1、1第十章 化学实验李仕才第 三 节 物 质 的 制 备 、 实 验 方 案 的 设 计 与 评 价 考点一 气体的制备一、常见气体的实验室制法1实验室典型的气体发生装置2气体收集方法收集方法排水法 向上排空气法 向下排空气法收集原理收集的气体不与水反应且难溶于水收集的气体密度比空气大，且与空气密度相差较大，不收集的气体密度比空气小，且与空气密度相差较大，不2与空气中的成分反应 与空气中的成分反应收集装置3.常见气体的实验室制备原理与收集34.气体的净化(1)常见净化装置a 装置：加热固态试剂以除去气体中杂质的装置，为防止固体“流动” ，两端用石棉或玻璃棉堵住，但要使气流畅通。b 装置：一般盛液
2、体试剂，用于洗气。c 或 d 装置：一般盛固体试剂，用于气体除杂和定量计算。(2)常见干燥剂：液态干燥剂 固态干燥剂装置常见干燥剂浓硫酸(酸性、强氧化性)无水氯化钙(中性)碱石灰(碱性)不可干燥 NH3、H 2S、 NH3 Cl2、H 2S、HCl、SO 24的气体 HBr、HI 等 、CO 2等5.尾气的处理(1)直接排空处理：主要是针对无毒、无害气体的处理。如 N2、O 2、CO 2等。(2)尾气处理装置：通常有毒和有污染的尾气必须适当处理。常见的尾气处理装置有：a 装置可用于 NaOH 溶液吸收 Cl2、H 2S、NO 2，硫酸铜溶液吸收 H2S(气体溶解或反应速率不是很快，不易引起倒吸
3、)；b 装置可用于收集少量气体然后处理；c、d 装置可吸收易溶且溶解很快的气体，如 HCl、HBr、NH 3等，其中 d 吸收的量少；e 用于处理难以吸收(有毒)且可燃的气体，如 H2、CO 等；f 装置可用于碱石灰吸收酸性尾气，如HCl、HBr、H 2S、SO 2。6气体制备装置的创新(1)固体加热制气体装置的创新如图所示，该装置用于加热易液化的固体物质的分解，这样可有效地防止固体熔化时造成液体的倒流，如用草酸晶体受热分解制取 CO 气体。(2)“固(液)液 气体”装置的创新 5图 A 的改进优点是能控制反应液的温度。图 B 的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利流下
4、。(3)“块状固体液体 气体”装置的创新大试管中的小试管中盛有液体反应物，起液封的作用，防止气体从长颈漏斗中逸出，这样设计可节约试剂装置可通过伸入或拉出燃烧匙，做到控制反应的发生和停止装置通过倾斜 Y 形管使液体与固体接触发生反应，便于控制反应的进行(4)几个“随开随用，随关随停”的制气装置6判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)1制备二氧化碳用大理石和稀硫酸反应。( )2氨气通入氯化铝溶液中，现象是先有白色沉淀后溶解。( )3实验室用 KClO3或 H2O2制取氧气中都用到 MnO2，其作用相同。( )4瓶中装满水，A 口连导管并伸入量筒中，从 B 口进气，用排水法测量生成 H2的体积。(
5、 )5除去 SO2中的水蒸气，可利用盛浓硫酸的 U 形管。( )1制备同种气体时，要注意原理不同选择的装置也不同，如制备氧气，用高锰酸钾分解，选固固加热装置；用双氧水在二氧化锰作用下分解，选择固液不加热装置。2进行气体制备时，不要忘记对装置进行气密性检验，检验时首先对装置密封，如关闭活塞、塞紧瓶塞，把导管插入到水中进行水封等。3排空气法收集气体时，除了考虑气体的密度大小外，还要考虑是否与空气反应，如NO 能被氧气氧化，不能用排空气法收集。7一、气体的制备、净化和收集1如图装置可用于制取、提纯并收集表格中的四种气体(a、b、c 表示相应仪器中加入的试剂)，其中可行的是( )选项 气体 a b c
