高考化学气体的实验室制备 6页

‎09届高三化学气体的实验室制备 ‎（一）、气体发生装置的类型 根据反应原理、反应物状态和反应所需条件等因素来选择反应装置。‎ ‎1．固体或固体混合物加热制备气体，可用实验室制备氧气的装置。如右图所示，可制备的气体有O2、NH3、CH4等。‎ 该实验装置要注意：（l）试管口应稍向下倾斜，以防止产生的水蒸气在管口冷凝后倒流而引起试管破裂。（2）铁夹应夹在距试管口 l/3处。（3）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。‎ ‎2．块状固体与液体的混合物在常温下反应制备气体可用启普发生器制备，当制取气体的量不多时，也可采用简易装置，如右图。‎ 可制备气体有：H2、CO2、H2S等。‎ 实验时要注意：①在用简易装置时，如用长颈漏斗，漏斗颈的下口应伸入液面以下，否则起不到液封的作用；②加入的液体反应物（如酸）要适当。‎ ‎3．固体与液体或液体与液体的混合物加热制备气体，可用实验室制备氯气的装置，如右图所示。可制备的气体有：Cl2、HCl、CH2=CH2等。‎ 实验时要注意：①先把固体药品加入烧瓶，然后加入液体药品。②要正确使用分液漏斗。‎ ‎（二）、几种气体制备的反应原理 ‎1、O2 2KClO32KCl+3O2↑ 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑‎ ‎ 2H2O22H2O+O2↑‎ ‎2、NH3 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O ‎ ‎ NH3·H2ONH3↑+H2O ‎3、CH4 CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑‎ ‎4、H2 Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑‎ ‎5、CO2 CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O ‎6、H2S FeS+H2SO4(稀)=FeSO4+H2S↑‎ ‎7、SO2 Na2SO4+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2↑+H2O ‎8、NO2 Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O ‎9、NO 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ‎10、C2H2 CaC2+2H2O→Ca(OH)2+CH≡CH↑‎ ‎11、Cl2 MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O ‎12、HCl NaCl(固)+H2SO4(浓)NaHSO4+HCl↑ NaCl(固)+NaHSO4Na2SO4+HCl↑‎ ‎2NaCl(固)+H2SO4(浓)Na2SO4+2HCl↑‎ ‎13、C2H‎4 C2H5OHCH2=CH2↑+H2O ‎14、N2 NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O（了解）‎ ‎（三）、气体的收集 ‎1．排水集气法 难溶或微溶于水，与水不发生化学反应的气体，都可用排水集气法收集。例如H2、O2、NO、CO、CH4、CH2＝CH2、CH≡CH等。用排水集气法收集气体时，导管口只能伸入集气瓶内少许。‎ ‎2．排空气集气法 不与空气发生反应，且其密度与空气密度相差较大的气体，都可用排空气集气法收集。空气的平均式量是29，式量大于29的气体如Cl2、HCl、CO2、SO2、H2S气体可用瓶口向上的排空气法收集。如式量小于29的气体，如H2、NH3、CH4可用瓶口向下的排空气取气法收集。用排空气法收集气体时，导管一定要伸入集气瓶底部，把空气尽量排出。为减少空气向瓶内扩散，集气瓶口可盖上毛玻璃片。如用试管收集时，可在试管口轻轻塞上一小团疏松的棉花。‎ ‎(四)、气体的净化与干燥 ‎1．气体的净化与干燥装置 气体的净化常用洗气瓶、干燥管。如图所示。‎ ‎2．气体的净化 选择气体吸收剂应根据气体的性质和杂质的性质而确定，所选用的吸收剂只能吸收气体中的杂质，而不能与被提纯的气体反应。 一般情况下：①易溶于水的气体杂质可用水来吸收；②酸性杂质可用碱性物质吸收；③‎ 碱性杂质可用酸性物质吸收；④水分可用干燥剂来吸收；⑤能与杂质反应生成沉淀（或可溶物）的物质也可作为吸收剂。‎ ‎3．气体干燥剂 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、五氧化二磷、硅胶。酸性干燥剂能够干燥显酸性或中性的气体，如CO2、SO2、NO2、HCI、H2、Cl2 、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CaCI2来干燥NH3（因生成 CaCl2·8NH3），不能用浓 H2SO4干燥 NH3、H2S、HBr、HI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、Br2（蒸气）等可用NaOH溶液吸收；尾气H2S可用CuSO4或NaOH溶液吸收；尾气CO可用点燃法，将它转化为CO2气体。‎ 典型例题 ‎[例1]下列反应适用于实验室制氢气的是（ ）。‎ ‎①锌与稀硫酸反应②甲烷热分解③电解稀硫酸④赤热的炭与水蒸气反应 ‎ A.只有① B.①② C.①③ D.①②④ ‎ 分析与解答：实验室里制备气体要操作简单，容易分离，经济实惠，切实可行。甲烷在高温下才能分解成 H2和 C，实验室里难办到。