(通用版)高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)專題講座（四） 常見氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集（精講）（解析版）

專題講座（四）常見氣體的實(shí)驗(yàn)室制備、凈化和收集(精講)【考情分析】在近幾年的高考?xì)怏w制備及性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)命題中,尤其是全國(guó)I卷、北京卷、江蘇卷、浙江卷、海南卷等都出現(xiàn)過(guò)三頸瓶、雙耳球、恒壓滴液漏斗等陌生儀器的使用，這些儀器屬于不常用儀器，同時(shí)在試題中還常出現(xiàn)一些儀器的創(chuàng)新使用。這類題通過(guò)裝置重新組合擴(kuò)充的方式，考查考生全面的系統(tǒng)的知識(shí)，培養(yǎng)了考生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新精神。如將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中涉及的實(shí)驗(yàn)儀器和用品進(jìn)行有效替換，以提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的效果，但考生往往因?yàn)檠b置新穎，藥品在平時(shí)的學(xué)習(xí)中沒有見過(guò)，在解題時(shí)形成了心理壓力，導(dǎo)致不能靜心分析，去偽存真，從而失分較多。預(yù)計(jì)今后高考命題仍將會(huì)以儀器裝置和制備方法等的創(chuàng)新為命題熱點(diǎn)?！竞诵乃仞B(yǎng)分析】宏觀辨識(shí)與微觀探析：能根據(jù)氣體的性質(zhì)，辨識(shí)發(fā)生裝置、凈化裝置、收集裝置、尾氣處理的選擇，能解釋這樣選擇和連接規(guī)律?？茖W(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)：將化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器及裝置運(yùn)用組合法、擴(kuò)充法或替代法等，進(jìn)行重新組合或者拆分，來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，解決實(shí)際問(wèn)題?？茖W(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：具有安全意識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，具有探索未知、崇尚真理的意識(shí)和保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)?！局R(shí)梳理】智能點(diǎn)一常見氣體的制備1．氣體制備實(shí)驗(yàn)的基本思路（1）根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)及反應(yīng)條件選擇氣體發(fā)生裝置;（2）根據(jù)制備氣體及氣體雜質(zhì)的性質(zhì)選擇氣體凈化裝置;（3）根據(jù)制備氣體的性質(zhì)選擇干燥劑及干燥裝置;（4）根據(jù)制備氣體的水溶性及氣體的密度選擇收集方法及收集裝置;（5）根據(jù)制備氣體的毒性選擇尾氣吸收劑及吸收裝置。2．氣體制備實(shí)驗(yàn)的操作順序(1)儀器安裝①由下到上(如制氯氣的發(fā)生裝置安裝順序是：放鐵架臺(tái)→擺酒精燈→固定鐵圈→放置石棉網(wǎng)→固定圓底燒瓶)。②從左到右(如制氯氣：發(fā)生裝置→除雜裝置→干燥裝置→性質(zhì)探究或收集裝置→尾氣處理裝置(注意防倒吸)。③先塞后定(把帶導(dǎo)管的膠塞在燒瓶固定前塞好，以免燒瓶固定后因不宜用力而塞不緊或因用力過(guò)猛而損壞儀器)。(2)加試劑順序固體先放入，液體后滴加(即先固后液)。