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1、高中化学专题讲座高中化学专题讲座气体的实验室制备、净化和收集气体的实验室制备、净化和收集1气体制备实验的基本过程(1）气体制备实验装置一般包含以下几部分错误错误!错误错误!错误错误!错误错误!(2）气体制备的一般实验操作步骤组装(从下到上，从左到右)；检验装置的气密性；加入药品;排尽装置内的空气；验纯；反应；拆除装置。2气体发生装置依据制备气体所需的反应物状态和反应条件,可将制备气体的发生装置分为三类：(1）固体固体错误错误!气体发生装置：制备气体：O2、NH3、CH4等注意事项：试管口应稍向下倾斜，以防止产生的水蒸气在试管口冷凝后倒流，而使试管炸裂。铁夹应夹在距试管口 1/3 处.固体药品应
2、平铺在试管底部。胶塞上的导管伸入试管内不能过长，否则会影响气体导出。如用排水集气法收集气体，当停止制气时，应先从水槽中把导管撤出，然后再撤走酒精灯，防止水倒吸.(2）固体液体或液体液体错误错误!气体发生装置:(a)（b)(c)制备气体：Cl2、C2H4等注意事项：烧瓶应固定在铁架台上。先把固体药品放入烧瓶中，再缓缓加入液体.分液漏斗应盖上盖，注意盖上的凹槽对准分液漏斗颈部的小孔。对烧瓶加热时要垫上石棉网。液体液体错误错误!气体时要加沸石，防止暴沸，如用（b)装置制取乙烯时需加碎瓷片。（c）装置中导管的作用是平衡气压,便于分液漏斗中的液体顺利滴下。(3）固体液体（不加热）气体发生装置：制备气体:
3、H2、CO2、NO2、SO2、NO 等1注意事项：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。简易装置中长颈漏斗的下口应伸入液面以下，否则起不到液封作用而无法使用。加入块状固体药品的大小要适宜.加入液体的量要适当。最初使用时应待容器内原有的空气排净后，再收集气体。在导管口点燃氢气或其他可燃性气体时,必须先检验纯度。【例 1】(1）如图是实验室制取某些气体的装置。该制气装置在加入反应物前，应事先进行的操作是_。若用该装置制取 O2，反应物除了可选择二氧化锰和_（填试剂名称），还能选择_（填物质的化学式）和水。利用该装置还可制取_（选填下
4、列字母序号)等气体。aH2bCO2cNH3dSO2（2）此装置中加入漂白粉和浓盐酸也可以制取Cl2。写出该反应的离子方程式:_.若使用在空气中放置的漂白粉和浓盐酸发生反应,则制取的 Cl2中可能含有的杂质为_。解析（1)制备气体的装置在加入反应物之前均应先检查装置的气密性。该装置所制气体应满足固体和液体不需加热制备气体.符合此条件的制备氧气的反应可为H2O2在MnO2作催化剂时分解，或 Na2O2与 H2O 反应.该装置可制备的气体有H2、CO2、O2、NH3等。(2)ClO、Cl在酸性条件下可发生归中反应生成 Cl2。漂白粉在空气中放置会部分变为 CaCO3，浓盐酸有很强的挥发性，因而制取的
5、Cl2中常含有 HCl、CO2和 H2O。答案（1)检查装置气密性双氧水(或过氧化氢）Na2O2abcd（2)ClO Cl 2H=Cl2H2OHCl、CO2、H2O3气体的除杂方法除杂试剂选择的依据:主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性、可燃性。除杂原则:(1）不损失主体气体;（2)不引入新的杂质气体;（3）在密闭装置内进行;（4）先除易除的气体.一般可从以下几个方面考虑：易溶于水的杂质可用水吸收;酸性杂质可用碱性物质吸收；碱性杂质可用酸性物质吸收；水分可用干燥剂吸收；能与杂质反应生成沉淀或可溶性的物质，也可用作吸收剂。2【例 2】为下列各组气体选择合适的除杂试剂(
6、括号内为杂质气体）（1）含有 HCl 杂质的气体CO2(HCl):_;SO2(HCl）：_；Cl2(HCl)：_。（2)中性气体中含有酸性杂质气体O2（Cl2）:_；CO（CO2）：_;NO（NO2）：_。（3)酸性气体中含有其他酸性杂质气体CO2（SO2）：_。（4）含有 O2杂质的气体CO2（O2)：_；N2（O2)：_.(5）HCl（Cl2)：_.答案（1）饱和 NaHCO3溶液饱和 NaHSO3溶液(2)NaOH 溶液NaOH 溶液H2O（3）饱和 NaHCO3溶液或酸性高锰酸钾溶液(4)灼热 Cu灼热 Cu（5)CCl44气体净化与干燥的先后顺序(1)若采用溶液除杂，应该是除杂在前,
