色沉淀，继续加NaOH溶液，沉淀溶解；继续加氨水沉淀不溶解Al3＋＋3OH－＝Al(OH)3↓Al(OH)3＋OH－＝AlO2－＋2H2O Cl－AgNO3，稀HNO3白色沉淀Ag＋＋Cl－＝AgCl↓SO42－HCl,BaCl2溶液加HCl无沉淀，再加BaCl2有白色沉淀Ba2＋＋SO42－＝BaSO4↓SO32－稀硫酸，品红溶液无色有刺激性气味的气体，能使品红溶液退色SO32－＋2H＋＝SO2↑＋H2OCO32－CaCl2或BaCl2溶液稀盐酸,澄清石灰水能与CaCl2（或BaCl2）溶液反应，生成白色沉淀，该沉淀溶于盐酸），生成无色无味能使澄清石灰水变浑浊的CO2气体。CO32－＋2H＋＝CO2↑＋H2OCO2＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋2H2O2.常见气体的检验：⑴ H2：灼热的CuO和CuSO4，黑色的CuO变红，白色CuSO4粉末变蓝色。⑵ O2：带火星的木条，木条复燃。⑶ CO：灼热的CuO和澄清石灰水，黑色的CuO变红，石灰水变浑浊。⑷ CO2：气体通入石灰水，石灰水变浑浊。 ⑸ Cl2：湿润的淀粉KI试纸，变蓝。⑹ HCl：通入硝酸银和稀硝酸，产生白色沉淀。⑺ SO2：品红溶液，品红溶液红色褪去，再加热。又出现红色。⑻ NH3：湿润的红色石蕊试纸，变蓝。⑼ NO：打开瓶口与空气接触，立即变为红棕色气体。3. 有机物的检验⑴ 碳碳双键或三键：加少量溴水或酸性KMnO4溶液，褪色。⑵ 甲苯：取两份甲苯，一份滴入溴水，振荡后上层呈橙色；另一份滴入酸性KMnO4溶液，振荡，紫色褪去。⑶ 卤代烃：与NaOH溶液（或NaOH的醇溶液）共热后，先用硝酸酸化，再滴加AgNO3溶液，产生白色沉淀的为氯代烷，淡黄色沉淀的为溴代烷，黄色沉淀的为碘代烷。⑷ 乙醇：将螺旋状铜丝加热至表面有黑色CuO生成，迅速插入待测溶液，反复多次，可见铜丝被还原成光亮的红色，并由刺激性气味产生。。⑸ 苯酚：滴加过量的浓溴水，有白色沉淀；或滴加少量FeCl3溶液，溶液呈紫色。⑹ 乙醛或葡萄糖：加入银氨溶液，水浴加热，产生银镜；或加入新制Cu(OH)2悬浊液加热至沸腾，有红色沉淀生成。⑺ 乙酸：使石蕊试液变红；或加入Na2CO3或NaHCO3溶液有气泡；或加入新制Cu(OH)2悬浊液溶解得蓝色溶液。⑻ 乙酸乙酯：加入滴加酚酞的NaOH溶液加热，红色变浅或消失。⑼ 淀粉：滴加碘水，呈蓝色。⑽ 蛋白质：灼烧，有烧焦羽毛气味；或加入浓硝酸微热，出现黄色。4. 常见物质除杂方法原物所含杂质除杂质试剂主要操作方法N2O2灼热的铜丝网 COCO2NaOH溶液洗气CO2CO灼热CuO CO2HCl饱和NaHCO3溶液洗气SO2HCl饱和NaHSO3溶液洗气Cl2HCl饱和食盐水洗气CO2SO2饱和的NaHCO3或者酸性高锰酸钾溶液洗气Al2O3Fe2O3NaOH(过量)，CO2过滤， 加热Fe2O3Al2O3NaOH溶液过滤Al2O3SiO2盐酸、氨水过滤， 加热SiO2ZnOHCl溶液过滤 NaHCO3溶液Na2CO3CO2加酸转化法Na2CO3NaHCO3 加热灼烧FeCl3溶液FeCl2Cl2加氧化剂转化法FeCl2溶液FeCl3Fe加还原剂转化法Fe(OH)3胶体FeCl3蒸馏水渗析I2晶体NaCl 加热升华NaCl晶体NH4Cl 加热分解KNO3晶体NaCl蒸馏水结晶.乙烯SO2、H2O碱石灰加固体转化法乙烷C2H4溴水洗气溴苯Br2NaOH溶液分液苯苯酚NaOH溶液分液己醛乙酸饱和Na2CO3蒸馏乙醇水（少量）新制CaO蒸馏例1：为了区别五种无色溶液HCl、AlCl3、NaCl、Ba（NO3）2、Na2CO3，四位同学做实验，有三位同学另外用了试剂，一位同学没有用任何试剂，其中操作步骤少的是（    ）A．