1、(四) 常见气体的实验室制备,常见气体的制备是高中化学实验中重要的组成部分,通过气体的制备实验能有效提升学生的化学核心素养。 核心素养的认知与形成 核心素养1:变化观念与平衡思想 气体制备与性质实验中,常出现实际的实验现象与预测的实验现象或理论知识不相符的情况,这其中就蕴含着“变化观念”的哲理。学习中要善于抓住这种现象,积极思考、提问、讨论、分析与总结。 核心素养2:科学探究与创新意识 气体制备与性质实验中,参与实验设计和探究,是满足研究和创造需求,发展科学探究能力和创新意识的核心所在。在具体的实验中,要善于发现和提出有探究价值的问题,设计并优化实验方案,完成实验操作。能对观察记录的实验信息进
2、行加工并获得结论;要善于在合作中分享实验探究的成果,不断完善与改进实验探究的设想,养成独立思考、敢于质疑的学习习惯。,核心素养3:证据推理与模型认知 气体制备与性质实验中,能让学生学会通过观察、实验等手段收集证据,基于事实和证据说明化学现象的本质;学会运用事实证据、物质的性质和化学变化的规律,对有关物质的性质和变化的实际问题作出有理有据的分析与说明;学会运用分析、推理等方法去认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系,解释化学现象,揭示现象的本质和规律。 核心素养4:科学态度与社会责任 所谓的社会责任,就是要培养学生具有终身学习的意识和严谨求实的科学态度;具有关注与化学有关的社会热点问题的能
3、力;具有环境保护、合理开发、持续发展、绿色化学的观念;具有热爱化学与赞赏化学对社会发展的重大贡献,且勇于承担责任的精神。 气体制备与性质实验中,要尊重实验事实,要有严谨求实的科学态度;合理使用化学药品,设计微型化、经济型和环保型的实验方案,并养成节约药品的习惯和环保意识。,1.气体实验装置的设计 (1)装置顺序:制气装置净化装置反应或收集装置除尾气装置。 (2)安装顺序:由下向上,由左向右。 (3)操作顺序:装配仪器检验气密性加入药品进行实验。,2.气体发生装置的类型 (1)装置基本类型:,(2)几种气体制备的反应原理。,3.气体的净化、干燥及其所用装置 (1) 除杂装置基本类型:根据净化药品
4、的状态及条件来设计。,(2)气体干燥剂的类型及适用对象。 常用的气体干燥剂按酸碱性可分为三类: 酸性干燥剂,如浓硫酸、五氧化二磷、硅胶等。酸性干燥剂能够干燥显酸性或中性的气体,如CO2、SO2、NO2、HCl、H2、Cl2、O2、CH4等气体。 碱性干燥剂,如生石灰、碱石灰、固体NaOH等。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。 中性干燥剂,如无水氯化钙等,可以干燥中性、酸性气体,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
5、剂,如不能用CaCl2来干燥NH3(因生成CaCl28NH3),不能用浓硫酸干燥NH3、H2S、HBr、HI等气体。,(3)气体净化与干燥装置的连接次序。 洗气装置总是进气管插入接近瓶底,出气管口略出瓶塞。干燥管总是大口进气,小口出气。 一般情况下,若采用溶液作除杂试剂,则要先除杂后干燥;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可用点燃的方法将其转化为CO2气体。,4.收集装置 (1)收集
6、的方法:根据气体的溶解性或密度确定收集的方法。 易溶于水或与水反应的气体:用向上(或下)排空气法。 与空气成分反应或与空气密度相近的气体:排水(液)法。 两种方法皆可用时,排水法收集的气体较纯。若欲制取的气体要求干燥,用排空气法或排非水溶剂法。,(2)装置基本类型:,5.尾气处理装置及安全装置 尾气的处理方法:直接排放、直接吸收、防倒吸吸收、燃烧处理。 处理装置: (1)直接吸收。,(2)防止倒吸装置的设计。 在某些实验中,由于吸收液的倒吸,会对实验产生不良的影响,如玻璃仪器的炸裂,反应试剂的污染等,因此,在有关实验中必须采取一定的措施防止吸收液的倒吸。防止倒吸一般采用的措施有: a切断装置;
7、 b设置防护装置。 常见防倒吸装置:,(3)防污染安全装置:燃烧处理或用袋装,-18-,典例(2018北京理综,28)实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。 资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。 (1)制备K2FeO4(夹持装置略),A为氯气发生装置。A中反应方程式是 (锰被还原为Mn2+)。 将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。 C中得到紫色固体和溶液,C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O,另外还有 。,-19-,(2)探究K2FeO4的性质
8、取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2,设计以下方案:,.由方案中溶液变红可知a中含有 离子,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化,还可能由 产生(用方程式表示)。 .方案可证明K2FeO4氧化了Cl-。用KOH溶液洗涤的目的是 。,-20-,解析 (1)装置A中浓盐酸与高锰酸钾反应生成氯化钾、氯化锰、氯气和水,反应方程式为2KMnO4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl2+ 5Cl2+8H2O;装置B的目的是用饱和食盐水除去氯气中混有的氯化氢气体;氯气还可能与氢氧化钾溶液反应生成氯化钾、
