2017版步步高初高中化學(xué)(通用)銜接教材：第9講 常見氣體的實驗室制備

1、第9講常見氣體的實驗室制備教材分析初中教材要求高中教材要求已掌握實驗室制備O2、H2、CO2的常見化學(xué)原理和相應(yīng)的氣體發(fā)生裝置，能選用恰當(dāng)方法收集并檢驗氣體。進一步學(xué)習(xí)Cl2、NH3、NO、SO2、C2H4等氣體的實驗室制備化學(xué)原理，學(xué)會根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理選擇恰當(dāng)?shù)臍怏w發(fā)生裝置。學(xué)會根據(jù)化學(xué)原理分析制備氣體中可能含有的雜質(zhì)，從而選用恰當(dāng)試劑和裝置除去這些雜質(zhì)，以制備純凈、干燥的氣體。進一步學(xué)會依據(jù)氣體性質(zhì)選擇恰當(dāng)方法進行氣體的收集、尾氣處理等，從而掌握實驗室制備氣體裝置的基本流程：發(fā)生裝置除雜裝置干燥裝置收集裝置尾氣吸收裝置。(高中教材無章節(jié)專門講解)1氧氣的實驗室制備(1)反應(yīng)原理高錳酸鉀固體

2、加熱分解制備：2KMnO4K2MnO4MnO2 O2。常溫下，用過氧化氫溶液和二氧化錳反應(yīng)制備2H2O22H2OO2。(2)發(fā)生裝置圖1原理中反應(yīng)物為固體，且需不斷加熱，一般選用圖1裝置。在本發(fā)生裝置中，為了防止生成的細小顆粒堵塞導(dǎo)管，在大試管口可放一松軟棉花球，以吸附這些細微顆粒。加熱時，一般先均勻加熱整個試管，后集中于反應(yīng)物固體部位加熱。如果使用排水法收集氣體，當(dāng)停止制氣時，應(yīng)先從水槽中把導(dǎo)管撤出，然后再撤走酒精燈，以防止(冷)水倒流進入氣體發(fā)生裝置中，使(熱)試管破裂。原理中反應(yīng)物過氧化氫是液體，MnO2 是固體，反應(yīng)不需加熱，一般選用圖2中裝置。在本反應(yīng)原理中的兩種反應(yīng)物一般分開放置，

3、其中固體(也可以是液體)放置在平底燒瓶、廣口瓶或錐形瓶等適合反應(yīng)的容器中，另一種液體可放在分液漏斗或長頸漏斗中。一般氣體發(fā)生裝置只能有一個導(dǎo)氣口，因此用長頸漏斗組裝氣體發(fā)生裝置時，長頸漏斗下端要伸到液面以下，用液體封住下端口，從而防止氧氣從長頸漏斗逸出。圖2(3)收集方法因為氧氣是不溶于水、密度比空氣大的氣體，實驗室既可以用排水法收集氧氣，也可以用向上排空氣法收集氧氣。當(dāng)然，有時也可以用氣球、氧氣袋收集。為保證盡可能將集氣瓶中的空氣排凈，用向上排空氣法收集氧氣時，導(dǎo)管口要插到集氣瓶底部；而用排水法收集氧氣時，不能一有氣泡產(chǎn)生就收集(開始排出氣體實為裝置內(nèi)的空氣)，要等到氣泡均勻冒出時，再開始收

4、集氣體。(4)驗滿方法排水法收集氣體時，直接觀察瓶體中的水是否被排出或瓶口是否有氣泡冒出，即可驗滿。用排空氣法收集O2時，檢驗O2收集滿的方法是把帶火星的木條放在集氣瓶口，若復(fù)燃，證明氧氣收集滿了。(5)集氣瓶放置存有氣體的集氣瓶在放置時，應(yīng)盡量避免氣體因本身慣性而逸出，一般比空氣輕的氣體，容易上升；而密度比空氣重的氣體，容易下降。前者通常將集氣瓶倒放，后者常將集氣瓶正放。2二氧化碳的實驗室制法(1)反應(yīng)原理：實驗室一般用石灰石(碳酸鈣)和稀鹽酸制備CaCO3 2HCl=CaCl2CO2H2O。一般不能用碳酸鈉代替大理石，碳酸鈉通常是粉末狀態(tài)，和稀鹽酸反應(yīng)時反應(yīng)速率太快，不宜收集氣體；也不能用

