专题4气体的制备与性质（解析版）-2024年中考科学【热点·重点·难点】专练（浙江专用）

专题4气体的制备与性质备考方向常见题型氧气的性质和用途主要在选择题中结合二氧化碳考査:综合命题主要结合氧气的制取实验，氧气的制法主要考査发生装置和收集装置的选择、仪器的选用与组装、氧气的检验与验满、发生装置优缺点的分析判断、实验过程中的注意事项等。二氧化碳制取多为综合性试题，结合氧气考查，结合具体的条件选择发生装置和收集装置，要熟记装置选择的考虑因素。气体制取和收集装置的选择应根据制取气体从原理上是否科学，严谨、合理，装置上和操作中是否安全、简便、现象是否明显，药品是否经济、易得、环保节能等方面进行分析。制取氢气在中考题也常出现。选择题、实验题气体制取的一般流程：制取→净化→干燥→收集(1)制取装置主要考虑反应物的状态和反应时是否需要加热等因素。装置固体间反应加热型粉状固液反应不加热型块状固液反应不加热型装置示意图适用气体O2、NH3等H2、CO2、O2等 H2、CO2等注意事项①试管口应稍向下倾斜，防止产生的水蒸气在管口冷凝后倒流引起试管破裂②铁夹应夹在距试管口1/3处③橡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①长颈漏斗的下端管口应伸入液面以下②加入的液体反应物(如酸)要适当③将长颈漏斗换成分液漏斗可以控制反应速率①将块状固体置于多孔隔板上方②液体从长颈漏斗中加入至浸没固体即可③该装置的优点是随开随制，随关随停(2)气体净化吸收剂可吸收的气体杂质净化装置水易溶性气体，如HCl、NH3等强碱(NaOH)溶液CO2、HCl、H2S、SO2、Cl2等饱和碳酸氢钠溶液CO2气体中混有的HCl、SO2气体碱石灰(NaOH＋CaO)CO2、H2O(气)、HCl等灼热氧化铜H2、CO灼热的铜网O2(3)气体干燥干燥剂可干燥的气体不能干燥的气体干燥装置酸性浓硫酸O2、CO2、CH4、N2、HCl、SO2等NH3碱性生石灰、碱石灰、固体氢氧化钠O2、H2、CO、CH4、N2、NH3CO2、HCl、H2S、SO2中性无水氯化钙除NH3以外的所有气体NH3(4)气体收集主要考虑气体的溶解性、密度、是否有毒性、能否与空气中的成分发生化学反应等。装置类型排水(液)法向上排空气法向下排空气法气球集气法装置示意图适用范围不溶于水(液体)的气体密度大于空气的气体密度小于空气的气体所有气体典型气体H2、O2、NO、CO、CH4O2、CO2、SO2、H2SH2、NH3、CH4NO、N2、O2等（建议用时：40分钟）1．（2023•衢州）小科利用以下“认识物质性质”的思维模型，在老师的指导下学习未知气体X的性质。（1）变化→性质：小科用图甲装置进行实验，向左侧塑料瓶里倒入足量的气体X，观察到试纸A不变红，试纸B比C先变红。据此推测气体X有哪些性质？。（2）性质→变化：通过学习知道，气体X能与氢氧化钠反应，且不产生其他气体。如图乙，小科向充满气体X的烧瓶中注入10mL氢氧化钠溶液，反应结束后打开止水夹。预测将出现的现象，并写出对应的原因。（3）性质→应用：根据以上性质，若要收集一瓶干燥的气体X，可将气体X干燥后，再选用下图中的（填字母）方法进行收集。A.B.C.D.E.【解答】解：（1）小科用图甲装置进行实验，向左侧塑料瓶里倒入足量的气体X，观察到试纸A（干燥的紫色石蕊试纸）不变红，试纸B（湿润的紫色石蕊试纸）比C（湿润的紫色石蕊试纸）先变红（C在高处，B在低处）。据此推测气体X的性质有密度比空气大，能与水反应生成酸性物质；故答案为：气体X的密度比空气大，且能与水反应生成酸性物质；（2）气体X能与氢氧化钠反应，且不产生其他气体。