知识讲解常见气体的制备与收集(提高)

1、常见气体的制备与收集【考纲要求】掌握常见气体的实验室制法（包括所用试剂、仪器，反应原理和收集方法）。【考点梳理】考点一、几种气体实验室制备的反应原理气体反应原理（化学方程式）氧气A 12KC1O 32KC1+3O 2 fA 2KMnO 4 K2MnO 4+MnO 2+O2T2H。/氨气A 2NH4Cl+Ca(OH) 2 CaCl2+2NH 3 T +2H2O氢气Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 TCO2CaCO3+2HCl=CaCl 2+CO2 T +H2OSO2Na2SO3+H 2SO4(浓尸Na 2SO4+H 2O+SO2 TCu+2 H2SO4(浓)CuSO4(浓)+ SO2 T +2

2、H 2ONO2Cu+4HNO 3(浓尸Cu(NO3)2+2NO 2 T +2H2OC2H2CaC2+2H2O Ca(OH)2+ C2H2 T氯气MnO 2+4HCl(浓A )=rMnCl 2+C12T +2H2ONO3Cu+8HNO 3(稀)=3Cu(NO 3)2+2NO T +4H2OC2H4浓硫酸C2H50H 170 c' C2H4f+H2O考点二、气体的发生装置1 .设计原则：根据反应原理、反应物状态和反应所需条件等因素来选择反应装置。2 .装置基本类型:装置固体反应物（加热）固液反应物（不加热）固液反应物（加热）类型仪器典型气体。2、NH3、CH4 等H2、CO2、H2s 等。

3、C12操作要点试管口应稍向下倾斜，以防止产生的水蒸气在管 口冷凝后倒流而引起试管 破裂；铁夹应夹在距试管口1/3 处；胶塞上的导管伸入试管 里面不能太长，否则会妨 碍气体的导出。在用简易装置时，如用长颈 漏斗，长颈漏斗的下口应伸入 液面以下，否则起不到液封的 作用；加入的液体反应物（如酸） 要适当；块状固体与液体的混合物 在常温下反应制备气体可用先把固体药品加入烧瓶, 然后加入液体药品； 要正确使用分液漏斗。考点三、气体的收集方法和装置根据气体的密度、溶解性、稳定性可将气体的收集方法分为三种。1、收集方法：（1）排水集气法凡难溶于水或微溶于水，又不与水反应的气体都可用排水法收集；（2）向上排空

4、气法凡是气体的相对分子质量大于空气的平均相对分子质量的可用此法；（3）向下排空气法若气体的相对分子质量小于空气的平均相对分子质量，则用向下排空气法。2、收集装置: 图甲可收集。2、H2、N2、C12（饱和NaCl溶液）、NO、CO2（饱和NaHCO3溶液）、CO 等。（2）图乙可收集 Cl2、NO2、CO2、SO2 等。（3）图丙可收集 H2、NH3、CH4等。（4）图丁从A进气相当于图乙，从 B进气相当于图丙。考点四、气体的干燥净化装置1、气体干燥净化装置：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。液态十燥剂固态干燥剂固体，加热装置7乙Kfe_.一 玉TV甲糠

5、WT |1茵1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）除杂试剂Cu、CuO、Mg 等可十燥的气体H2、Cl2、O2、SO2、N2、CO2、CO、CH4H2、C12、。2、SO2、N2、CO2、CO、CH4H2、。2、N2、CO、CH4、NH3可除去H2、。2、N2、CO不可十燥 的气体HBr、NH3、HINH3Cl 2、SO2、CO2、NO2等（1）洗气瓶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CO2、SO2、H2S、CM NO2等呈酸性的气体。饱和的酸式盐溶液，可将杂质

6、气体吸收转化，如：饱和NaHCO 3溶液能除去CO2中混有的HCl、SO2等强酸性气体。饱和NaHSO3溶液能除去SO2中混有的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气体，如H2S、HBr、HI等。酸性KMnO 4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。(2)干燥管、U形管一般装入固体的干燥剂。常见的固体干燥剂有：酸性干燥剂，用来干燥酸性气体。如P2O

7、5、硅胶等。碱性干燥剂，用来干燥碱性气体。如CaO、碱石灰、固体 NaOH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CaCl2 8NH 3氨合物)。(3)双通加热管一般装入固体除杂剂，除杂试剂和混合气体中的某一组分反应。例如：Cu和混合气体中02反应而将02除去。另外还常用固体的无水 CuSO4装入干燥管中，通过颜色变化检验水蒸气的存在(但不能用CuSO4作干燥剂，因CuSO4吸水率低)。用Na2O2固体也可将 CO2、H20(气)转化为。2。2、尾气处理装置：尾气处理与净化、干燥的原理和装置是一样的。(1)图甲装置中若装 NaOH可吸