5、濃鹽酸代替稀鹽酸，因為濃鹽酸易揮發(fā)，收集的CO2氣體中就會混有較多的HCl氣體，更不能用稀硫酸代替稀鹽酸，因為生成的CaSO4微溶于水，會覆蓋在大理石表面，阻止反應(yīng)繼續(xù)進行。當(dāng)然直接用碳酸鈉和稀硫酸是可以連續(xù)產(chǎn)生氣體的，同樣因為速率過快，不宜收集，也不是好的實驗室制備方法。(2)發(fā)生裝置碳酸鈣為塊狀、不溶性固體，鹽酸為液體，常溫下二者即可反應(yīng)，實驗室一般用圖2中裝置進行氣體制備。實驗室制備二氧化碳的經(jīng)典裝置是啟普發(fā)生器，該裝置操作靈活，使用方便，但制作工藝要求高，價格較高，中學(xué)實驗室一般不再使用此裝置制備氣體。(3)收集方法CO2密度比空氣大、微溶于水，所以一般用向上排空氣法收集，而不用排水法

6、收集。(4)驗滿方法將燃著的木條放在集氣瓶口，若木條熄滅，證明CO2已收集滿。(5)集氣瓶放置CO2密度比空氣大，集氣瓶正放，保存效果好。資料卡片啟普發(fā)生器英文名：Gas generators一種實驗室常用的氣體發(fā)生裝置，是荷蘭科學(xué)家啟普(Petrus Jacobus Kipp 18081864)發(fā)明的，并以他的姓命名。它用普通玻璃制成，構(gòu)造見下圖，由球形漏斗、容器和導(dǎo)氣管三部分組成。應(yīng)用范圍：啟普發(fā)生器是用固體與液體試劑在常溫條件(不用加熱)下起反應(yīng)制取氣體的典型裝置。如氫氣、二氧化碳等均可以用它來制取。固體呈粉末狀、固體與液體相遇后溶解、反應(yīng)過程中放熱產(chǎn)生高溫氣體，如二氧化硫、二氧化氮等，

7、都不適宜用此裝置制取。1氣體發(fā)生裝置的選擇(1)實驗室制取氣體，首先要選擇合適的反應(yīng)裝置，選擇依據(jù)是反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件，初中我們所學(xué)的反應(yīng)裝置主要有以上兩類(見圖1和圖2裝置)，圖1裝置適用于反應(yīng)物為固體(不能出現(xiàn)液體)，且需加熱才能發(fā)生的反應(yīng)，圖2裝置適用于反應(yīng)物為液體和固體、液體和液體，但不需加熱就能發(fā)生的反應(yīng)?！纠}1】已知實驗室可以采用氯酸鉀(KClO3)固體和二氧化錳(MnO2)固體共熱來制取氧氣，反應(yīng)方程式為2KClO32KCl3O2，若用該反應(yīng)制備氧氣，應(yīng)該選擇的發(fā)生裝置為_(填“圖1”或“圖2”)?！纠}2】實驗室用鋅粒和稀硫酸反應(yīng)制取H2，反應(yīng)方程式為ZnH2SO4 =Z