如图乙，小科向充满气体X的烧瓶中注入10mL氢氧化钠溶液，气体X与氢氧化钠反应，造成装置内的压强减小，反应结束后打开止水夹，在外界大气压的作用下，烧杯中的水被倒吸进入烧瓶；故答案为：烧杯中的水倒吸进入烧瓶，原因是气体X与氢氧化钠反应导致瓶内气压减小，大气压将水压入烧瓶；（3）由上述实验可知，气体X的密度比空气大，若收集较为干燥的气体X，可采用向上排空气法；故答案为：B或E。2．（2023•宁波）小宁在课外资料中获悉：在锌和稀硫酸的反应中，加入硫酸铜溶液会影响反应的快慢。为此，他进行了探究。实验装置如图甲所示。【实验步骤】①在规格相同的A、B试管中分别放入大小相近、数量相同的锌粒，胶头滴管吸入等量的溶液，如图甲所示。塞紧橡胶塞。②将两个胶头滴管中的溶液同时挤入试管后，立即开启数据采集器。③约100s后，停止采集数据。电脑显示气压p随时间t变化的关系如图乙。【实验分析】（1）图甲中“★”处应填。（2）要确保实验成功，实验前应检查反应装置的。（3）实验中，锌和稀硫酸反应的快慢通过采集到的试管内值的变化快慢来反映。【实验结论】在锌和稀硫酸的反应中，加入硫酸铜溶液可以（填“减慢”或“加快”）反应速度。【解答】解：（1）对比实验中只能有一组变量，其他的实验数据均需要相同，则B试管中加入0.4mL10%的稀硫酸和0.1mL硫酸铜溶液；故答案为：硫酸铜；（2）实验前应检查反应装置的气密性，确保实验成功；故答案为：气密性；（3）锌能与稀硫酸反应产生氢气，则实验中，锌和稀硫酸反应的快慢通过采集到的试管内气压值的变化快慢来反映；故答案为：气压；（4）根据图乙分析可知等时间内B试管中气压增加的更多，故加入硫酸铜溶液可以加快反应速度；故答案为：加快。3．（2023•丽水）实验室用15%的H2O2溶液在MnO2催化作用下制取氧气，实验前露在烧瓶中加入一定量的水，是不是H2O2溶液浓度会影响氧气产生的速度？小科利用如图装置进行探究。【建立假设】H2O2溶液浓度越小，产生氧气的速度越慢。【实验方案】在相同条件下，分别用30毫升2%、4%和6%的H2O2溶液进行实验，记录收集20毫升氧气所需的时间。【实验数据】实验序号123H2O2溶液的浓度2%4%6%收集20毫升氧气所需时间/秒t1t2t3【实验结论】在相同条件下，H2O2溶液浓度越小，产生氧气的速度越慢。【交流反思】（1）上述实验除了实验装置相同，还要控制相同（填字母）；A.MnO2质量B.滴加H2O2溶液的速度（2）该实验通过分解H2O2制取氧气，可用化学方程式表示为；（3）表中t1、t2、t3的大小关系是支持上述实验结论的，其中最大的是。【解答】解：（1）除探究要素不同之外，其它条件都应该是相同的，上述实验除了实验装置相同，还要控制MnO2质量、滴加H2O2溶液的速度相同。（2）过氧化氢在二氧化锰的催化作用下生成水和氧气，反应的化学方程式为：2H2O22H2O+O2↑。（3）在相同条件下，H2O2溶液浓度越小，产生氧气的速度越慢，实验1中过氧化氢溶液的浓度最小，反应速率最慢，收集20毫升氧气所需时间最长，则表中t1、t2、t3的大小关系是支持上述实验结论的，其中最大的是t1。故答案为：（1）AB；（2）2H2O22H2O+O2↑；（3）t1。4．（2023•绍兴）碳捕集是实现“碳中和”的措施之一，其中一种方法是用氢氧化钠溶液来吸收二氧化碳。某探究小组将二氧化碳持续通入氢氧化钠溶液中，并利用传感器实时测定氢氧化钠溶液吸收二氧化碳后溶液的pH，装置如图甲所示。溶液的pH随时间变化情况如图乙，且pH等于11.6时溶液处于饱和状态。通过查阅资料发现。①碳酸钠能与二氧化碳、水反应生成碳酸氢钠（Na2CO3+CO2+H2O═2NaHCO3）。