8、收 Cl2、SO2、NO2、CO2等酸性气体。若装 Na2SO3可 吸收 Cl2、S02、N02 等。(2)图乙和图丙装置中若装碱石灰可吸收Cl2、SO2、NO2、CO2等酸性气体，同时他们还是一个双吸收装置，应用于制取易潮解的物质，如，制无水 A1C13时，正好可吸收多余的C12 ,反应结束后冷却过程中又可吸收回流的空气以防止潮解。(3)尾气处理还可以用下列装置:甲乙丙A.甲装置吸收极易溶于水的气体如HCl、NH3 等。学习方法/提分干货/精品课程/考试真题，你需要的这里都有!B.乙装置吸收溶解度较小的气体如C12等。C.丙装置除去可燃的有毒气体如CO等。D.无需要吸收直接排放的气体有。2、

9、N2、H2、CO2、CxHy,其中 H2 和 CxHy 必须排放到室外。3、防倒吸完全装置4.测量气体的体积：利用气体的不溶于某些液体的性质(如H2难溶于水，C12难溶于饱和食盐水)可用排液法 粗略测量气体的体积。其多种量气装置见下图。实验操作水平的高低决定了测量误差的大小。为减少量气误差，应注意：装置(A),反应后应恢复到室温再读数，实验前集气瓶应充满水。气体体积即量筒中水的体积，装置(B):读数时应上下移动乙管，使甲、乙两管液面相平。读取反应前后甲管中液面 体积读数的差值即为气体体积.装置(C):测量收集到气体体积，应先使气体冷却至室温，再慢慢将量筒下移，使量筒 内外液面高度相同，再读取读

10、数.装置(D):实验中水面要没过漏斗颈，量筒中装满水，反应在漏斗中进行，生成气体的体积即为量筒内气体的体积。装置(E):用于测量混合气体中被吸收 (或不被吸收)的体积分数.读数时球形容器和量气 管液面相平，量气管内增加的水的体积等于不被反应管吸收的气体的体积.考点五、气体制备实验的基本过程1、气体制备实验一般分为以下六个环节：制气一安全装置一除杂一干燥一反应一尾气处理2、气体制备实验操作的一般步骤：(1)组装(从下到上、从左到右)(2)检验气密性(3)加入药品(4)排尽装置内的空气(5)验纯(6)性质实验或反应(7)拆除装置【典型例题】 类型一、实验室制取气体的原理例1、下列实验装置图正确的是

11、【思路点拨】A项中制乙烯的温度计应插入液面以下以测溶液的温度；C项中没有除杂装置；D项收集乙酸乙酯时导管不能插入液面以下。【答案】B【解析】A选项：实验室制备乙烯控制乙醇的分解温度是关键，乙醇在圆底烧瓶中，温度计的水银球必须置于反应混合液的液面以下测乙醇的分解温度；C选项：实验室制备氯气是在加热条件下反应的， 该装置没有热源，由于反应在加热条件下进行， 盐酸的挥发性导致一部分氯化氢气体随着氯气挥发出来，同时伴有少量的水蒸气的产生， 所以在收集装置前应该连有两个洗气瓶，一个装有饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体，一个装有浓硫酸除去氯气中的水蒸气，而该装置中没有热源和除杂装置；D选项：随着乙酸乙酯挥

12、发出来的有乙醇和乙酸，其中乙醇极易溶于水，而乙酸又能和碳酸钠溶液反应，导管插入液面就会产生倒吸，使反应得不到乙酸乙酯。答案B.【点评】本题考查了：了解化学实验常用仪器的主要用途和使用方法，能绘制和识 别典型实验仪器的装置图，掌握常见气体的实验室制法 和收集方法）。认真注意课本中的每个演示实验和学生实验。 举一反三：【变式1】右图是一套实验室制气装置，用于发生、干燥 和收集气体。下列各组物质中能利用这套装置进行实验的 是A.铜屑和浓硝酸B.二氧化镒和浓 HClC.电石和水D.碳酸钙和稀硫酸【答案】A（包括所用试剂、仪器、反应原理【变式2】右图是制取和收集某气体的实验装置，该装置可用于A.用浓盐酸

13、和二氧化镒反应制取C12B.用过氧化钠固体和水反应制取O2C.用浓硝酸与铜反应制取 NO2D.用浓氨水和生石灰反应制取NH3【答案】B 例2、拟用下图装置制取表中的四种干燥、纯净的气体（图中铁架台、铁夹、加热及气体收集装置均已略去；必要时可以加热；a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂）气体abcdC2H4乙醇浓 H2SO4NaOH溶液浓 H2SO4Cl2浓盐酸MnO2NaOH溶液浓 H2SO4NH3饱和NH 4CI溶液消石灰H2O固体NaOHNO稀 HNO3铜屑H2OP2O5上述方法中可以得到干燥、纯净的气体是气体气体气体气体指出不能用上述方法制取的气体，并说明理由（可以不填满）,理由是,理

