2025版新高考化学一轮复习第1章认识化学科学高考专题讲座1常见气体的实验室制法及其性质探究教学案鲁科版

PAGEPAGE1第1章相识化学科学(一)常见气体的试验室制法及其性质探究[核心整合归纳]1．气体制备及其性质探究的基本思路2．常见气体的发生装置反应装置类型反应装置图适用气体操作留意事项固、固加热型O2、NH3等①试管要干燥；②试管口略低于试管底；③加热时先匀称加热再固定加强热固、液加热型或液、液加热型Cl2、HCl等①烧瓶加热时要隔石棉网；②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片(或沸石)固、液不加热型或液、液不加热型H2、CO2、SO2、NO、NO2等①运用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下；②启普发生器只适用于块状固体和液体反应，且气体不溶于水；③运用分液漏斗既可以增加气密性，又可限制液体流速[补短板]“固＋液eq\o(→,\s\up9(△))气”装置的改进(1)限制温度(图1)(2)平衡气压、便于液体滴下(图2)图1图23．常见气体的净化(1)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。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先除易除的杂质气体。(2)气体干燥净扮装置类型液态干燥剂固态干燥剂固态干燥剂固体，加热装置ⅠⅡⅢⅣ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[补短板](1)需净化的气体中含有多种杂质时，除杂依次：一般先除去酸性气体，如氯化氢气体、CO2、SO2等，水蒸气要在最终除去。(2)选用除杂方法时要保证杂质完全除掉，如除CO2最好用NaOH不用Ca(OH)2溶液。有时候为了保证气体除尽，还要验证一步，如验证混合气体中既有CO2，又有SO2，通常用品红溶液检验SO2，然后用溴水或酸性KMnO4溶液除去SO2，再用品红溶液检验是否除尽，最终用澄清石灰水检验CO2。(3)酸性干燥(浓硫酸、P2O5)：不能干燥NH3等碱性气体；碱性干燥剂(碱石灰、NaOH、CaO)：不能干燥SO2、Cl2等酸性干燥剂；中性干燥剂CaCl2不能干燥NH3。4．常见气体的收集方法(1)排水法：收集难溶于水的气体，如O2、H2、N2、NO、CO、C2H4等。(2)排液法：收集难溶于所选溶液的气体，如Cl2用排饱和食盐水法收集。(3)向上排空气法：收集气体密度比空气的大且相差较大的气体，如Cl2、CO2、NO2等。(4)向下排空气法：收集气体密度比空气的小的气体，如CH4、H2、NH3等。[补短板](1)“万能收集瓶”的运用(2)排液集气收集装置的创新5．尾气处理的缘由、方法及装置(1)缘由：有些气体有毒或有可燃性，任其逸散到空气中，会污染空气或者引发火灾、爆炸等灾难。(2)处理方法：一般依据气体的相关性质，使其转化为非气态物质或无毒物质，如酸性有毒气体用碱溶液汲取，可燃性气体用点燃等措施。(3)尾气处理装置(见下图a、b、c)①试验室制取Cl2时，尾气的处理可采纳b装置。②制取CO时，尾气处理可采纳ac装置。③制取H2时，尾气处理可采纳ac装置。留意：尾气汲取时要留意防倒吸，如NH3、HCl的汲取。[试题分类探究]以气体性质验证和物质制备为目的的综合试验探究[典例导航](2024·保定模拟)某化学爱好小组测定硫铁矿(主要成分为FeS2)矿样中硫元素的质量分数，进行如下试验：将m1g样品放入如图所示装置C中，打开K1关闭K2请回答下列问题：(1)装置B的名称为________；a处不断通入空气的目的是_______________。(2)装置A的作用是________________________________________________。(3)反应结束后，关闭K1打开K2，向烧瓶中加入液体，点燃G处酒精灯，使烧瓶中反应发生，操作流程如图。①操作Ⅰ所得溶液中所含的溶质有_________________________________。②操作Ⅱ是洗涤、烘干、称重，检验固体是否洗净的方法是________________________________________________________________________________。③该硫铁矿中硫元素的质量分数为________(用含m1、m2的代数式表示)。(4)取煅烧后的熔渣(含有Fe2O3、FeO)，欲验证其中存在FeO，应选用的试剂是_________________________________________________________________。