②该温度下，饱和碳酸钠溶液的pH为11.6，饱和碳酸氢钠溶液的pH为8.3。③该温度下碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠的溶解度。根据以上现象和信息，小组同学展开进一步探究。【提出问题】二氧化碳持续通入氢氧化钠溶液中，形成的产物是什么？【建立假设】假设1：只有碳酸钠；假设2：碳酸钠、碳酸氢钠；假设3：只有碳酸氢钠；假设4：………小敏根据图乙曲线判断假设1不成立，理由是。【实验过程】继续通入二氧化碳，溶液的pH随时间变化情况如图丙。【实验结论】小敏根据图丙曲线认为二氧化碳持续通入氢氧化钠溶液后的最终产物是。【交流评价】（1）小金认为该曲线还不能确定最终产物。因为pH可能还未呈稳定状态，接下去的操作是。（2）小兴受小金的启发，猜测最后溶液可能呈酸性，他猜想的依据是，所以建议小组同学继续展开探究。【解答】解：【建立假设】该温度下，饱和碳酸钠溶液的pH为11.6，此时pH小于11.6；【实验结论】该温度下，饱和碳酸钠溶液的pH为11.6，饱和碳酸氢钠溶液的pH为8.3，根据图丙曲线认为二氧化碳持续通入氢氧化钠溶液后的最终产物是碳酸氢钠；【交流评价】（1）碳酸钠能与二氧化碳、水反应生成碳酸氢钠，溶液的pH可能还未呈稳定状态，接下去的操作是继续通入二氧化碳，直到pH不再变化；（2）猜测最后溶液可能呈酸性，他猜想的依据是二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性。故答案为：【建立假设】该温度下，饱和碳酸钠溶液的pH为11.6，此时pH小于11.6；【实验结论】碳酸氢钠；【交流评价】（1）继续通入二氧化碳，直到pH不再变化；（2）二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性。5．（2023•杭州）酸碱灭火器是利用两种“灭火剂”混合后喷出液体来扑灭火灾的一种灭火器。小金拟制作一款简易酸碱灭火器，进行了如下探究。实验一：灭火剂的选择可供选择的试剂：20%的盐酸、20%的硫酸溶液、20%的硫酸钠溶液和饱和碳酸钠溶液。小金为了寻找反应最快的“灭火剂”组合，利用如图甲所示装置和如表所示试剂进行实验，装置A和B中的注射器、橡胶塞、U形管、气球的规格均相同，装置A和B的气密性良好，初始状态均相同。装置AB注射器内试剂10mL10mL20%的盐酸U形管内试剂10mL饱和碳酸钠溶液10mL饱和碳酸钠溶液（1）装置A中注射器盛放的试剂为。（2）若实验中同时将装置A和B的注射器内试剂全部推入U形管，装置B中发生反应的化学方程式为，通过观察（填写现象）比较两组“灭火剂”反应的快慢。实验二：灭火器制作及使用（3）小金制作了如图乙所示灭火器，推动注射器活塞，喷嘴喷出液体将燃烧的蜡烛熄灭，蜡烛熄灭的原因是。【解答】解：（1）对比实验中只能有一组实验数据不同，其他的实验数据均需要相同，则实验A中注射器中加入的试剂为：10mL20%的硫酸溶液；故答案为：20%的硫酸溶液；（2）碳酸钠与稀盐酸反应生成氯化钠、水与二氧化碳，反应的化学方程式为：Na2CO3+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2↑；实验中反应速率越快产生的气体越多，气球膨胀的速率越快，则可以观察气球膨胀的速率比较两组“灭火剂”反应的快慢；故答案为：Na2CO3+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2↑；气球膨胀的速率；（3）燃烧的三要素为：有可燃物，可燃物与氧气接触、可燃物的温度达到着火点；则喷嘴喷出液体将燃烧的蜡烛熄灭的原理为：降低蜡烛的温度至着火点以下；故答案为：降低蜡烛的温度至着火点以下。