高二化学《化学实验》专题四鲁教版知识精讲

高二化学高二化学化学实验化学实验专题四专题四鲁教版鲁教版 【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 化学实验专题四 二. 教学目的： 1. 掌握常见气体的制备和收集方法 2. 掌握常见气体的净化、干燥、检验与收集方法 三. 重点、难点： 气体的制备 四. 知识分析： 一. 常见气体的制备原理和装置 1. 气体的发生装置 一般根据反应物的状态和反应的条件来设计气体的发生装置，通常气体的发生装置有 如图所示的几种： 固态反应物加热产生气 体 有液体反应物参加反应 不加热产生气体 有液体反应物参加反应 加热产生气体 2. 气体的收集方法 根据气体的密度、溶解性、稳定性可将气体的收集方法分为三种。 （1）排水集气法：适用于不溶于或微溶于水且不与水发生反应的气体。其优点是收集 到的气体纯度高，易判断是否收集满。有些气体虽在水中有一定的溶解性或与水微弱反应， 但可通过往水中加入电解质，抑制气体与水反应的方法收集。如用排饱和食盐水的方法可 收集浓度较高的（如图 1 中 a 所示） 。Cl2 图 1 （2）向上排空气集气法：适用于不跟空气发生反应且密度比空气大的气体（如图中 b 所示） 。 （3）向下排空气集气法：适用于不跟空气发生反应且密度比空气小的气体（如图中 c 所示） 。 特别需要说明的是，NO2能与水反应生成 NO：3NO2+H2O=2HNO3+NO，只能用向上排空气 法收集；NO 能与 O2反应生成，只能用排水法收集。NONOONO 222 22： 3. 常见气体制备原理和装置选择 气体 反应原理 发生 装置 收集 装置 注意事项 O2 2 223 42422 32 KMnOK MnOMnOO KClKClO 催化剂 A a 或 b NH3 22 2 423 22 NH ClCa OHNH H OCaCl () A c 共同点：气密性的 检查；试管口稍向 下倾斜；若用排水 法，做完实验应先撤 导气管，后撤酒精灯 不同点：收集氨气的 仪器要干燥。 H2 ZnHClZnClH2 22 C a或c CO2 CaCOHClCaClCOH O 3222 2 C b SO2 Na SOH SONa SO SOH O 222424 22 B b NO2 CuHNOCu NO NOH O 4 22 332 22 ()()浓 B b C2H2 CaCH OCa OHC H 22222 2() B a Cl2 MnOHClMnCl ClH O 22 22 4 2 ()浓 B a 用长颈漏斗时要液 封；制SO2、NO2、 C2H2不能用启普发 生器；制CO2不用 H2SO4 HCl NaClH SONaHSOHCl 244 ()浓 B 或 D b NO 383 24 332 2 CuHNOCu NO NOH O ()()稀 D a C2H4 CH CH OH H SO CH CHH O 32 24 2 22 170 浓 E a 反应物都是液体要 加碎瓷片防止暴沸； 制乙烯要控制温度 在 170；收集Cl2 可用排饱和食盐水的 方法。 二. 气体的净化、干燥与处理 1. 气体的净化和干燥 气体的净化、干燥装置一般常用的有洗气瓶、干燥管、U 形管和双通加热管几种（如 图 2 所示） 。 图 2 （1）洗气瓶（如图 2 中 e 所示）中一般装入液体除杂试剂。除杂试剂应通过化学反应 将杂质吸收或将杂质气体转化为所制取的气体。常见除杂试剂有： 强碱溶液：如 NaOH 溶液可吸收等气体。