[思路点拨](1)明确原理：FeS2eq\o(→,\s\up9(高温))SO2eq\o(→,\s\up9(NaOH),\s\do7(溶液))Na2SO3溶液eq\o(→,\s\up9(过量Cl2))Na2SO4溶液eq\o(→,\s\up9(BaCl2))BaSO4(m2g)(2)明确装置的作用：A：限制气流平稳通入B：干燥C：FeS2灼烧反应生成SO2D：汲取SO2E、F：净化Cl2G：生成Cl2。[解析](1)由装置图可知装置B为球形干燥管；a处不断通入空气的目的是供应硫铁矿反应所需的氧气，同时使反应生成的二氧化硫全部转移到装置D中被完全汲取。(2)可以依据装置A中产生气泡的多少来限制气流的速率。(3)①D中含有过量的NaOH溶液，通入SO2发生反应：2NaOH＋SO2=Na2SO3＋H2O，再通入过量的氯气，发生反应：Na2SO3＋Cl2＋H2O=Na2SO4＋2HCl，HCl＋NaOH=NaCl＋H2O,2NaOH＋Cl2=NaCl＋H2O＋NaClO，故操作Ⅰ所得溶液中所含的溶质有Na2SO4、NaCl、NaClO。②可通过检验最终一次洗涤液中是否含有Cl－来检验固体是否洗净，方法是：取最终一次洗涤液少许于试管中，滴加硝酸银溶液和稀硝酸，有白色沉淀生成则没有洗净，否则洗净。③依据硫原子守恒可知，该硫铁矿中硫元素的质量为eq\f(m2,233)×32g＝eq\f(32m2,233)g，该硫铁矿中硫元素的质量分数为eq\f(32m2,233)g÷m1g×100%＝eq\f(32m2,233m1)×100%。(4)验证煅烧后的熔渣中存在FeO，即须要验证Fe2＋，可以先加入盐酸(或稀硫酸)，再加入铁氰化钾溶液，也可以先加入稀硫酸，再加入高锰酸钾溶液。[答案](1)干燥管(或球形干燥管)供应氧气(使硫铁矿充分燃烧)，同时使煅烧生成的SO2气体完全被D中NaOH溶液汲取(2)限制通入的空气气流，使之平稳(3)①Na2SO4、NaCl、NaClO②取最终一次洗涤液少许于试管中，滴入少量硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀生成，则已经洗净③eq\f(32m2,233m1)×100%(4)稀硫酸、KMnO4溶液(或稀盐酸、铁氰化钾溶液或稀硫酸、铁氰化钾溶液)(1)装置B、F的作用分别是____________、____________。(2)通入过量Cl2，装置D中反应的离子方程式有______________________________________________________________________________________。(3)装置D中导管的作用是_________________________________________。(4)装置C中反应的化学方程式为___________________________________。[答案](1)干燥SO2汲取Cl2中的HCl(2)SOeq\o\al(2－,3)＋Cl2＋H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋2Cl－＋2H＋、Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O、H＋＋OH－=H2O(3)导出气体，平衡装置内气压(4)4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up9(高温))2Fe2O3＋8SO2有气体参加试验的留意事项(1)爆炸：可燃性气体的点燃、不纯气体受热、气体导管堵塞导致。(2)炸裂：玻璃仪器的骤冷骤热、受热不均等导致。(3)倒吸：气体在用液体汲取或与液态试剂反应时，由于极易溶解或反应导致。(4)堵塞：生成的蒸气易凝聚、生成气体的同时产生粉尘等导致。(5)空气污染：生成的气体有毒、缺少尾气处理措施或措施不当导致。(6)若制备物质易水解，要留意防止外界空气进入。(7)试验起先时先检查装置气密性，再加药品，后点燃酒精灯。[对点训练]1．已知MgCl2·6H2O在空气中加热时，释出部分结晶水，同时生成Mg(OH)Cl或MgO。试验室以MgCl2·6H2O制取无水MgCl2的部分装置(铁架台、酒精灯已略)如图：下列有关说法错误的是()A．循环物质甲为盐酸B．装置b填充的可能是P2O5或CaCl2C．装置a的分液漏斗中装有的试剂为浓硫酸，其作用为催化剂D．