8、nSO4H2，可以采用的發(fā)生裝置為_(填“圖1”或“圖2”)。【例題3】實驗室用銅片和濃硫酸共熱可制取二氧化硫，反應(yīng)方程式為 Cu2H2SO4 (濃)CuSO4 SO22H2O，制備該氣體時能否選用圖2中的發(fā)生裝置。為什么？ (2)實驗室制備氣體的常見發(fā)生裝置如下：氣體發(fā)生裝置示意圖反應(yīng)物狀態(tài)及加熱條件固態(tài)反應(yīng)物，加熱(不能有液體)液體和固體、液體和液體，不加熱液體和固體、液體和液體，加熱可以制取的氣體O2、NH3O2、H2、CO22氣體的凈化(干燥)裝置氣體的凈化就是除去氣體中含有的其他雜質(zhì)，氣體的干燥是指除去氣體中存在的水蒸氣，二者本質(zhì)是一樣的，一般原理都是選擇恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑，吸收或反應(yīng)消

9、耗雜質(zhì)、水蒸氣，但又不能與該氣體發(fā)生反應(yīng)。像干燥CO2、SO2等酸性氣體時，不能選用堿石灰、固體燒堿等堿性類試劑，既可選用濃硫酸、五氧化二磷等酸性試劑，也可選用無水氯化鈣、硅膠等中性試劑。凈化或干燥儀器和凈化劑、干燥劑的狀態(tài)有關(guān)，如果是液態(tài)類物質(zhì)，通常用洗氣瓶；如果是固態(tài)類物質(zhì)，可選用干燥管或U形管。(1)常見干燥劑及其干燥對象、存放儀器常見干燥劑液態(tài)干燥劑固態(tài)干燥劑濃硫酸無水氯化鈣堿石灰存放儀器洗氣瓶球形干燥管 U形管可干燥氣體H2、O2、CO2、N2、COH2、O2、CO2、N2、COH2、O2、NH3、N2、CO不可干燥氣體NH3NH3HCl、CO2、Cl2、SO2氣流方向氣體a進b出(

10、長進短出)氣體a進b出(大進小出)(2)常見凈化裝置試劑狀態(tài)液體固態(tài)裝置洗氣瓶雙通硬質(zhì)玻璃管球形干燥管實例用NaOH溶液除去O2中的CO2灼熱的銅絲除去氮氣中的O2堿石灰除去氨氣中的水蒸氣或CO2氣流方向長進短出左進右出大進小出3.氣體的收集裝置一般根據(jù)氣體在水中溶解性和密度不同確定氣體的收集方法，如果氣體不能和水發(fā)生反應(yīng)，在水中溶解度也不大，就可以采用排水法收集(也可用其他不溶解氣體的飽和溶液代替水，如可用排飽和碳酸氫鈉溶液收集CO2氣體)。如果氣體不能和空氣中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，就可用排空氣法收集，根據(jù)氣體和空氣的密度不同(相對分子質(zhì)量大于29的比空氣重，否則比空氣輕)，又分為向上排空氣法和向

11、下排空氣法，和空氣密度相差越大，效果越好，如果和空氣密度接近，收集氣體往往不純，排空氣法收集氣體純度一般不如排水法。氣體性質(zhì)不溶于水、不和水反應(yīng)比空氣輕、不和空氣反應(yīng)比空氣重、不和空氣反應(yīng)收集方法排水法向下排空氣法向上排空氣法收集裝置氣流方向短進長出開放式：(玻璃片或棉花球)封閉式(氣體A進空氣B出)開放式封閉式(氣體B進空氣A出)實例H2、O2、N2、COCH4、H2、NH3SO2、O2、Cl2、CO24.制取干燥純凈氣體的基本流程【例題4】實驗室用二氧化錳(MnO2)固體和濃鹽酸共熱來制取氯氣(Cl2)，反應(yīng)方程式為MnO24HCl(濃)MnCl2Cl22H2O(已知Cl2能溶于水，難溶于