14、由是,理由是,理由是【思路点拨】从气体的发生、净化和干燥等方面综合考虑。【答案】NO C2H4 装置中没有温度计，无法控制反应温度C12 反应生成的C12被c中的NaOH溶液吸收了 NH3 反应生成的NH3被c中的H2O吸收了【解析】若制取乙稀，由于装置中没有温度计，无法控制反应温度，实验无法进行。后面的除杂试剂NaOH溶液（用于吸收CO2和SO2）和干燥剂浓H2SO4的选用都是正确的。若用该装置制取氯气是可以的，用浓H2SO4对氯气进行干燥也是可以的。但要除去氯气中混有的HCl气体，c中应选用饱和食盐水。我们熟悉的制取氨气的装置是以NH 4C1固体和消石灰作反应物的固体加热制气装置，用本题中

15、装置和题给反应物也能制取氨气（a中也可以加入浓氨水），但c中的水能吸收氨气且能发生倒吸。若 c中不加入任何物质倒是可以的。若用该装置制取 NO气体，制得的气体中可能混有 NO2气体，c中用水能将NO2转化为NO, d中的P2O5起干燥作用。我们熟悉的干燥装置一般由两种：本题中d装置和干燥管（或U型管），d装置中一般装液体干燥剂如浓硫酸，干燥管（或 U型管）中装入固体干燥剂。 这里d装置中装入固体干燥剂是一种非常规方法。【总结升华】本题考查制取气体实验中根据已有装置选择反应物、除杂试剂和干燥剂的能力，其中有常规方法和非常规方法。举一反三：【变式1】（2014 江苏化学）下列装置应用于实验室制氯气

16、并回收氯化镒的实验，能达到实验目的的是（）A.用装置甲制取氯气B.用装置乙除去氯气中的少量氯化氢C.用装置丙分离二氧化镒和氯化镒溶液D.用装置丁蒸干氯化镒溶液制MnCl2 4屋O【答案】C【解析】A项，利用MnO和浓盐酸制氯气，需要加热，故无法达到实验目的；B项，洗气装置气体应该是长进短出， 且C12和HCl都能与NaHC端液反应，应用饱和食盐水除去 C12 中的HCl,故无法达到实验目的； C项，MnO不溶于水，MnCl2能溶于水，因此可以用过滤法Mn(OH)+2HClT ,无分离，正确；D项，加热蒸干时 MnCb会发生水解：MnCb+2H2法制得 MnC2 4H20。例3、下列反应适用于实

17、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.【思路点拨】实验室里制备气体要操作简单，容易分离，经济实惠，切实可行。【答案】C【解析】甲烷在高温下才能分解成H2和C,实验室里很难办到。赤热的炭和水蒸气反应生成CO和H2,既难反应，又难分离，难以在实验室里实现。可用锌和稀硫酸反应、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。【总结升华】工业制法重在考虑原料来源丰富、生产成本低。方法适用于工业制法， 赤热的炭与水蒸气反应生成 CO和H2 ,CO和H2O在催化剂条件下继续反应生成CO2和H2,除掉混合气中的CO2后即得到H2O 举一反

18、三：【变式1】下列反应适用于实验室制备氧气的是（）高镒酸钾热分解2KMnO 4=；K2MnO4+MnO2+o2 f硝酸俊热分解2NH4NO3= 4H2O+2N2 T +O2 T过氧化氢催化分解2H2。2 =2H2O+O2T二氧化氮热分解2NO22NO+O2A.只有B.和C.和D.【答案】C【变式2】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 镒制取干燥的氧气，则合理的装置组合为（）A. C. 【答案】C1)B.D.【解析】用H2O2制02的反应原理为:MnOj*2Hm +反应条件可选作为制取装置。干燥。2可选用或装置，要收集干燥的 故合理的装置组合为。【高清课堂40

19、6671例4】【变式3】可用右图装置制取（必要时可加热）、净化、收集的气体是由反应物的状态和02只能用装置,A.铜和稀硝酸制一氧化氮B.氯化钠与浓硫酸制氯化氢C.锌和稀硫酸制氢气D.硫化亚铁与稀硫酸制硫化氢【答案】B类型二、气体的净化和干燥例4、制备下列气体过程中，净化除杂的有关操作（括号内是杂质）其中正确的是（）A、CO2 （CO）气体通过灼热的 CuOB、C2H4 （SO2）气体通过盛有滨水的洗气瓶C、NO （NO2）通过水洗干燥后，用向下排空气法收集D、NH3 （H2O）浓 H2SO4【思路点拨】C2H4和SO2与滨水均发生反应；浓 H2SO4与NH3反应。【答案】A【解析】滨水会吸收