d中与c干脆相连的装置为干燥装置C[MgCl2易发生水解，因此由MgCl2·6H2O制取无水MgCl2须要在HCl氛围中加热，因此循环物质甲为HCl，A项正确；装置a为加热浓盐酸获得HCl的装置，装置b为干燥HCl的装置，填充的干燥剂可以为P2O5或CaCl2，B项正确；装置a的分液漏斗中装有的试剂为浓盐酸，C项错误；从装置c出来的气体为HCl和水蒸气，d中与c干脆相连的装置为干燥装置，以汲取水蒸气，D项正确。]2．(2024·合肥模拟)亚硝酸钠曾用作食品防腐剂。现用如图所示仪器(夹持装置已省略)及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应生成气体的成分。已知：NO2和NO的沸点分别是21℃和－152℃。回答下列问题：(1)组装好仪器后，接下来进行的操作是____________________________；装置C的作用是_________________________________________________。(2)滴入硫酸前须要通入N2，其目的是____________________________________________________________________________________________；试验结束后还须要接着通入N2的目的是____________________________________________________________________________________________。(3)关闭弹簧夹K1，打开分液漏斗活塞，滴入70%硫酸后，A中产生红棕色气体。确认A中还含有NO的依据是____________________________________；A中发生反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________。(4)若向D中通入过量的O2，则装置E中发生反应的离子方程式为_______________________________________________________________；若没有装置B，则对试验结论造成的影响是________________________________________________________________________________________。[解析](1)该试验目的为探究生成气体的成分，因此组装好仪器后，接下来进行的操作是检查装置的气密性。依据供应信息知，NO2的沸点高于NO的沸点，装置C中冰盐水的作用是冷凝，使NO2完全液化。(2)依据供应信息知，反应后生成的气体可能有NO、NO2，滴入硫酸前通入N2，目的是赶走装置中的氧气，防止对一氧化氮的检验造成干扰。试验结束后还须要接着通入N2，目的是把装置中残留的有毒气体全部赶入E中被汲取。(3)依据NO与O2反应生成红棕色的NO2，可知确认A中还含有NO的依据是：打开K2，向D中通氧气后，出现红棕色气体。依据反应生成的气体中含有NO、NO2，配平化学方程式为2NaNO2＋H2SO4=Na2SO4＋NO↑＋NO2↑＋H2O。(4)若向D中通入过量的O2，则装置E中NO2、O2和氢氧化钠反应生成硝酸钠和水，其反应的离子方程式为4NO2＋O2＋4OH－=4NOeq\o\al(－,3)＋2H2O。若没有装置B，则生成的NO2和水反应生成NO，对后面NO的检验造成干扰。[答案](1)检查装置的气密性冷凝，使NO2完全液化(2)赶走装置中的氧气，防止对一氧化氮的检验造成干扰把装置中残留的有毒气体全部赶入E中被汲取(3)打开K2，向D中通氧气后，出现红棕色气体2NaNO2＋H2SO4=Na2SO4＋NO↑＋NO2↑＋H2O(4)4NO2＋O2＋4OH－=4NOeq\o\al(－,3)＋2H2O水会与NO2反应生成NO，影响后面NO的检验仪器连接的气体制备与性质的试验探究[典例导航](2024·专家原创)某化学小组在试验室制备CO，用制备的CO还原氧化铜，并检验反应产物。可能用到的装置如图所示。查阅资料：试验室制备CO的原理：HCOOHeq\o(→,\s\up9(浓硫酸),\s\do7(△))CO↑＋H2O，反应过程可能有SO2、CO2生成。请回答下列问题：(1)为了达到试验目的，装置接口的连接依次是______；E装置内加入的试剂为________。(2)甲同学提出从环保角度考虑，装置不完善，改进措施为_____________；乙同学认为A装置可能发生副反应生成CO2、SO2等酸性气体，理由可能是______________________________________________________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。