6、A NO2 浓硝酸 铜片 NaOH 溶液B SO2 浓硫酸 Cu 酸性 KMnO4溶液C NH3 浓氨水 生石灰 碱石灰D CO2 稀硫酸 Na2CO3 浓硫酸解析：A 项，氢氧化钠溶液会吸收生成的 NO2，最后收集不到 NO2，错误；B 项，铜与浓硫酸反应需要加热，酸性 KMnO4能氧化 SO2，收集不到 SO2，错误；C 项，碱石灰是固体干燥剂，而题给的装置适用于液体干燥剂，错误。答案：D2如图是制取和收集某气体的实验装置，该装置可用于( )A浓盐酸和二氧化锰反应制取 Cl2B过氧化钠固体和水反应制取 O2C浓硝酸与铜反应制取 NO2D浓氨水和生石灰反应制取 NH38解析：A 项，浓盐酸和
7、二氧化锰反应制取 Cl2需要加热且 Cl2与水反应，不能用排水法收集；C 项，NO 2与水反应生成 NO 气体，不能用排水法收集；D 项，NH 3易溶于水，不能用排水法收集。答案：B3如图是实验室常用的气体制备、净化和收集装置。若依据反应 H2C2O4COCO 2H 2O 制取 CO，则合理的装置组合为( )= = = = =浓 硫 酸 A BC D解析：由反应物的状态和反应条件可选作为制取装置；除去 CO2可选用或装置，要收集 CO 只能用装置，故合理的装置组合为或。答案：D4实验室对制备气体反应的基本要求是“反应条件易满足、能平稳地产生气流、所得气体中尽可能不含杂质成分(除少量水蒸气及少量
8、原料汽化形成的物质)” ，下列反应一般能用于实验室制备气体的是( )ANa 2O2与 CO2反应制备 O2BH 2O2与 MnO2混合制备 O2C加热浓硝酸制备 NO2D浓 NaOH 溶液与 NH4Cl 溶液混合加热制备 NH3解析：A 项，易引入较多的 CO2杂质；C 项，加热浓硝酸制 NO2时还会产生 O2；D 项，氨气易溶于水，用浓 NaOH 溶液与 NH4Cl 溶液反应制得的 NH3量较少。答案：B5下列仪器和装置，用橡胶管经过简单连接，可制备并收集多种不同的气体(暂不考9虑尾气吸收)。关于这些装置的连接，下列说法正确的是( )A制备并收集 C2H4，连接 adfB制备并收集 NO2，
9、连接 acfC制备并收集 H2S，连接 bceD制备并收集 NH3，连接 bde解析：实验室制备乙烯的过程中需要将温度控制在 170 左右，装置中缺少温度计，A 错，Cu 与浓 HNO3制 NO2不需加热，NO 2与 H2O 反应，B 错，硫化氢具有还原性，不能用浓硫酸干燥，C 错。答案：D6下列有关图示装置的叙述不正确的是( )A装置可用于吸收实验中多余的 SO2B装置可用于收集 H2、NH 3、Cl 2、NO 2等C装置中 X 为苯，可用于吸收 NH3或 HCl 气体D装置可用于收集 NH3，并吸收多余的 NH3解析：SO 2和 NaOH 溶液会发生反应，故用 NaOH 溶液吸收 SO2可
10、以防止污染，A 正确；装置中如果气体从长导管通入，只能收集密度比空气大且不能与空气中的成分发生反应的气体，此时可以收集 Cl2、NO 2等；如果气体从短导管通入，只能收集密度比空气小且不能与空气中的成分发生反应的气体，此时可以收集 H2、NH 3等，B 正确；装置中如果 X 为10苯，因为苯的密度比水的小，故苯应该在上层，C 错误；装置中先用盛有碱石灰的干燥管除去 NH3中的水蒸气，然后用排空气法收集 NH3，最后用防倒吸的装置吸收多余的NH3，D 正确。答案：C7下列有关各实验的叙述中正确的是( )A利用氯仿(CHCl 3)密度大于乙醇，进行氯仿与乙醇混合物的分离B进行 H2、NH 3、CO
11、 2、Cl 2、HCl、NO 2等气体收集，但不能用于 NO 气体收集C当 X 选用苯时可进行 NH3和 HCl 的吸收，并防止倒吸D可用于 SO2气体的干燥，收集并吸收多余 SO2气体，防止 SO2逸出污染空气并防止倒吸解析：氯仿和乙醇互溶，不能用分液漏斗分离，A 项错误；密度大于空气的气体(如CO2、Cl 2、HCl、NO 2)，可长进短出来收集气体，密度小于空气的气体(如 H2、NH 3)，可短进长出来收集气体，NO 能与空气中的 O2反应，不能用排空气法收集，B 项正确；苯的密度小于水的密度，应在上层，不能防止倒吸，C 项错误；SO 2气体不能用碱石灰干燥，D 项错误。答案：B8有气体