(3)其他操作順序及連接順序⑩①先檢驗(yàn)氣密性，后裝入藥品(便于在裝置漏氣時(shí)進(jìn)行調(diào)整或更換儀器)，最后點(diǎn)燃酒精燈(所有準(zhǔn)備工作完畢后)；②洗氣瓶：在連接導(dǎo)管時(shí)，應(yīng)長(zhǎng)進(jìn)短出；③量氣裝置的導(dǎo)管應(yīng)短進(jìn)長(zhǎng)出；④干燥管應(yīng)大口進(jìn)小口出；⑤U形管：無(wú)前后；⑥加熱玻璃管：無(wú)前后。⑦有些實(shí)驗(yàn)為防倒吸，往往最后停止加熱或最后停止通氣；有些實(shí)驗(yàn)為防氧化往往最后停止通氣。⑧儀器拆卸的一般過(guò)程：從右到左，自上而下，先拆主體，后拆部件。⑨凈化氣體時(shí)，一般先除去有毒、有刺激性氣味的氣體，后除去無(wú)毒、無(wú)氣味的氣體，最后除去水蒸氣。⑩制備易潮解的物質(zhì)時(shí)，裝置最后要連干燥裝置。3.常見氣體的發(fā)生裝置根據(jù)反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)條件我們主要掌握以下三類氣體發(fā)生裝置：（1）固體＋固體eq\o(→,\s\up7(△))氣體：可選擇等裝置，能制備O2、NH3、CH4等;操作注意事項(xiàng)①試管要干燥；②試管口略低于試管底；③加熱時(shí)先預(yù)熱再固定加熱；④用KMnO4制取O2時(shí)，需在管口處塞一小團(tuán)棉花。（2）固(或液)體＋液體eq\o(→,\s\up7(△))氣體：可選擇等裝置，能制備Cl2、C2H4、NH3等;（3）固體＋液體→氣體：可選擇、、等裝置，能制備H2、NH3、CO2、O2等。4.氣體的干燥、凈化裝置(1)除雜試劑選擇的依據(jù)：主體氣體和雜質(zhì)氣體性質(zhì)上的差異，如溶解性、酸堿性、氧化性、還原性。(2)除雜原則：①不損失主體氣體；②不引入新的雜質(zhì)氣體；③在密閉裝置內(nèi)進(jìn)行；④先除易除的雜質(zhì)氣體。(3)氣體凈化與干燥的先后順序1)若采用溶液除雜：應(yīng)該是除雜在前，干燥在后。其原因是：氣體除雜過(guò)程中會(huì)從溶液中帶入水蒸氣，干燥劑可除去水蒸氣。如實(shí)驗(yàn)室中利用大理石與稀鹽酸反應(yīng)制備CO2，欲制得干燥、純凈的CO2，可先將產(chǎn)生的氣體通過(guò)飽和NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl氣體，再通過(guò)濃硫酸除去水蒸氣。2)若采用加熱除雜：則一般是干燥在前。如N2中混有O2、CO2、H2O(g)，可先將混合氣體通過(guò)堿石灰，除去CO2和H2O(g)，再將從干燥管中導(dǎo)出的氣體通過(guò)裝有灼熱銅網(wǎng)的硬質(zhì)玻璃管，除去O2，即可得到干燥、純凈的N2。若將混合氣體先通過(guò)灼熱的銅網(wǎng)，因氣體中混有水蒸氣，易使硬質(zhì)玻璃管炸裂。(4)根據(jù)制備氣體及氣體雜質(zhì)的性質(zhì)選擇如下氣體凈化裝置及干燥裝置：1）液態(tài)干燥劑或除雜試劑如濃H2SO4(酸性、強(qiáng)氧化性)、NaOH溶液(堿性)等，可選用洗氣吸收裝置。2）固態(tài)干燥劑如無(wú)水氯化鈣(中性)、堿石灰(堿性)等，可選用干燥管或U形管吸收裝置。3）固態(tài)除雜試劑如Cu、CuO、Mg等，需加熱，可選用加熱的硬質(zhì)玻璃管吸收裝置?！咀⒁狻?jī)艋瘹怏w遵循的原則:不損失要凈化的氣體,不引入新的雜質(zhì)氣體。5.氣體的收集方法及收集裝置根據(jù)制備氣體的水溶性及氣體的密度選擇收集方法及收集裝置：（1）排液法：難溶于水(或某溶液)或微溶于水(或某溶液)，又不與其反應(yīng)的氣體可用排液法收集，選用、等收集裝置收集。用該裝置可收集O2、H2、Cl2(飽和NaCl溶液)、NO、CO2(飽和NaHCO3溶液)、CO、C2H2、C2H4等氣體。（2）向上排空氣法：密度大于空氣且不與空氣中的成分反應(yīng)的氣體可用向上排空氣法收集，選用等收集裝置收集。用該裝置可收集Cl2、SO2、NO2、CO2等氣體。（2）向下排空氣法：密度小于空氣且不與空氣中的成分反應(yīng)的氣體可用向下排空氣法收集，選用等收集裝置收集。用該裝置可收集H2、NH3、CH4等氣體。6．氣體的量取裝置對(duì)難溶于水且不與水反應(yīng)的氣體,往往利用量筒或滴定管組裝如圖所示的裝置量取其體積。7.尾氣的處理(1)原因：有些氣體有毒或有可燃性，任其逸散到空氣中，會(huì)污染空氣或者引發(fā)火災(zāi)、爆炸等災(zāi)害。