12、飽和氯化鈉溶液，有毒，能與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)，HCl極易溶于水)(1)根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件分析，組裝氣體發(fā)生裝置的主要玻璃儀器有_。(2)根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件分析，氯氣中可能混有的雜質(zhì)氣體有_，除去這些氣體的對應(yīng)試劑應(yīng)選擇_。應(yīng)先除去_，再除去_。(3)可以采用_、_法收集氯氣。(4)多余的Cl2能否排入大氣？_，若不能，應(yīng)采用什么方法吸收多余的尾氣？_。實驗室制備干燥純凈氣體的一般流程其中發(fā)生裝置類型由反應(yīng)物狀態(tài)及是否加熱決定；除雜試劑或干燥劑的選擇取決于氣體及其所含雜質(zhì)的性質(zhì)差異，除雜裝置取決于除雜試劑和干燥劑的狀態(tài)；收集裝置取決于氣體本身的性質(zhì)，如氣體溶解性、與空氣的密度差

13、異等；理論上多余氣體都不能直接排放到空氣中去，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)脑噭┤芙饣蚍磻?yīng)吸收，其原理類似于除雜或干燥。按此流程組裝好裝置后，在加入藥品正式制備氣體之前，必須對該系統(tǒng)進行氣密性檢查，有關(guān)氣體實驗的“氣密性檢查”方法詳見第10講。相應(yīng)的實驗室裝置示意圖如下(以實驗室制取Cl2為例)：5防倒吸裝置在某些實驗中，由于吸收液的倒吸，會對實驗產(chǎn)生不良影響，如玻璃儀器的破裂、反應(yīng)試劑的污染等。因此，在有關(guān)實驗中必須采取一定的措施防止液體的倒吸。液體為什么會倒吸呢？主要原因是因內(nèi)部壓強減小，造成外界壓強大于內(nèi)部壓強，把液體壓入內(nèi)部容器。造成內(nèi)部壓強減小的原因主要有兩種：一是在制取氣體的結(jié)束階段，氣體的量逐漸減

14、少，壓強減?。涣硪环N是生成的氣體極易被吸收液吸收(溶解或反應(yīng))，導(dǎo)致內(nèi)部壓強迅速減小。常見的防止倒吸裝置如下表：裝置類型裝置示意圖防倒吸原理裝置組裝要點倒置漏斗式漏斗容積較大，容納水多。當(dāng)水倒吸進漏斗后，引起燒杯內(nèi)液面下降，漏斗邊緣與燒杯中水分離后，漏斗中的水又落回?zé)袣庖撼浞纸佑|，吸收效果好。但漏斗邊緣只能剛好沒過液面，不能插入太深，否則不能防倒吸肚容緩沖式干燥管(燒瓶)容積較大，可容納較多的水倒吸其中，當(dāng)干燥管與燒杯中液體分離后，倒吸入其中的液體因重力作用落回?zé)袣庖航佑|，吸收效果好。第1個裝置中左邊的導(dǎo)管要長，否則不能防倒吸。和上欄一樣，第2個裝置中下端不能插入過深隔離式導(dǎo)氣管末端不

15、插入液體中，導(dǎo)氣管與液體呈隔離狀態(tài)，液體自然無法倒吸氣體與液體不接觸，吸收效果較差分液式氣體通過水伸入CCl4(不溶于水，密度比水大的有機溶劑)，氣體不溶于CCl4，不會倒吸，氣體因慣性自下往上經(jīng)過水時，可被充分吸收氣液逆流充分接觸，吸收效果好，一般多用于溶解氣體蓄液安全瓶式發(fā)生倒吸時，液體會首先儲存在前一容器中，容積大小不同，補救時間長短也不同。前一容器又稱安全瓶吸收效果一般。安全瓶中兩個導(dǎo)管口都只稍露出即可。理論上不及時補救，液體也會倒吸入其他容器(滿分50分限時30 min)一、選擇題(本題包括5小題，每小題4分，共20分，每小題有12個正確答案，全對得4分，不全對得2分。)1以下各種吸

