2022高考化学第10章化学实验第3节物质的制备实验方案的设计与评价考点1气体的制备讲与练含解析

第十章　化学实验李仕才考点一　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13\n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，不与空气中的成分反应收集的气体密度比空气小，且与空气密度相差较大，不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13\n4.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、H2S、NH3Cl2、H2S、HCl、SO213\n的气体　HBr、HI等、CO2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、O2、CO2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、H2S、NO2，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)；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、NH3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、H2S、SO2。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13\n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。(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13\n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．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。13\n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abcANO2浓硝酸铜片NaOH溶液BSO2浓硫酸Cu酸性KMnO4溶液CNH3浓氨水生石灰碱石灰DCO2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NH313\n解析：A项，浓盐酸和二氧化锰反应制取Cl2需要加热且Cl2与水反应，不能用排水法收集；C项，NO2与水反应生成NO气体，不能用排水法收集；D项，NH3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H2C2O4CO↑＋CO2↑＋H2O制取CO，则合理的装置组合为(　　)A．①⑤⑧B．③⑤⑦C．②⑤⑥D．③④⑧解析：由反应物的状态和反应条件可选③作为制取装置；除去CO2可选用④或⑤装置，要收集CO只能用⑧装置，故合理的装置组合为③④⑧或③⑤⑧。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(　　)A．Na2O2与CO2反应制备O2B．H2O2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：B13\n5．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a→d→fB．制备并收集NO2，连接a→c→fC．制备并收集H2S，连接b→c→eD．制备并收集NH3，连接b→d→e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，NO2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①可用于吸收实验中多余的SO2B．装置②可用于收集H2、NH3、Cl2、NO2等C．装置③中X为苯，可用于吸收NH3或HCl气体D．装置④可用于收集NH3，并吸收多余的NH3解析：SO2和NaOH溶液会发生反应，故用NaOH溶液吸收SO2可以防止污染，A正确；装置②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、NO2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、NH313\n等，B正确；装置③中如果X为苯，因为苯的密度比水的小，故苯应该在上层，C错误；装置④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．①利用氯仿(CHCl3)密度大于乙醇，进行氯仿与乙醇混合物的分离B．②进行H2、NH3、CO2、Cl2、HCl、NO2等气体收集，但不能用于NO气体收集C．③当X选用苯时可进行NH3和HCl的吸收，并防止倒吸D．④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、Cl2、HCl、NO2)，可长进短出来收集气体，密度小于空气的气体(如H2、NH3)，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；SO2气体不能用碱石灰干燥，D项错误。答案：B8．有气体产生的化学实验中，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(　　)13\nA．①②④　　B．①②③　　C．②③④　　D．①③④解析：①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；②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；③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；④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NH3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：D13\n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A～E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16g，反应后称重固体质量减少2.4g，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A～E装置的气密性，首先A～E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、N2和H2O；E中未反应的NH3、SO2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质量，即n(CuO)＝n(O)＝2.4g/16g·mol－1＝0.15mol，所以反应的CuO的质量为0.15mol×80g·mol－1＝12g<16g，所以CuO未完全转化成Cu，剩余固体为红色，故为Cu213\nO和Cu的混合物。(5)Cl2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　2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O(4)Cu2O、Cu　(5)3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl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13