(2)處理方法：一般根據(jù)氣體的相關(guān)性質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化為非氣態(tài)物質(zhì)或無(wú)毒物質(zhì)，如酸性有毒氣體用堿溶液吸收，可燃性氣體用點(diǎn)燃等措施。實(shí)驗(yàn)室中常見有毒氣體的處理方法如下表：Cl2SO2NO2H2SHClNH3CONONaOH溶液CuSO4溶液或NaOH溶液水水或濃硫酸點(diǎn)燃與O2混合后通入NaOH溶液(3)直接排空處理：主要是針對(duì)無(wú)毒、無(wú)害氣體的處理，如N2、O2、CO2等。(4)尾氣處理裝置①在水中溶解度較小的有毒氣體，多數(shù)可通入盛有某種試劑的燒杯中被吸收除去(如圖甲)，如Cl2、NO2均可通入NaOH溶液中除去。②某些可燃性氣體可用點(diǎn)燃(如圖丙)或轉(zhuǎn)化的方法除去，如CO、H2可點(diǎn)燃或通過(guò)灼熱的CuO除去。③某些可燃性氣體可以采用收集的方法除去(如圖丁)，如CH4、C2H4、H2、CO等。④對(duì)于溶解度很大、吸收速率很快的氣體，吸收時(shí)應(yīng)防止倒吸，典型裝置如圖乙。常見的防倒吸裝置還有如下改進(jìn)裝置(以NH3的吸收為例，未注明的液體為水)。智能點(diǎn)二裝置的改進(jìn)或創(chuàng)新1.氣體制備裝置的改進(jìn)(1)改進(jìn)的目的：用于加熱易熔化的固體物質(zhì)的分解，這樣可有效地防止固體熔化時(shí)造成液體的倒流，如草酸晶體受熱分解制取CO2氣體。(2)“固體＋液體→氣體”裝置的創(chuàng)新(3)“固(液)＋液eq\o(→,\s\up7(△))氣體”裝置的創(chuàng)新圖A的改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)是能控制反應(yīng)液的溫度。圖B的改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)是使圓底燒瓶和分液漏斗中的氣體壓強(qiáng)相等，便于液體順利流下。2.洗氣裝置的創(chuàng)新——雙耳球吸收法如圖中，由于雙耳球上端球形容器的容積較大，能有效地防止倒吸。故該裝置既能除去氣體中的氣態(tài)雜質(zhì)，又能防止倒吸。3.集氣裝置的創(chuàng)新——排液集氣裝置（1）裝置(Ⅰ)從a管進(jìn)氣b管出水可收集難溶于水的氣體，如H2、O2等。若將廣口瓶中的液體更換，還可以收集以下氣體。①飽和食鹽水——收集Cl2。②飽和NaHCO3溶液——收集CO2。③飽和NaHS溶液——收集H2S。④四氯化碳——收集HCl或NH3。（2）裝置(Ⅱ)儲(chǔ)氣式集氣。氣體從橡膠管進(jìn)入，可將水由A瓶排入B瓶，在瓶A中收集到氣體?！镜淅饰觥扛哳l考點(diǎn)1考查常見氣體的制備例1．（2021·江蘇高三二模）燃煤和工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的SKIPIF1<0過(guò)量排放會(huì)形成酸雨。SKIPIF1<0是重要的化工原料，可作漂白劑。在接觸法制硫酸的工業(yè)中，SKIPIF1<0發(fā)生的反應(yīng)為：SKIPIF1<0SKIPIF1<0。用下列裝置進(jìn)行SKIPIF1<0制取、性質(zhì)驗(yàn)證和尾氣處理，其中不能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖茿．圖甲：制取 B．圖乙：驗(yàn)證其還原性C．圖丙：驗(yàn)證其漂白性 D．圖?。何矚馓幚怼窘馕觥緼．濃硫酸與銅反應(yīng)制取二氧化硫需加熱，則圖甲能實(shí)現(xiàn)，故A不選；B．二氧化硫能與酸性高錳酸鉀溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，則圖乙可實(shí)現(xiàn)，故B不選；C．二氧化硫?yàn)樗嵝匝趸铮芘c堿反應(yīng)生成鹽和水，所以二氧化硫能使滴有酚酞的氫氧化鈉溶液褪色，則未體現(xiàn)其漂白性，故丙圖不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，故選C；D．