6．（2023•杭州一模）反应物的质量比不同可能会影响生成物的种类，为探究碳和氧化铜反应生成的气体种类，小金设计了如下实验装置和方案（B、C装置中药品足量，且所有反应均充分进行）【提出问题】碳和氧化铜反应生成的气体是什么？【作出猜想】猜想①：CO；猜想②：CO2；猜想③：CO和CO2。从定性观察角度判断（1）实验时，若A处黑色粉末变红，则说明碳具有（填写性质）；（2）若观察到（填写现象），则可排除猜想①。（3）从定量计算角度判断用电子天平测定表格中的四个数据：反应前的质量反应后的质量A（试管+固体）m1m2B+C（广口瓶+溶液）m3m4若猜想②成立，则理论上（m4﹣m3）（m1﹣m2）（选填“＜”“＞”或“＝”）。【解答】解：（1）C+2CuO2Cu+CO2↑，碳可以夺取氧化铜中的氧，实验时，若A处黑色粉末变红，则说明碳具有还原性，（2）C+2CuO2Cu+CO2↑，二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，若观察到B中澄清的石灰水变浑浊，则可排除猜想①；（3）猜想②成立，生成二氧化碳，二氧化碳被澄清石灰水吸收，生成二氧化碳质量来自固体减少质量，故m4﹣m3＝m1﹣m2。故答案为：（1）还原性；（2）B中澄清的石灰水变浑浊；（3）＝。7．（2023•温州模拟）如图甲装置可以用来比较不同金属与稀盐酸反应的快慢情况，其中的压强传感器能够测出密闭容器内的气压大小。现将等质量的镁、铝、铁与等量、等浓度的稀盐酸反应的相关数据记录如图乙。已知在等温、等体积条件下，装置内气压与气体的量成正比。（1）实验中还要控制成一致的变量是。（2）分析图乙，根据得出三次实验的盐酸都已反应完全。（3）在进行上述实验过程中，发现每组实验测得的装置内压强的实际值都比计算得到的理论值大，如图丙所示。请分析可能的原因。【解答】解：（1）该实验的目的是比较不同金属与稀盐酸反应的快慢情况，根据控制变量法，除了金属的种类不同，其它因素均相同，故实验中还要控制成一致的变量是镁、铝、铁的形状相同；（2）分析乙图，根据最终气压相等，即生成氢气体积相等得出三次实验的盐酸都已反应完全。（3）在进行上述实验过程中，发现每组实验测得的装置内压强的实际值都比计算得到的理论值大，如图丙所示。可能的原因是反应放热，温度升高，气体热胀冷缩，水蒸发加快，气压变大。故答案为：（1）镁、铝、铁的形状相同；（2）实验最后得到瓶内气压相同，产生气体相同；（3）反应放热，温度升高，气体热胀冷缩，水蒸发加快，气压变大。8．（2023•余姚市模拟）某混合气体可能有CO2、CO、H2中的一种或几种，某学习小组的同学为了探究气体的组成，设计了如下装置进行实验（夹持装置已省略）。实验后发现A装置中溶液变浑浊，C中的固体由黑色变红色，D中的固体由白色变蓝色，F装置中的水流入烧杯。在反应前后对C、D装置进行了质量的测量（各步反应均完全），测量结果如下表：反应前后反应前反应后C装置中玻璃管与固体的总质量/gacD装置中U形管与固体的总质量/gbd请分析回答下列问题：（1）一定能证明原混合气体中有氢气存在的实验现象是。（2）F装置的作用：①“抽气”；②。（3）证明原混合气体中有CO存在的定量关系式子是QUOTE（用字母a、b、c、d表示）。