16、收尾氣的裝置中，適合于吸收易溶于水的氣體且能防止倒吸的是()2用下列實驗裝置完成對應(yīng)實驗(部分儀器已省略)，能達到實驗?zāi)康牡氖?)A干燥氫氣 B吸收HClC吸收NH3 D聞氣味3用下列實驗裝置完成對應(yīng)的實驗(部分儀器已省略)，不能達到目的的是()4下列有關(guān)實驗原理或操作正確的是()A選擇合適的試劑，用圖1所示裝置可分別制取少量CO2、O2B實驗室與碳酸鈣反應(yīng)制備純凈CO2，濃鹽酸比稀鹽酸效果更好C洗滌沉淀時(見圖2)，向漏斗中加適量水，攪拌并濾干D用鋅粒和稀硫酸為試劑，用圖3裝置可制取少量氫氣5擬用下圖裝置制取表中的四種干燥、純凈的氣體(圖中鐵架臺、鐵夾、加熱及收集裝置均已略去；必要時可加熱；

17、a、b、c、d表示相應(yīng)儀器中加入的試劑)。由此所得實驗結(jié)論正確的是()氣體abcdCO2Na2CO3粉末稀鹽酸濃H2SO4NaOH溶液O2雙氧水MnO2H2O濃H2SO4H2濃鹽酸鋅粒濃H2SO4H2OHClNaCl固體濃H2SO4NaOH溶液濃H2SO4A.能制得干燥純凈的CO2B能制得干燥純凈的O2C能制得干燥純凈的H2D能制得干燥純凈的HCl二、填空題(本題包括3小題，共30分)6(10分)常見儀器的使用、常見氣體的制取是初中化學(xué)實驗的基礎(chǔ)內(nèi)容。請根據(jù)下列實驗裝置回答問題。(1)E裝置中除導(dǎo)氣管外，另兩種儀器的名稱是_、_。B中儀器的名稱是_。(2)使用A裝置制取氣體，對反應(yīng)物狀態(tài)的要求

18、是_，用B裝置制取氣體時，除要求是固體與液體間反應(yīng)外，還應(yīng)滿足的條件是_。(3)選擇_(填一種裝置序號，下同)與E組合裝置可制取少量氧氣，實驗結(jié)束時的操作要點是_。先在D裝置中加滿水后，氣體從_(選“a”或“b”)進，也能達到和E相同的效果。(4)用C裝置可以收集O2、CH4、NH3、Cl2中的_(填化學(xué)式)，選用D裝置也能達到同樣效果，此時要求氣體從_(選“a”或“b”)進入。7(8分)歸納與演繹是重要的科學(xué)方法，也是常用的化學(xué)學(xué)習(xí)方法，請用該方法解決下列問題。(1)我們已經(jīng)學(xué)過實驗室制取O2、H2、CO2 三種氣體的反應(yīng)原理、制取與收集方法。請你歸納出選擇實驗室制取氣體反應(yīng)發(fā)生裝置，主要考

19、慮因素有_(填序號)。反應(yīng)物的狀態(tài)生成氣體的溶解性反應(yīng)條件原料為純凈物氣體的密度(2)研究課上，小明同學(xué)為了探究氨氣的某些性質(zhì)，做了以下實驗(從左向右依次是他所做實驗及現(xiàn)象)。通過實驗，小明同學(xué)可得出氨氣的三點性質(zhì)，分別是_；_；_。(3)在獲得氨氣的主要性質(zhì)后，小明決定自己來制取氨氣，他先查閱了有關(guān)資料，知道可通過多種反應(yīng)得到NH3，他準備分別用以下兩種化學(xué)反應(yīng)來制備氨氣，請結(jié)合所學(xué)幫助他完成氨氣的實驗制備方案。2NH4Cl(固體)Ca(OH)2(固體)CaCl22NH32H2OCaO(固體)NH3H2O(濃)=NH3Ca(OH)2 若選擇反應(yīng)作為實驗室制取NH3的反應(yīng)原理，需要用上圖裝置中