20、C2H4, B不正确；NO会与02反应，C不正确；浓H2 SO4吸收 NH3, D不正确。【总结升华】除杂时，除杂试剂一般不能与被提纯物质反应。举一反三：【变式1】既能用浓H2SO4干燥，又可用CaO干燥的气体有（）H2 O2 N2 SO2 H2s CH4 NH3 CO2A.B.C.D.【答案】A【解析】能用浓H2SO4干燥的有：，能用 CaO干燥的有：。【变式2】为制备干燥、纯净的 CO2,将大理石和盐酸反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 饱和Na

21、2CO3溶液；稀硫酸 A.B.C.D.【答案】A【变式3】为下列各组气体选择合适的除杂试剂（括号内为杂质气体）（1）含有HCl杂质的气体 CO2（HCl） : ; SO2（HCl） : C12（HC1） : （2）中性气体中含有酸性杂质气体 O2（Cl 2）: ; CO（CO2）： NO(NO 2) ：(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(Cl 2)： 【答案】(1)饱和NaHCO3溶液 饱和NaHSO3溶液 饱和食盐水(2)NaOH溶液NaOH溶液H2O(3)饱和NaHCO3溶液或酸性高镒酸钾溶液(4)

22、灼热Cu灼热Cu(5)CCl 4类型三、气体的收集例5、利用如右图所示的装置收集以下8种气体：H2；C12；O2;HCl;NH3;NO; SO2; NO2。(1)若烧瓶是干燥的，则由 B 口进气，可收集的气体有 ,若由A 口 进气，可收集的气体有 。(2)若在烧瓶内充满水，可收集的气体有 ,气体应由 口进 入。(3)若烧瓶中装入适量浓硫酸， 可以用它来干燥的气体有 ,气体应由 口进入。【思路点拨】相对分子质量大于29 (空气的平均相对分子质量)的，密度比空气大。密度比空气大的气体才能用向上排空气法收集。【答案】(1) (2) A (3)B【解析】(1)从B 口进气是收集密度比空气大的气体，若从

23、 A 口进气则收集密度比空气小的气体，用排空气法收集的气体必须与02不反应，且密度与空气密度相差较大。(2)若用排水法收集，则气体必须不溶于水，应从 A 口进。(3)若用浓H2SO4干燥气体，必须从 B 口进。【总结升华】对同一个装置，从不同的角度去审视可能有不同的作用。加强思维的灵活 性和开放性训练是思维训练的重要方面，是打破思维定式的有效方式。举一反三：【变式1】(2015北京东城二模)利用下列装置进行相应实验，有关说法不正确的是 ()A.图1装置可验证酸性：H2CO3>H2SiO3B.图2装置可用于收集气体：H2、CO2、Cl2、NH3C.图3装置可用于分离；CCl4萃取碘水后的有

24、机层和水层D.图4装置中接通开关后，Zn片腐蚀速率增大，Cu片上有气体放出【答案】C【变式2】下列各组气体在常温下能共存且能用向上排空气法收集的是A. NO 和 02B. HCl 和 NH3C. H2 和 COD. SO2 和 CO2【答案】D【解析】A和B选项中的两组气体会发生反应，不能共存；C选项中的 “不能用向上排空气法收集，而 CO 一般用排水法收集；而 D选项中的S02和C02常温下不发生反应， 而且两者的密度均比空气大，都可以用向下排空气法收集。所以符合题意的选项为D。【变式3】实验室常见的几种气体发生装置如图A、B、C所示:（1）实验室可以用B或C装置制取氨气，如果用 C装置，通

25、常使用的药品是;检查C装置气密性的操作方法是 （2）气体的性质是选择气体收集方法的主要依据。下列气体的性质与收集方法无关的是 （填序号，下同）。密度颜色溶解性热稳定性是否与氧气反应下图是某学生设计收集气体的几种装置，其中不可行的是 。若用A装置与D装置相连制取收集 X气体，则X可能是下列气体中的 C02NO Cl2H2其中在D装置中连接小烧杯的目的是 【答案】（1）浓氨水和氧化钙（或碱石灰、固体氢氧化钠等 ）将导管通入水槽中，用手捂 或酒精灯微热圆底烧瓶底部，如果导管口处有气泡产生，松开手或停止加热后， 在导管里形成一段水柱，说明 C装置气密性良好（2） b c （3） 吸收尾气，防止污染空气【解析】（1）采用B装置制取氨气时应选用消石灰和氯化俊固体；C装置适用于固体与液体不需要加热的反应，故应选用浓氨水和氧化钙（或碱石灰、固体氢氧化钠等）。检查C装置气密性的操作是将导管通入水槽中，用手捂或用酒精灯微热圆底烧瓶底部，如果导管口处有气泡产生，松开手或停止加热后，在导管里