為防止二氧化硫與氫氧化鈉溶液反應(yīng)發(fā)生倒吸現(xiàn)象，則應(yīng)鏈接倒扣漏斗或者其他防倒吸裝置來(lái)對(duì)二氧化硫進(jìn)行尾氣處理，則丁圖能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，故D不選；答案選C【答案】C【名師點(diǎn)睛】本題考查考查SO2的實(shí)驗(yàn)室制備及其性質(zhì)的驗(yàn)證以及尾氣處理，只要按實(shí)驗(yàn)室制備常見氣體的流程進(jìn)行思考，結(jié)合SO2的的性質(zhì)就能正確解題?！咀兪接?xùn)練】（2021·湖北高三其他模擬）根據(jù)裝置和下表內(nèi)的物質(zhì)(省略?shī)A持、凈化以及尾氣處理裝置，圖1中虛線框內(nèi)的裝置是圖2)，能完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖沁x項(xiàng)a中的物質(zhì)b中的物質(zhì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、試劑和操作?shí)驗(yàn)?zāi)康腸中的物質(zhì)進(jìn)氣方向A濃氨水堿石灰收集氨氣飽和NH4Cl溶液N→MB濃硝酸Na2SO3檢驗(yàn)SO2的氧化性品紅溶液M→NC稀硝酸Cu收集NO水N→MD濃鹽酸MnO2檢驗(yàn)Cl2的氧化性Na2S溶液M→NA．A B．B C．C D．D【解析】A．濃氨水與堿石灰不加熱可以制取氨氣，但NH3極易溶于水，在c中收集不到NH3，故A不符合題意；B．濃HNO3有強(qiáng)氧化性，Na2SO3有強(qiáng)還原性，濃HNO3與Na2SO3發(fā)生氧化還原反應(yīng)，不產(chǎn)生SO2，故B不符合題意；C．稀HNO3與Cu反應(yīng)產(chǎn)生NO氣體，NO不溶于水，用排液法收集，短進(jìn)長(zhǎng)出，即N進(jìn)M出，故C符合題意；D．濃鹽酸與MnO2反應(yīng)需要加熱才能發(fā)生反應(yīng)，生成Cl2，圖中缺少酒精燈，故D不符合題意；答案為C。【答案】C高頻考點(diǎn)2考查氣體制備裝置的創(chuàng)新應(yīng)用例2.實(shí)驗(yàn)的探究和創(chuàng)新是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。某?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)小組為了探究SO2和Cl2(水溶液)的漂白性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了如下圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置：

(1)儀器a的名稱是_______________________。(2)他們制備SO2的反應(yīng)原理為SKIPIF1<0，根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，制備SO2應(yīng)選用上圖中的_________裝置。(填A(yù)或E)(3)在制備Cl2時(shí)他們使用了濃鹽酸，結(jié)合另一發(fā)生裝置的特點(diǎn)，請(qǐng)你寫出制備Cl2的反應(yīng)方程式__________________________，該反應(yīng)在含4mol濃鹽酸的反應(yīng)體系中充分反應(yīng)，生成的Cl2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為___________22.4L。(填“>”或“＜”或“=”)(4)反應(yīng)開始后，發(fā)現(xiàn)B、D兩支試管中的品紅溶液都褪色，停止通氣后，分別加熱兩支試管中的液體，B試管中的現(xiàn)象是_______________。(5)C燒杯中NaOH溶液的作用是_________________。(6)該小組同學(xué)將兩種氣體混合后通入品紅溶液，一段時(shí)間后，品紅溶液幾乎不褪色。查閱資料得知：兩種氣體按體積比1:1混合，再與水反應(yīng)可生成兩種常見的酸，因而失去漂白作用，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式__________________?！