赤热的炭和水蒸气反应生成 CO和 H2，既难反应，又难分离，难以在实验里实现。可用锌和稀硫酸反应、电解稀硫酸的方法制取氢气。选C。‎ ‎[例2]‎ 在右图所示装置中，烧瓶中充满干燥的气体a，将滴管中的b液体挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹，烧杯中的液体b呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶，则a和b分别是（ ）。‎ 选项 a（干燥气体）‎ b（液体）‎ A NO2‎ 水 B CO2‎ ‎4mol·L－1NaOH C Cl2‎ 饱和食盐水 D NH3‎ ‎1mol·L－1HCl 分析与解答：本题为信息迁移题，将已学习的HCl、NH3溶于水的喷泉实验进行知识迁移，既要形成喷泉实验，又要液体充满烧瓶，这是本题的特点。有关化学反应为： ‎ ‎3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O， NH3＋HCI=NH4Cl。本题答案为B、D。‎ ‎[例3]将1体积选项中的一种气体与10体积O2混合后，依次通过盛有足量浓NaOH溶液的洗气瓶和盛有足量灼热铜屑的管子（假设反应都进行完全），最后得到的尾气可以是（ ）。‎ A.Cl2 B.CO C.CO2 D.N2 ‎ 分析与解答：本题将选项中的物质作为可选择的反应物，又要推出反应后的最终产物可能是选项中的何物。解题时应用选项中的四种气体，分别进行上述实验，如将B选项中的CO进行实验：CO、O2都不与NaOH溶液反应，O2与Cu反应生成CuO，CuO又与CO反应，生成CO2，尾气为CO2。同理D选项的N2进行实验，尾气为N2。正确答案为C、D。‎ ‎[例4]今有下列气体：H2、Cl2、CH4、HCl、NH3、NO、H2S、SO2，用右图装置进行实验，填写下列空白： ①当烧瓶干燥时，从A口进气可收集的气体是 ，从B口进气可收集的气体是 。‎ ‎②当烧瓶中充满水时．可用来测量 等气体的体积。③当烧瓶中装入洗液，用于洗气时，气体应从 口进入烧瓶。‎ 分析与解答：（1）本题考查学生思维的敏捷性。用排空气法来收集气体要注意气体的密度。由于H2、CH4、NH3的密度比空气小，不与空气发生反应，可用向下排空气的方法来收集，结合本题干燥烧瓶的位置特征，H2、CH4、NH3应从A口进气，把空气从B口赶出。Cl2、HCl、H2S、SO2气体的密度比空气大，与空气不发生反应，应从 B口进气，将空气从A口赶出。NO能与空气中的O2反应，不能用排空气法收集。‎ ‎（2）对于难溶于水的气体可用排水取气法收集；可以用来收集、测量的气体有H2、CH4、NO。‎ ‎（3）当烧瓶中装有洗液时，被净化、干燥的气体应从B口进入。‎ ‎[例5]（1）在没有现成的CO2气体发生器的情况下，请你选用下图中的部分仪器，装配成一个简易的、能随开随用、随关随停的CO2气体发生装置。应选用的仪器是（填入仪器的编号） 。‎ ‎（2）若用上述装置制取CO2气体，而实验室只有稀硫酸、浓硝酸、水、块状纯碱、块状大理石，比较合理的方案应选用的药品是 。‎ ‎ 分析与解答：本题要求组装一个随开随用、随关随停的CO2发生装置。即利用启普发生器的原理来制备CO2气体。细心观察所给仪器，可用球形干燥管来代替启普发生器的球形漏斗，烧杯代替反应容器，应选用的仪器是a、c、d、e。‎ 大理石与稀硫酸反应生成了微溶于水的CaSO4，阻碍了反应的进行，因而不能同时选用这两种药品。又因为块状 Na2CO3晶体溶于水，不能用启普发生器来制备 CO2。只能将浓硝酸加水稀释为稀硝酸，再与CaCO3反应制备CO2。应选用的药品是浓硝酸、水、块状大理石。‎ ‎[例6]用示意图中的简易装置可以进行气体的发生和收集：‎ ‎（l）实验前应如何检查该装置的气密性？‎ ‎（2）拔开试管 a的橡皮塞，加入10mL 6mol/L稀硝酸和‎1g薄铜片，立即将带有导管的橡皮塞塞紧试管口。反应开始时速度缓慢，逐渐加快，请写出在试管a中所发生的所有反应的化学方程式 ， ‎ ‎（3）从反应开始到反应结束，预期在试管a中可观察到哪些现象？请依次逐一写出。‎ ‎（4）在反应开始时，可观察到导管b中的水面先沿导管b慢慢上升到一定高度，此后又回落，然后有气泡从管口冒出。试说明反应开始时，导管中水面先上升的原因：‎ ‎（5）试管c收集满气体后，用拇指堵住管口，取出水槽。将管口向上，松开拇指，片刻后，再次堵住管口，将试管又再倒置于水槽中，松开拇指。此时可观察到什么现象？（97年试测题）‎ 分析与解答：解题时的思维要点是：‎ ‎①检验装置的气密性要抓住三点：紧握试管使管内气体受热膨胀；有气泡冒出；松开手后，水又回到导管中。‎ ‎②铜与稀硝酸反应生成无色难溶于水的NO，它立即被空气中的氧气所氧化．生成红棕色的二氧化氮气体，NO2易溶于水，与水反应生成硝酸，并使实验装置内的气体压强暂时减小，引起水的倒流。‎ 本题的正确答案为：（1）把导管b的下端浸入水中，用手紧握捂热试管a，导管口会有气泡冒出，松开手后，水又会回升到导管b中。‎ ‎（2）①3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ②2NO+O2=2NO2‎ ‎（3）①铜片和稀硝酸反应，有无色气泡产生，反应速率开始缓慢，逐渐加快。②试管a上部空间由无色变为浅棕色，又变为无色。③试管a中的溶液由无色变成浅蓝色。④反应结束时，铜片全部反应完。‎ ‎（4）由于反应开始时产生的NO和试管a上部空气中的O2作用生成NO2；NO2易溶于水并与水起反应；使装置内的气体压强暂时减小，所以导管中的水面会上升至一定高度。‎ ‎（5）水进入试管，上升到一定高度。试管中气体颜色由红棕色变为无色。‎