甲另用酚酞试液   　　　 B．乙另用NaOH溶液C．丙另用石蕊试液   　　　 D．丁不用任何试剂解析：甲：①用酚酞试液检验出Na2CO3（水解使溶液显碱性，酚酞变红）；②将Na2CO3溶液分别滴入另外四种溶液（取少量）中，结果是：CO32― + 2H＋＝CO2↑ + H2O，2Al3＋ + 3CO32― + 3H2O＝2Al（OH）3↓ + 3CO2↑，Ba2＋ + CO32―＝BaCO3↓，无现象的是NaCl。甲只用两步即检验出。乙：①用NaOH只能检验出AlCl3：Al3＋ + 3OH―＝Al（OH）3↓，Al（OH）3 + OH―＝AlO2― + 2H2O；②用AlCl3可检验出Na2CO3，现象是既有沉淀又有气体放出；③再用Na2CO3检验出HCl和Ba（NO3）2，有气体放出的是盐酸，有沉淀生成的是Ba（NO3）2，则无现象的是NaCl。乙用了三步操作。同理，可分析出丙用了两步。丁不用任何试剂，只能用两两混合的方法，显然步骤要多余甲、丙。答案：AC例2：下图是实验室常见的气体制取、干燥和收集装置。若用过氧化氢和催化剂二氧化锰制取干燥的氧气，则合理的装置组合为（     ）A．①⑤⑧　　 B．③④⑦      C．②⑤⑥　　　 D．②④⑧解析：实验原理为：过氧化氢催化分解2H2O22H2O + O2↑，属于“液 + 固”不需加热型，故气体发生装置应选用②，气体的净化可用装置④或⑤，气体收集只能选用装置⑥，对照答案可知选项C正确。答案：C例3利用右图所示装置收集以下8种气体(图中烧瓶的位置不得变化)。①H2　②Cl2　③CH4　④HCl   ⑤NH3  ⑥NO　⑦H2S　⑧SO2(1)若烧瓶是干燥的，则由B口进气可收集的气体有______________(写序号)；(2)若烧瓶充满水，可收集的气体有____________________，这时气体由_________口进入；(3)若烧瓶是干燥的，则由A口进气，可收集的气体有_____________________________；(4)若在烧瓶内装入浓硫酸进行气体干燥，则可用此装置干燥的气体有________________________，这时气体由___________口进入。解析(1)若烧瓶是干燥的，由B口进气收集的气体必然为密度比空气大的气体。这是因为只有密度比空气大的气体如Cl2，HCl，H2S，SO2等，当由B口进气后，才能在烧瓶底部逐渐积聚，产生的压强将瓶内的空气由A口排出，直至所收集的气体充满整个烧瓶。(2)若烧瓶充满水，则应为能够采用排水集气法收集的气体，装置应与“排水量气”装置相同，遵循“短进长出”的原则。此时由 A口通入像H2，CH4，NO等极难溶于水的气体，气体产生的压强将烧瓶中的水由B口排出，当烧瓶中的水排尽后，即说明烧瓶内已充满所收集的气体。(3)若烧瓶是干燥的，由A口进气可收集的气体应为密度比空气小的气体。这是因为只有密度比空气小的气体如H2，CH4、NH3等，当由A口进气后，才能在烧瓶最上方逐渐积聚，产生的压强将瓶内空气由B口排出，直至所收集的气体充满整个烧瓶。(4)浓硫酸为强氧化性的酸性干燥剂，其干燥气体的范围为非还原性的中性及酸性气体。进行干燥时，气体的流向应遵循“长进短出”的原则，所以除NH3(为碱性气体)、H2S(为还原性气体，易被浓硫酸氧化)外，其余气体均可由浓硫酸干燥。答案：(1)②④⑦⑧；(2)①③⑥，A；(3)①③⑤；(4)①② ③④⑥⑧，B。