COSOH SClNO 22222 、 饱和的酸式盐溶液，可将杂质气体吸收转化：如饱和溶液能除去 CO2中混NaHCO3 有的 HCl、SO2等气体；饱和 NaHSO4溶液能除去 O2中混有 HCl、SO3等气体；饱和 NaHS 溶液 能除去 H2S 中混有的 HCl 气体。 浓 H2SO4：利用它的吸水性，可除去 H2、SO2、HCl、CO、NO2、CH4等气体中混有的水 蒸气。但由于浓 H2SO4有强氧化性，不能用来干燥具有强还原性的气体，如 H2S、HBr、HI 等。 酸性 KMnO4溶液：利用它的强氧化性，可以除去具有还原性的气体，如除去混在 CO2 气体中的 SO2、H2S 等气体。 （2）干燥管、U 形管中一般装入固体干燥剂、常见的固体干燥剂有： 酸性干燥剂：用来干燥酸性气体，如 P2O5、硅胶、浓 H2SO4等。 碱性干燥剂：用来干燥碱性气体，如 CaO、碱石灰等。 中性干燥剂：既能干燥碱性气体又能干燥酸性气体，如 CaCl2（但 CaCl2不能干燥 NH3，因易形成） 。CaClNH 23 8 （3）双通加热管一般装入固体除杂试剂，除杂试剂和混合气体中的某一组分反应而除 去该组分。如 Cu 和混合气体中 O2反应而将 O2除去。 另外还常将固体无水装入干燥管中，通过颜色变化检验水蒸气的存在。用CuSO4 固体也可将转化为。Na O 22 COH O g 22 、( )O2 2. 化学实验中有害气体的处理方法 中学化学中所涉及的气体可分为对环境有害的气体和对环境无害的气体两类，其中对 环境有害的气体在实验中必须对其尾气进行无害处理。 常用的尾气处理装置见图 3。 图 3 （1）火封法（即燃烧法） 对于可燃性气体可采用此种方法，使其通过燃烧转化为无害的物质，如图 3 中 e 所示。 （2）水封法（即将气体通入水中） 这种方法适用于水溶性较大的气体，如在氯化氢和氨气的制取实验中，其尾气处理就 可以采用这种方法，如图 3 中 d 所示。用这种方法处理废气必须防止因气体溶解太快而出 现的倒吸现象。 （2）碱封法（即将气体通入到碱液中） 所有的酸性气体（如二氧化碳、氯气、氯化氢、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮-一氧化 氮等）都可采用这种方法，使这些酸性气体与碱液反应生成不具挥发性的盐类。如图 3 中 a、b、c 所示。 （4）棉封法 这种方法是将浸有某种液体的棉球放置在尾气出气管口，使该气体溶解于棉球上的溶 液中。此尾气处理方法多在微型化学实验中得以采用，如在“浓硫酸与铜的反应实验”中， 将蘸有碱性物质的棉球放置在导气管口来吸收多余的二氧化硫。 （5）袋装法 如果一时找不到合适的仪器或药品，可以用塑料袋或胆囊盛装尾气，以后再进一步处 理。 三. 常见气体的检验 要判断气体是否收集满，就要用到气体的检验知识。下表给出了一些常见气体的检验 方法： 气体常用的检验方法和现象注意问题 空气 木条能燃烧，但不能使带火星的木 条复燃。 O2 能使带火星的木条复燃。 NO2、N2O 气体也能“助燃” 。 H2 点燃火焰呈浅蓝色，只生成 H2O， 不纯时点燃有爆鸣声。 CO 点燃火焰呈蓝色，生成物只有 CO2。 H2S 点燃火焰呈蓝色，不完全燃烧生成 硫；遇 Pb（Ac）2或 Pb（NO3）2湿 试纸变黑，有臭鸡蛋气味。 CH4 点燃火焰呈浅蓝色，生成 CO2和水； 不使溴水或酸性 KMnO4溶液褪色。 C2H4 点燃火焰较亮，有微黑烟；使溴水 或酸性 KMnO4溶液褪色。 C2H2 点燃，火焰明亮，有较浓黑烟；使 溴水或酸性 KMnO4溶液褪色。 