敬鸢浮?1)分液漏斗(2)A(3)SKIPIF1<0＜(4)溶液由無(wú)色變?yōu)榧t色(5)尾氣處理，或吸收多余的SO2和C12(6)SKIPIF1<0【解析】(1)由儀器a的構(gòu)造可知a為分液漏斗，故答案為：分液漏斗；(2)由制備原理可知制備二氧化硫常溫下即可實(shí)現(xiàn)，選用裝置A，故答案為：A；(3)實(shí)驗(yàn)室制取氯氣所用藥品是固體和液體，反應(yīng)條件是加熱，所以應(yīng)選用E裝置，實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的反應(yīng)方程式為：SKIPIF1<0；隨反應(yīng)的進(jìn)行鹽酸的濃度降低，而稀鹽酸不能與二氧化錳反應(yīng)制氯氣，因此含4mol濃鹽酸的反應(yīng)體系中實(shí)際反應(yīng)的HCl的量小于4mol，則產(chǎn)生氯氣的物質(zhì)的量小于1mol，標(biāo)況下的體積小于22.4L；故答案為：SKIPIF1<0；<；(4)氯氣與水反應(yīng)生成次氯酸，二氧化硫以及次氯酸都具有漂白性，可使品紅褪色，次氯酸的漂白性是利用次氯酸的強(qiáng)氧化性，二氧化硫的漂白性是利用二氧化硫和有色物質(zhì)生成無(wú)色物質(zhì)，次氯酸的漂白性是永久性的，二氧化硫的漂白性是暫時(shí)的；加熱時(shí)，次氯酸漂白過(guò)的溶液無(wú)變化，二氧化硫和有色物質(zhì)生成的無(wú)色物質(zhì)不穩(wěn)定，加熱時(shí)能重新變成紅色，故答案為：溶液由無(wú)色變?yōu)榧t色；(5)氯氣和二氧化硫有毒，不能排放到空氣中，但氯氣和二氧化硫都和堿反應(yīng)，所以裝置C的作用是吸收多余的氯氣和二氧化硫，故答案為：尾氣處理，或吸收多余的SO2和Cl2；(6)氯氣有強(qiáng)氧化性，二氧化硫有還原性，二者能按1：1發(fā)生氧化還原反應(yīng)：SKIPIF1<0生成無(wú)漂白性的H2SO4和HCl，故答案為：SKIPIF1<0。【名師點(diǎn)睛】本題考查SO2和Cl2的實(shí)驗(yàn)室制備及其性質(zhì)的驗(yàn)證，傳統(tǒng)的方法是分別實(shí)驗(yàn)，只能分別記錄現(xiàn)象再進(jìn)行對(duì)比，不夠直觀，面本題進(jìn)行了操作方法的創(chuàng)新，兩種氣體同時(shí)制備并驗(yàn)證其性質(zhì)，現(xiàn)象對(duì)比直觀，且尾氣同時(shí)處理，體現(xiàn)了創(chuàng)新精神。【變式訓(xùn)練】化學(xué)實(shí)驗(yàn)有助于理解化學(xué)知識(shí)，形成化學(xué)觀念，提高探究與創(chuàng)新能力。（1）查閱資料可知：2KMnO4+16HCl（濃）═2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+2H2O。某同學(xué)設(shè)計(jì)圖1所示裝置來(lái)制備純凈、干燥的氯氣，其中實(shí)驗(yàn)裝置或試劑有錯(cuò)誤的是（_____）A．①②B．②C．②③D．①③（2）將圖1裝置修改正確后，虛框④是收集Cl2的裝置，請(qǐng)從圖2中選用合適的裝置__。（3）將制得的Cl2進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，裝置如圖3所示（加熱裝置省略），請(qǐng)回答以下問(wèn)題。①裝置E中可觀察到________________；反應(yīng)的化學(xué)方程式_____________________。②裝置F在反應(yīng)中的作用是_____________。A．收集Cl2B．防止倒吸C．混合氣體③裝置G所得的溶液中具有漂白性的分子是____，將G所得飽和溶液置于光照下一段時(shí)間，溶液中大量減少的粒子有（除H2O分子外）______。（至少寫2種）④裝置H的作用_______________。（4）工業(yè)漂白粉常用Cl2與石灰乳反應(yīng)制得，反應(yīng)方程式為_________________。家庭使用漂白粉時(shí)，為了增強(qiáng)漂白性可滴加的用品是____________?！敬鸢浮浚?）C（2）C（3）①劇烈反應(yīng)，生成棕