【解答】解：（1）氢气能与氧化铜反应生成铜和水蒸气，无水硫酸铜遇水蒸气变蓝色，则一定能证明混合气体中有氢气存在的实验现象是：D中固体由白色变为蓝色，故答案为：D中固体由白色变为蓝色；（2）F装置的作用：“抽气”；还能收集尾气，故答案为：收集尾气；（3）一氧化碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳能被碱石灰吸收，C装置中减少的质量即为氧化铜中氧元素的质量，D装置中增加的质量为水的质量，水中氧元素的质量为（d﹣b）100%，（a﹣c）说明除了氢气与氧化铜反应，还有一氧化碳与氧化铜反应，能证明原混合气体中有CO存在，故答案为：（a﹣c）。9．（2023•鹿城区二模）实验室常用锌与稀硫酸反应制取氢气，化学方程式Zn+H2SO4＝ZnSO4+H2↑。小科实验中发现粗锌（含有少量杂质铜）与稀硫酸反应的速率比纯锌与稀硫酸反应速率快。【查阅资料】①锌中混有杂质铜时，能加快锌与稀硫酸反应的速率。②3%的硫酸铜溶液的密度与水的密度相同。（1）他提出，纯锌与混有不同浓度硫酸铜的稀硫酸是否也能加快反应速率呢？老师建议可设置3组以上实验，每组可选用10mL10%的稀硫酸溶液与一定量纯锌粒、一定量水和一定浓度的硫酸铜溶液，锥形瓶溶液总量30mL适宜。请利用如图实验装置，设计合理实验步骤。（2）纯锌与混有不同浓度硫酸铜的稀硫酸反应中，当CuSO4溶液浓度超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降，请分析产生该现象的主要原因是。【解答】解：室温下，在5支洁净的试管中分别放入等质量、颗粒大小相同的锌粒，再向试管中加入10mL10%的稀硫酸、水和一定浓度的硫酸铜溶液，试剂用量记录如下。测量30秒内收集的气体体积。试管编号123453%硫酸铜溶液（mL）00.52.5515水（mL）2019.517.5155收集的氢气体积（mL）V1V2V3V4V5（2）当增大硫酸铜溶液浓度达到一定后，锌与硫酸铜反应生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积，从而使反应速率下降。故答案为：（1）室温下，在5支洁净的试管中分别放入等质量、颗粒大小相同的锌粒，再向试管中加入10mL10%的稀硫酸、水和一定浓度的硫酸铜溶液，试剂用量记录如下。测量30秒内收集的气体体积。试管编号123453%硫酸铜溶液（mL）00.52.5515水（mL）2019.517.5155收集的氢气体积（mL）V1V2V3V4V5（2）当增大硫酸铜溶液浓度达到一定后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积，从而使反应速率下降。10．（2023•鹿城区校级模拟）图甲装置可以用来比较不同金属与稀盐酸反应的快慢情况，其中的压强传感器能够测出密闭容器内的气压大小。现将等质量的镁、铝、铁与等量的等浓度的稀盐酸反应的相关数据记录如图乙。已知在等温、等体积条件下，装置内气压与气体的量成正比。（1）实验中还要控制成一致的变量是。（2）分析乙图，根据得出三次实验的盐酸都已反应完全。（3）在进行上述实验过程中，发现每组实验测得的装置内压强的实际值都比计算得到的理论值大。如图丙所示，请分析可能的原因。【解答】解：（1）实验中还要控制成一致的变量是镁、铝、铁的形状相同（即表面积）、温度。（2）分析乙图，根据最终气压相等，即生成氢气体积相等得出三次实验的盐酸都已反应完全。（3）在进行上述实验过程中，发现每组实验测得的装置内压强的实际值都比计算得到的理论值大，如图丙所示。可能的原因是反应放热，温度升高，气体热胀冷缩，水蒸发加快，气压变大。故答案为：（1）三种金属的表面积相同、温度；（2）实验最后得到瓶内气压相同，产生气体相同；（3）反应放热，温度升高，气体热胀冷缩，水蒸发加快，气压变大。11．（2023•金华二模）如下是小科在进行研究性学习课题《化学反应中质量守恒的研究》的过程。【提出问题】氧化汞