点燃可燃性气体时一定要验纯； 用玻璃导管点燃有时看不到蓝色 火焰；因 Na+燃烧有黄色火焰； 遇到多种可燃性气体除点燃外，还 要利用特征或燃烧产物的性质加以 区别（如 H2S 有臭鸡蛋气味，也能 使溴水褪色或酸性 KMnO4溶液褪色， 同时有硫生成） 。 NH3 使湿润的红色石蕊试纸变蓝，遇蘸 浓盐酸的玻璃棒有白烟产生。 在空气中不能燃烧，但在纯氧中可 燃：4NH3+3O2（纯）=2N2+6H2O。 NO 开瓶盖或遇空气立即变成红棕色。NO 在空气中不能存在。 NO2 红棕色，但溶于水为无色溶液，遇 AgNO3溶液无沉淀；使蓝色石蕊试纸 变红。 Br2 蒸气溶于水成橙黄色溴水，通入 AgNO3溶液出现浅黄色沉淀；使蓝色 石蕊试纸变红。 两者都能使湿润的 KI 淀粉试纸变蓝， 不能用该试纸区别。 Cl2 黄绿色，使湿润的 KI 淀粉试纸变蓝； 使湿润的品红试纸褪色。 与石灰水反应但无沉淀。 SO2 使澄清石灰水出现白色沉淀后澄清； 使品红溶液褪色，加热后恢复原色； 使酸性 KMnO4溶液或溴水褪色。 CO2 使澄清石灰水出现白色沉淀后澄清， 但不能使品红溶液、酸性 KMnO4溶 液、溴水等褪色。 SO2具有刺激性气味、CO2无气味， 它们都可使石蕊试液由蓝变红，SO2 更显著，不能用此鉴别；SO2和 CO2通入石灰水的现象一样；两者 可用品红溶液鉴别。 HCl 使湿润蓝色石蕊试纸变红，遇蘸浓 氨水的玻璃棒产生白烟，遇 AgNO3 溶液产生白色沉淀。 HI、HBr 气体同 HCl，但遇 AgNO3溶 液分别产生黄色沉淀、浅黄色沉淀。 N2 不发生上述所有情况或现象。只有镁能在其中点燃生成 Mg3N2。 【典型例题典型例题】 例 1. 下列反应适用于实验室制氢气的是 （ ） 锌与稀硫酸反应甲烷热分解 电解稀硫酸赤热的炭与水蒸气反应 A. 只有B. C. D. 解析：解析：实验室里制备气体要操作简单，容易分解，经济实惠，切实可行。甲烷在高温 下才能分解成 H2和 C，实验室里难以办到。赤热的炭与水蒸气反应生成 CO 和 H2，既难反 应又难分离。可用锌与稀硫酸反应.电解稀硫酸（即电解水，但反应比电解纯水快）的方法 制取氢气。 答案：答案：C 点评：点评：本题考查实验室制备氢气的“发散反应原理”以及区别实验室和工业方法。 例 2. 下列三个问题均与图中的实验装置有关，请选择 AD 序号填入括号内 （ ） （1）制取某无色非金属氧化物气体时，圆底烧瓶 X 内的药品应是 （ ） A. 铜和稀硝酸B. 铜和浓硝酸 C. 碳酸钙和稀硫酸D. 亚硫酸钠和浓盐酸 （2）洗气瓶 Y 中所装的液体应是（不允许非水杂质混在气体中） A. 浓 H2SO4B. NaOH 溶液C. NaHSO3溶液D. NaHCO3溶液 （3）检验集气瓶 Z 是否集满气体，置于瓶口的滤纸上所蘸的溶液是（ ） A. BaCl2溶液B. 酸性 KMnO4 溶液 C. 碘化钾淀粉溶液D. 澄清石灰水 解析：解析：这是一道集制气，除杂和集气于一体的综合实验题。可根据实验装置的特点， 对各选项进行筛选。X 为有液体参加且反应不需加热的制气装置，Z 为用向上排空气法收 集气体的集气装置，据此可淘汰 A（NO 只能用排水集气法集气） ；根据所制气体是无色的， 又可排除 B（NO2） ；用 CaCO3制取 CO2不能选用稀硫酸，C 也应排除。亚硫酸钠和浓盐酸反 应不需加热，气体 SO2 为无色且符合 Z 瓶集气方式，故（1）应选 D。 亚硫酸钠和浓盐酸反应产生的 SO2 中混有 HCl 和水汽（本题未对水汽做除杂要求） ， 需将 HCl 除去。