20、的_作NH3發(fā)生裝置，若用E來收集氨氣，實驗過程中產(chǎn)生的后果是_，若用D裝置來收集，氣體由_端導(dǎo)入。若選擇反應(yīng)作為實驗室制取NH3的反應(yīng)原理，需要用上圖裝置中的_作NH3發(fā)生裝置。8(12分)下圖A、B、C、D是實驗室常用的氣體發(fā)生裝置，E和F是常見的除雜或干燥裝置，G和H是常用的氣體收集裝置，請回答下列問題：(1)請寫出在裝置C中放入氯酸鉀和二氧化錳混合物加熱制取氧氣的化學(xué)方程式_。(2)已知過氧化鈉(Na2O2)是一種淡黃色固體，常溫下可與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氧氣。如果在實驗室中用B作氣體發(fā)生裝置，用過氧化鈉和水反應(yīng)來制取一瓶干燥的氧氣，所選裝置的正確連接順序是(填寫管口字母)_。若只改變

21、B裝置中的藥品，仍采用已連接的整套裝置，還可以用來制取的氣體是_(在H2、CO2中選擇)。(3)裝置A和C都可以作為實驗室制取氧氣的發(fā)生裝置，A和C相比，具有較多優(yōu)點，請寫出其中的一條_。(4)已知無水酒精和濃硫酸在加熱時可生成不溶于水，不和空氣、酸、堿等反應(yīng)的乙烯(C2H4)氣體，但其中會混進CO2、SO2、水蒸氣。在實驗室應(yīng)選擇_(填字母代號)作為氣體發(fā)生裝置，為除去乙烯氣體中的CO2、SO2氣體，所選裝置的正確連接順序是氣體發(fā)生裝置_(填寫管口字母)。答案精析【例題1】圖1【例題2】圖2【例題3】不能選用圖2中裝置。因為此反應(yīng)需要加熱，圖2裝置中容器一般都不宜于加熱，所以圖2裝置不可用。

22、解析雖然生成SO2的反應(yīng)物中既有液體也有固體，但需在加熱條件下才能產(chǎn)生。如果選用圖2裝置進行反應(yīng)，銅片無論是放在平底燒瓶還是廣口瓶中，或者是錐形瓶中，這些容器一般都不宜用于加熱，所以圖2裝置不可用。圖3顯然，我們只需將圖2中平底燒瓶、廣口瓶或錐形瓶改成大試管、圓底燒瓶等可加熱玻璃容器。大試管的底面積較小，可直接加熱，但由于容量小，制備氣體量少，一般都會選用圓底燒瓶。圓底燒瓶瓶底較大，一般不宜直接加熱，需要通過石棉網(wǎng)進行間接加熱。由于高中階段制備氣體大多對環(huán)境有危害，為減少這些氣體的外逸，一般都選用分液漏斗，它既可以減少氣體的逸出，又能有效控制加入液體的量，從而控制產(chǎn)生氣體的量，實驗室用于固體和液體通過加熱制備氣體的常用發(fā)生裝置，如圖3所示?！纠}4】(1)圓底燒瓶、分液漏斗、酒精燈(2)HCl、水蒸氣飽和食鹽水、濃硫酸HCl水蒸氣(3)排飽和食鹽水向上排空氣(4)不能，可用氫氧化鈉溶液吸收解析(1)反應(yīng)物為液體和固體且在加熱條件下反應(yīng)，故選擇圖3裝置即圓底燒瓶分液漏斗酒精燈。(2)反應(yīng)物之一為濃鹽酸，濃鹽酸具有揮發(fā)性，因此氯氣中既會混有揮發(fā)出的HCl氣體，也會含水蒸氣。根據(jù)題給信息，可用飽和氯化鈉溶液除去HCl，用濃硫