9、次氯酸钾和水;,-21-,-22-,答案 (1)2KMnO4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O,-23-,1,2,1.(2019安徽合肥调研)过氧化钙是一种温和的氧化剂,常温下为白色固体,易溶于酸,难溶于水、乙醇等溶剂。 (1)某实验小组拟选用如下装置(部分固定装置略)制备过氧化钙,按气流方向连接顺序为 (填仪器接口的字母编号,装置可重复使用);实验步骤如下:检验装置的气密性后,装入药品;打开分液漏斗活塞,通入一段时间气体,加热药品;反应结束后,先熄灭酒精灯,待反应管冷却至室温后,停止通入气体;拆除装置,取出产物。实验步骤的操作目的是 。,-24-,1,2,仪器C的
10、名称 ;反应结束后,经 (填操作名称)、洗涤、低温烘干可获得CaO28H2O。 装置A中发生反应的化学方程式为 ;装置B中用冰水浴控制温度,其可能的原因是 。,-25-,1,2,测定产品中CaO28H2O的含量的实验步骤如下: 步骤一:准确称取a g产品放入锥形瓶中,加入适量蒸馏水和过量的b g KI晶体,再滴入少量2 molL-1的硫酸,充分反应。 步骤二:向上述锥形瓶中加入几滴 (作指示剂)。 步骤三:逐滴加入浓度为c molL-1的Na2S2O3溶液至反应完全,滴定至终点,记录数据,再重复上述操作2次,得出三次平均消耗Na2S2O3溶液体积为V mL。则CaO28H2O的质量分数为 (用
11、含字母的式子表示)。,-26-,1,2,答案 (1)cedabe或cedbae 防止倒吸 (2)分液漏斗 过滤 Ca(OH)2+2NH4Cl CaCl2+2NH3+2H2O 温度低可减少过氧化氢分解,提高过氧化氢的利用率(或反应放热,温度低有利于提高产率) 淀粉溶液 (108cV10-3)/a100%,-27-,1,2,解析 (1)制备过氧化钙时,用双氧水制备氧气,钙属于极活泼的金属,极易与水反应生成氢氧化钙和氢气,而制备的氧气中会混有水蒸气,所以在与钙化合之前需要干燥,选用试剂是浓硫酸;同时为防止空气中的水蒸气进入反应装置,最后还需要连接装有浓硫酸的洗气瓶,所以正确的顺序为cedabe或ce
12、dbae;实验结束时为防止浓硫酸进入装置,还要继续通氧气直到装置冷却,所以实验步骤的操作目的是防止倒吸;(2)根据图中仪器可知,仪器C的名称为分液漏斗;反应结束后,经过滤、洗涤、低温烘干可获得CaO28H2O;装置A中利用熟石灰与氯化铵共热制取氨气,发生反应的化学方程式为Ca(OH)2+2NH4Cl CaCl2+2NH3+2H2O;装置B中用冰水浴控制温度,其可能原因是温度低可减少过氧化氢分解,提高过氧化氢的利用率(或反应放热,温度低有利于提高产率);利用淀粉遇碘变蓝的原理,选择的指示剂为淀粉溶液;根据电子转移守恒关系可知:,-28-,1,2,-29-,1,2,2.(2019河北衡水中学二模)
13、Cl2常用作自来水消毒剂,Cl2作消毒剂时生成的有机氯化物可能对人体有害。ClO2被世界卫生组织(WHO)列为A级高效、安全灭菌消毒剂,将逐渐取代Cl2成为自来水的消毒剂。某小组探究“地康法制氯气”的原理并验证Cl2的性质,设计实验如下(夹持装置略去)。请回答下列问题:,-30-,1,2,(1)A装置中反应利用了浓硫酸的难挥发性,则该反应的化学方程式为 。 (2)当B装置中反应转移0.08 mol电子时,则消耗的Na2O2固体的质量为 。 (3)反应开始后,硫酸铜变蓝,则装置D中发生反应的化学方程式为 。 (4)ClO2的制备方法比较实用的有数十种,下列方法是常见方法之一。 方法一:2NaCl
14、O3+4HCl=2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O。当有0.4 mol电子发生转移时,得到的还原产物为 mol。 方法二:实验室常用氯酸钾(KClO3)、草酸(H2C2O4)和硫酸溶液共热制备ClO2。,-31-,1,2,有同学设计如下装置制备ClO2并用其处理含锰离子的工业废水。C装置的作用为 。 B中反应产物有ClO2、CO2等,发生氧化反应的过程为: (用化学式表示)。 写出装置D中除去Mn2+(已知Mn2+转化为MnO2)的离子方程式:。,-32-,1,2,-33-,1,2,-34-,1,2,(4)方法一:根据2NaClO3+4HCl=2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O反应
15、可知,NaClO3中+5价氯被还原到+4价,NaClO3作氧化剂,HCl中-1价氯被氧化到0价,HCl作还原剂;因此还原产物为ClO2;根据2ClO22e-关系,当有0.4 mol电子发生转移时,得到的还原产物为0.4 mol。方法二:根据C装置进气管、出气管都较短可以知其作用是为安全瓶,防止倒吸。用H2C2O4溶液、稀硫酸和KClO3制备ClO2反应产物有二氧化氯、二氧化碳,草酸被氧化为二氧化碳,氯酸钾被还原为ClO2,则发生氧化反应的过程为H2C2O4CO2。二氧化氯具有强的氧化性,能够氧化二价锰离子生成二氧化锰,本身被还原为氯离子,离子方程式:2ClO2+5Mn2+6H2O=5MnO2+2Cl-+12H+。,