由于浓 H2SO4只能吸收水汽而不能除去 HCl 气体，NaOH 溶液能同时除去 HCl 和 SO2，NaHCO3溶液虽能除去 HCl 气体，但同时又产生新的杂质 CO2，NaHSO3溶液能除 去 HCl 气体，同时放出 SO2，故（2）应选 C。 由于 SO2不与 BaCl2及 KI 反应，且 SO2与澄清石灰水反应生成 CaSO3白色沉淀不便在滤 纸上观察，而酸性高锰酸钾溶液与 SO2反应后紫色褪去，故（3）应选 B。 答案：答案：（1）D（2）C（3）B 点评：点评：气体的制备、除杂、收集等要注意综合考虑，不可“顾此失彼” 。 例 3. 怎样用含杂质 ZnS 的锌粒.胆矾. 浓硫酸等为原料，制取纯净干燥的 H2 ，写出实 验步骤和有关的化学方程式 . 解析：解析：可将浓硫酸分为两部分，一部分稀释后用于制取 H2，一部分用作 H2的干燥剂， ZnS 与稀硫酸反应生成的 H2S 气体用 CuSO4溶液吸收，氢气的干燥应安排在除去 H2S 以后进 行。 答案：答案：（1）气体的发生：取部分浓硫酸稀释后，与含 ZnS 的锌粒在简易的氢气发生装 置或启普发生器中反应：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 ZnS+ H2SO4= ZnSO4 + H2S （2）气体的净化：将所制气体通过盛有 CuSO4溶液的洗气瓶，H2S 被吸收： H2S+CuSO4 =CuS+H2SO4 （3）气体的干燥 ：把气体通过盛有浓 H2SO4的洗气瓶，得到干燥的 H2。 点评：点评：设计实验步骤要注意“总体把握、前后联系、防止什么、注意先后”等常见问 题。 例 4. 在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠做供氧集，请选用适当的化学试剂和实验用 品。用下图中的试验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂。 （1） A 是制取 CO2的装置，写出 A 中发生反应的化学方程式：_。 （2）填写表中空格： （3）写出过氧化钠和二氧化碳反应的化学方程式：_。 （4）E 中收集满气体后，下一步实验操作是：_。 解析：解析：要证明过氧化钠可作供氧剂，即要证明过氧化钠能与二氧化碳反应产生氧气. 实验室是用大理石（CaCO3） 与稀盐酸（HCl）反应而制备 CO2的，其化学方程式为： CaCO3 +2 HCl=CaCl2 +H2O +CO2 生成的 CO2气体中含有 HCl 等气体杂质，可通过装置 B 中的饱和 NaHCO3溶液将其 除去：NaHCO3+HCl=NaCl +H2O +CO2 ；将除去 HCl 后的气体通过装有 Na2O2的装置 C 从 而生成 O2： 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2；因生成的氧气中含有过量的 CO2气体，而 CO2 在水中 的溶解度比较小，会影响 O2 的检验，故在收集 O2 之前应用 NaOH 溶液将其除去，可见装 置 D 中加入的试剂为 NaOH 溶液，实验中一般用带火星的木条来检验 O2。 答案：答案：（1） CaCO3 +2 HCl= CaCl2 +H2O +CO2 （2） （3）2Na2O2 + 2 CO2 = 2Na2CO3 + O2 （4）用带火星的木条伸到瓶口，如果木条复燃，说明过氧化钠与二氧化碳反应产生氧 气，可作供氧剂。 点评：点评：本题综合考查了反应原理、除杂、检验等常规实验问题。 【模拟试题模拟试题】 一. 选择题 1. 