7、干燥在后。其原因是：气体除杂过程中会从溶液中带入水蒸气,干燥剂可除去水蒸气。如实验室中利用大理石与稀盐酸反应制备CO2，欲制得干燥、纯净的 CO2，可先将产生的气体通过饱和 NaHCO3溶液,除去混入其中的 HCl 气体，再通过浓硫酸除去水蒸气。(2）若采用加热除杂，则一般是干燥在前。如N2中混有 O2、CO2、H2O(g），可先将混合气体通过碱石灰,除去 CO2和 H2O(g)，再将从干燥管中导出的气体通过装有灼热铜网的硬质玻璃管,除去 O2，即可得到干燥、纯净的N2。若将混合气体先通过灼热的铜网,因气体中混有水蒸气，易使硬质玻璃管炸裂。【例 3】为制备干燥、纯净的 CO2，将大理石和盐酸反
8、应生成的气体先后通过装有下列物质的两个吸收装置，两个装置中应依次装入饱和 NaHCO3溶液;无水 CaCl2固体饱和 NaHCO3溶液；浓硫酸浓硫酸；饱和 NaHCO3溶液3饱和食盐水（）饱和 Na2CO3溶液；稀硫酸ABCD解析用大理石和盐酸反应制得的CO2中，含有少量 HCl,可用饱和 NaHCO3溶液除去；干燥 CO2可用浓硫酸或无水 CaCl2固体作干燥剂。注意:应先净化，后干燥。答案A5气体的干燥（1)选用干燥剂应根据气体的性质和干燥剂的性质而定，其原则是干燥剂只能吸收气体中的水分,而不能与气体发生反应。酸性干燥剂,如浓 H2SO4、P2O5、硅胶等。一般用来干燥酸性或中性气体，而不
9、能用来干燥碱性气体.思考：下列气体中不能被浓H2SO4干燥的是哪些?为什么？NH3、H2、CO、H2S、SO2、Cl2、CO2答案NH3因为显碱性而不能被浓 H2SO4干燥，H2S 因为有强还原性而不能被浓 H2SO4干燥。碱性干燥剂,如生石灰、固体 NaOH、碱石灰等.碱性干燥剂不能干燥酸性气体,如碱石灰不能干燥 Cl2、CO2、HCl 等。中性干燥剂，如无水 CaCl2。无水 CaCl2呈中性，对各类气体一般均可干燥，但 NH3能与其发生络合反应而不能使用，其反应方程式为CaCl28NH3=CaCl28NH3。（2)气体干燥净化装置类型装置常见干燥剂液态干燥剂浓 H2SO4(酸性、强氧化性
10、)固态干燥剂无水氯化钙(中性）固态干燥剂碱石灰（碱性）固体，加热除杂试剂 Cu、CuO、Mg当 CO2中混有 O2杂质时，应选用上述中的装置除O2，除杂试剂是 Cu 粉或Mg 粉。6气体的收集收集方法收集气体的类型难溶于水或微溶于水，又不与水反应的气体收集装置可收集的气体(举例)O2、H2、Cl2（饱和 NaCl溶液）、NO、CO2（饱和 NaHCO3溶液)、CO4排水法排空气向上排空气法向下排密度大于空气密度小于空气Cl2、SO2、NO2、CO2H2、NH3法空气法7.尾气的吸收(1)用水吸收的是 HCl、NH3(注意防倒吸）.（2)用烧碱溶液吸收的是Cl2、SO2、NO2、H2S 等。(3
11、）用燃烧的酒精灯点燃可除去的是CO。题组一气体制备装置的选择1如图是实验室常见的气体制取、干燥和收集装置。若用过氧化氢和催化剂二氧化锰制取干燥的氧气，则合理的装置组合为A答案C解析用 H2O2制 O2的反应原理为 2H2O2错误错误!2H2OO2,由反应物的状态和反应条件可选作为制取装置。干燥 O2可选用和装置，要收集干燥的 O2只能用装置，故合理的装置组合为或。2下表是实验室制备气体的有关内容：编号气体名称氧气氨气氯气实验原理H2O2O2NH4ClNH3HClCl2气体发生装置B（）CD(1)上述气体中，从制备过程看，必须选择合适的氧化剂才能实现的是 _（填气体的化学式，下同）。(2)根据表
12、中所列实验原理，从下列装置中选择合适的气体发生装置，将其编号填入上表中的空格内。（3)若用上述制备 O2的装置制备 NH3，则选择的试剂为_。答案(1)Cl2(2)DBA 或 D(3）浓氨水、生石灰（或碱石灰，NaOH 固体）题组二气体制备中药品的选择与评价3（2013安徽理综，8）实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示(省略夹持和净化装置）。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是（)选项ABa 中的物质浓氨水浓硫酸b 中的物质CaONa2SO3c 中收集的气体NH3SO2d 中的物质H2ONaOH 溶液5CD答案B稀硝酸浓盐酸CuMnO2NO2Cl2H2ONaOH
13、 溶液解析由题给装置可知,本装置可以用于固体和液体不加热型、收集方法为向上排空气法、防倒吸型尾气处理方式的气体的制取。A 项，NH3的密度比空气的小，收集用向下排空气法，不符合；C 项，铜和稀硝酸反应不能产生NO2，且 NO2的吸收不能用水，可以用 NaOH 溶液；D 项，用浓盐酸与 MnO2反应制 Cl2需要加热,本装置不能满足。4（2011大纲全国卷，29）请回答下列实验室中制取气体的有关问题.(1）下图是用 KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。装置 B、C、D 的作用分别是：B_;C_；D_.(2）在实验室欲制取适量NO 气体.下图中最适合完成该实验的简易装置是_(填序号）；根