12、产生的化学实验中，某段时间内气流速率可能过快，这极有可能导致实验不能顺利进行，甚至会引起危险。下列实验装置可使反应顺利进行或能有效保证实验安全的是( )11A B C D解析：中的橡胶管能够平衡分液漏斗和烧瓶中的气压，保证分液漏斗中的液体顺利滴下，可使反应顺利进行；中气流速率过快时，压强增大，液体被压入长颈漏斗中存储起来，保证实验安全；中气流速率过快时，压强增大，部分气体存储在气球中，保证实验安全；中随着反应的进行，烧瓶中压强逐渐增大，液体不能顺利滴下，实验不能顺利进行。综上所述，B 项正确。答案：B9下列制备和收集气体的实验装置合理的是( )解析：A 中加热的大试管管口应略向下倾斜且收集 N
13、H3的试管口放一团疏松的棉花；B中 NO 很容易被空气中的 O2氧化，所以采用 B 装置得不到 NO；C 中 H2的密度比空气小，所以集气瓶中的进气导管应比出气导管短，C 错误。答案：D12二、气体制备的综合实验10图中是在实验室进行氨气快速制备与性质实验的组合装置，部分固定装置未画出。(1)在组装好装置后，若要检验 AE 装置的气密性，其操作是首先_，然后微热 A，观察到 E 中有气泡冒出，移开酒精灯或松开双手，E 中导管有水柱形成，说明装置气密性良好。(2)装置 B 中盛放的试剂是_。(3)点燃 C 处酒精灯，关闭弹簧夹 2，打开弹簧夹 1，从分液漏斗放出浓氨水至浸没烧瓶中固体后关闭分液漏
14、斗，稍候片刻，装置 C 中黑色固体逐渐变红，装置 E 中溶液里出现大量气泡，同时产生_(答现象)；从 E 中逸出液面的气体可以直接排入空气，请写出在 C 中发生反应的化学方程式：_。(4)当 C 中固体全部变红色后，关闭弹簧夹 1，慢慢移开酒精灯，待冷却后，称量 C 中固体质量，若反应前固体质量为 16 g，反应后称重固体质量减少 2.4 g，通过计算确定该固体产物的成分是_(用化学式表示)。(5)在关闭弹簧夹 1 后，打开弹簧夹 2，残余气体进入 F 中，很快发现装置 F 中产生白烟，同时发现 G 中溶液迅速倒吸流入 F 中，写出产生白烟的化学方程式：_，迅速产生倒吸的原因是_。解析：A 是
15、制备 NH3的装置，B 是干燥 NH3的装置，C 是 NH3与 CuO 的反应装置，E 是处理含 NH3尾气的装置，F 是 NH3与 Cl2的反应装置，G 是处理尾气 Cl2的装置。(1)若要检验AE 装置的气密性，首先 AE 装置形成一个密封体系，关闭弹簧夹 2 和分液漏斗活塞，打开弹簧夹 1，在 E 中装入水，没过导管口。(2)干燥 NH3需使用碱性干燥剂(如碱石灰)。(3)C 中 CuO 与 NH3发生氧化还原反应生成红色的 Cu、N 2和 H2O；E 中未反应的 NH3、SO 2可与 BaCl2溶液反应生成 BaSO3沉淀。(4)若产物全部是 Cu，则由差量法知减少的部分全部是氧元素的
16、质量，即 n(CuO)n(O)2.4 g/16 gmol 1 0.15 mol，所以反应的 CuO 的质13量为 0.15 mol80 gmol1 12 g16 g，所以 CuO 未完全转化成 Cu，剩余固体为红色，故为 Cu2O 和 Cu 的混合物。(5)Cl 2可将 NH3氧化为 N2，同时生成的 HCl 会和 NH3反应生成NH4Cl，产生白烟，F 瓶内压强变小从而出现倒吸现象。答案：(1)关闭弹簧夹 2 和分液漏斗活塞，打开弹簧夹 1，在 E 中装入水，没过导管口(2)碱石灰(或生石灰)(3)白色沉淀 2NH 33CuO 3CuN 23H 2O= = = = = (4)Cu2O、Cu (5)3Cl 28NH 3=N26NH 4Cl盛满氯气的集气瓶中因氨气消耗氯气生成部分固体，导致瓶内压强减小，引起溶液倒吸