下列气体不能用浓 H2SO4 干燥的是（ ） A. CO2B. H2SC. SO2D. HCl 2. 下列只能用排水集气法收集的气体是（ ） A. H2B. NOC. CH4D. C3H8 3. 下图装置可用于（ ） A. 加热 NaHCO3制 CO2 B. 用 Cu 与稀硝酸反应制 NO C. 用 NH4Cl 与浓 NaOH 溶液反应制 NH3 D. 用 NaCl 与浓 H2SO4反应制 HCl 4. 实验室利用氧化还原反应制取的气体是（ ） HCl H2S O2 CO2 Cl2 NO A. B. C. D. 5. 为制备干燥、纯净的 CO2 ，将大理石和盐酸反应生成的气体先通过装有下列物质的 两个吸收装置，两个装置中可依次装入（ ） A. 水；无水 CaCl2固体 B. 饱和 NaHCO3溶液；稀 H2SO4 C. 浓 H2SO4；饱和 Na2CO3溶液 D. 饱和 Na2CO3溶液； 稀 H2SO4 6. 如图所示的一套实验室装置，可用于发生.干燥和收集气体，下列各组物质能利用这 套装置进行实验的是（ ） A. 铜屑和浓 HNO3B 二氧化锰和浓盐酸 C. 电石和水D. 碳酸钙和稀盐酸 7. 关于实验室制取乙烯的实验，下列说法正确的是 （ ） A. 反应物是乙醇和过量的 3mol/L 硫酸的混合液 B. 温度计插入反应溶液液面以下，以便控制温度在 140 C. 反应容器（烧瓶）中应加入少许瓷片 D. 反应完毕先灭火再从水中取出导管 8. 某同学设计了下列四种制备气体的方案： 加热稀硫酸和乙醇制备乙烯 加热稀盐酸和二氧化锰制备氯气 用稀硫酸和大理石制备二氧化碳 用稀硝酸和硫化亚铁制备硫化氢 不宜采用的方案有（ ） A. 只有和B. 只有和 C. 只有和D. 9. 下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是（ ） 10. 实验室制取下列气体，其反应放热的是（ ） A. 由无水醋酸钠制 CH4B. 由乙醇制 C2H4 C. 由电石制 C2H2D. 由氯酸钾制 O2 二. 填空题 11. 请设计一个用漂白粉和浓盐酸反应制得氯气，验证干燥的氯气无漂白性并制备氯水 的实验装置图。 装置应包括几部分？气体的发生装置、_装置、_的装置、 _的装置、_的装置。 根据反应物的状态和反应条件应选择何种气体发生装置?_。 制得的气体中含有哪些杂质？应如何得到纯净干燥的氯气？_和_；除 杂方法为_。 根据氯气的溶解度，应选择怎样的氯气溶解装置？尾气应怎样吸收？（画出装置图， 并标明所用试剂的名称 ） 12. CO 是一种无色、无味且不溶于水的有毒气体。 （1）实验室可用甲酸和浓 H2SO4共热制取 CO： HCOOH 浓硫酸 H2O +CO a. 甲酸和浓 H2SO4应怎样混合?浓 H2SO4起什么用?_。 b. 请据实验原理选择所需主要玻璃仪器（导管除外）：_。 c. 怎样收集 CO 气体?_。 （2）实验室还可用草酸晶体与浓 H2SO4共热制取 CO： H2C2O4 浓硫酸 CO2+CO+H2O 请问：怎样才能得到不含 CO2的 CO 气体?_。 （3）工业上用焦炭和水在高温下发生反应制取 CO，其化学方程式为 _，在此条件下，C 和 H2的还原性强弱为_。 13. 下图是化学实验室中制氯气的发生装置.制氯气时，可以通过控制分液漏斗中液体的 流速来调节反应速率，但不能使气体的产生随时停止。 （1）写出实验室制氯气的化学方程式_；收集方法 _；干燥剂_。 （2）某实验小组想将上图所示实验装置加以改装来制取 CO2 ，并保证实验过程中既 能控制反应