[思路点拨]①各仪器的作用：A生成CO，B验证CO的还原性，C检验CO的氧化产物CO2，D平安瓶，E汲取杂质气体(如SO2、CO2、H2O)。②制取CO时可能生成杂质气体SO2、CO2、H2O。③验证CO还原CuO应用干燥纯净的CO，在进入B装置前应除去SO2、CO2、H2O(g)等。④汲取SO2、CO2、H2O(g)可以用碱石灰固体干燥剂。[解析](1)用甲酸与浓硫酸共热制取CO，制取的CO中可能含有挥发出来的HCOOH与水蒸气，须要除去杂质后才能用于还原氧化铜，可用碱石灰除去杂质气体，则E装置应连接在A、B装置之间，C装置可用于检验氧化产物CO2，D装置为平安瓶，则接口连接依次为a→h→i→b→c(或c→b)→f→g(或g→f)→d→e，E装置中加入的试剂为碱石灰(或生石灰、烧碱)。(2)尾气中含有有毒的CO，排放到空气中会污染环境，题图中缺少一个尾气处理装置，可用燃烧法或用气球收集等方法处理尾气；甲酸与浓硫酸在加热条件下可能生成CO2、SO2和H2O。[答案](1)a→h→i→b→c→f→g→d→e(b与c、f与g可互换)碱石灰(或生石灰、烧碱)(2)在最终导管口处放置一个点燃的酒精灯(或用气球收集尾气，其他合理方案均可)HCOOH＋H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up9(△))CO2↑＋SO2↑＋2H2O(1)制CO反应过程中有SO2生成，体现浓硫酸的______性。(2)D装置的作用是______________。(3)该试验证明CO还原性的现象是_________________________________。[答案](1)强氧化(2)平安瓶，防倒吸(3)B中黑色物质变红，C中澄清石灰水变浑浊仪器连接的一般依次及说明eq\x(气体的生成)→eq\x(气体的除杂)→eq\x(气体的干燥)→eq\x(气体收集或性质验证)→eq\x(尾气处理)说明：(1)留意两处的防倒吸问题，一是气体的生成和气体的除杂之间，二是气体收集或性质验证与尾气处理之间，为了防倒吸，常加一平安瓶。(2)防堵塞平安装置(3)防污染平安装置[对点训练]3．(双选)氢化钙是重要的生氢剂，遇水或酸能够引起燃烧。利用下列装置制备CaH2固体(供应的试验仪器不得重复运用)，下列说法正确的是()①②③④A．装置①在加入试剂前必需检查气密性B．各个装置仪器接口的连接依次为a→c→b→f→g→d→eC．加热装置④之前必需检查气体的纯度D．装置③的主要作用是防止空气中的CO2、H2O(g)进入装置④中AC[装置①为启普发生器，加入试剂之前必需检查装置的气密性，A正确；装置①中产生的氢气会混有HCl、H2O(g)，通过装置③可以除去这两种杂质，所以仪器接口的连接依次为a→d→e→f→g(或g→f)→b→c，B错误；在加热前需通入氢气排尽装置④硬质玻璃管中的空气，通过检查氢气的纯度确定是否将空气排尽，C正确；装置③的作用是除去氢气中混有的HCl、H2O(g)，D错误。]4．利用如图装置，进行NH3与金属氧化物MxOy反应生成M、N2、H2O，通过测量生成水的质量来测定M的相对原子质量。a中试剂是浓氨水。(1)仪器a的名称为________，仪器b中装入的试剂可以是________。(2)按气流方向正确的装置连接依次为________(填字母，装置可重复运用)。[解析](1)仪器a的名称为分液漏斗，仪器b中装入的试剂可以是NaOH固体或生石灰或碱石灰。(2)该试验在B处产生氨，通过D干燥氨，在A处NH3与MxOy反应，生成的水在D处被汲取，残留氨被C汲取，所以按气流方向正确的装置连接依次为BDADC。[答案](1)分液漏斗NaOH固体(或生石灰或碱石灰)(2)BDADC5．小组乙用下列装置组装制备无水FeCl3的装置：(1)A中发生反应的离子方程式为____________________________________________________________________________________________________。(2)装置接口的连接依次为__________________________________________(用a、b、c……i表示)；试验时应先点燃________(填“A”或“C”)处酒精灯。(3)装置B的作用是________________________________________________________________________________________________________________。(4)假如拆去E和F装置，可能的后果是__________________