14、据所选的装置完成下表(不需要的可不填)：ABCD应加入的物质所起的作用简单描述应观察到的实验现象_。答案（1）向上排空气收集氯气安全瓶作用，防止 D 中的液体倒吸进入集气管 B 中吸收尾气，防止氯气扩散到空气中污染环境(2）ABCD应加入的物质铜屑和稀硝酸水所起的作用制取 NO 气体排水收集 NO 气体主要是接收 B 中排出的水反应开始时，A 中铜屑表面出现无色小气泡，反应速率逐渐加快；A 管上部空间由无色逐渐变为浅红棕色,随着反应的进行又逐渐变为无色；A 中的液体由无色变为浅蓝色；B 中的水面逐渐下降，B 管中的水逐渐流入烧杯C 中6解析（1)KMnO4与浓盐酸发生反应：2KMnO416HC
15、l（浓)=2KCl2MnCl25Cl28H2O。装置 B 采用向上排空气法收集Cl2，装置 C 起安全瓶作用，防止 D 中的液体倒吸进入 B 中。Cl2具有毒性，装置D 中 NaOH 溶液用于吸收多余的Cl2，防止污染环境.(2)实验室制取NO气体通常用铜与稀硝酸反应：3Cu8HNO3(稀）=3Cu（NO3)22NO4H2O。由于 NO 易与空气中的 O2反应生成 NO2，不宜用排空气法收集 NO 气体，应用排水法收集 NO，故装置和错误。装置和比较，更简单，A 中 Cu 与稀硝酸反应生成 NO 气体,B 中盛满水,用排水法收集 NO。题组三气体制备装置的连接5 某课外活动小组用图中的仪器和药
16、品组装一套实验装置制取干燥的CO，用CO 还原 Fe2O3粉末制取还原铁粉。（制取 CO 的原理为 H2C2O4错误错误!CO2COH2O)序号ACE仪器及药品序号BD仪器及药品（1)如果所制气体流向为从左向右时，上述组装的实验装置从左向右的连接顺序（填仪器序号）是_。(2）正确的操作第一步应是_；最后一步应是熄灭_处的酒精灯。（3）装置 B 的作用是_；装置 E 的作用是_。答案(1)AECDB(2)连接好装置并检查装置的气密性A（3）检验 D 中生成的 CO2除去 CO 中的 CO2解析（1）先通过装置 A 制备 CO，但其中含有 CO2杂质，可用装置 E 中的 NaOH 溶液除去,然后用
17、浓硫酸除去CO 中的水蒸气，干燥纯净的 CO 在装置 D 中还原氧化铁，最后用装置 B 中的澄清石灰水检验D 中生成的 CO2。（2）气体制备和性质实验中必须检查装置的气密性。对于A、D 两处的酒精灯，应最后撤掉 A 处的酒精灯,防止还原出的 Fe 再被氧化，并防止出现倒吸现象.(3)装置 B 中盛装澄清石灰水,用来检验 D 中生成的 CO2气体；装置 E 中盛装的 NaOH 溶液用来除去 CO 中的 CO2。6(2011重庆理综,27)固态化合物 A 由两种短周期元素组成，可与水发生复分解反应。甲组同学用下图装置（夹持装置略）对其进行探究实验.7(1)仪器 B 的名称是_。（2)实验中，中的
18、试纸变蓝，中黑色粉末逐渐变为红色并有M 生成，则中的试剂为_；中发生反应的化学方程式为_；V 中的试剂为_。（3）乙组同学进行同样实验,但装置连接顺序为，此时 中现象为_，原因是_.(4)经上述反应,2.5 g化合物A理论上可得0。56 L(标准状况)M;则A的化学式为_.答案（1）分液漏斗（2)碱石灰3CuO2NH3,3CuN23H2O浓 H2SO4（3)红色石蕊试纸变蓝CuO 与氨气反应生成的水和未反应的氨气生成氨水，使红色石蕊试纸变蓝（4）Mg3N2解析(1）仪器 B 是分液漏斗。（2)使红色石蕊试纸变蓝色的气体在中学中所学过的只有NH3,因此化合物 A 中一定含有 N 元素，由于干燥后的NH3在加热情况下可以与 CuO 反应，因此中干燥管内干燥剂为碱石灰，中反应的化学方程式为 3CuO2NH3，3CuN23H2O；中的试剂为浓 H2SO4，用来干燥和洗气。(3)乙组同学将装置放在装置之前，由于 CuO 与 NH3反应产生 H2O，H2O 与未反应的 NH3反应生成 NH3H2O 使红色石蕊试纸变蓝色.(4）设该化合物的化学式为X3Ny,X 的相对原子质量为 x，则：X3Ny错误错误!N21错误错误!错误错误!错误错误!1错误错误!错误错误!错误错误!讨论：y 只能取正整数，若 y1,x12,无解。若 y2，x24,符合,则化合物 A 为 Mg3N2。8