2026三维设计一轮总复习高中化学-第24讲　常见气体的实验室制备、净化和收集

第24讲常见气体的实验室制备、净化和收集1.了解常见气体的制备原理、装置及改进。2.能根据气体的性质及制备原理设计实验流程。1.气体制备实验的基本思路2.常见气体的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下表中的三类。制备原理的特点发生装置制备气体固体＋固体△O2、NH3等固体（或液体）＋液体△Cl2等制备原理的特点发生装置制备气体固体＋液体H2、CO2等3.气体发生装置的创新（1）“固体＋固体△创新的目的：用于加热易熔化的固体物质，这样可有效防止固体熔化时造成液体流向试管口，如草酸晶体受热分解制取CO2气体。（2）“固体（或液体）＋液体△装置A的改进优点是能控制反应液的温度。装置B的改进优点是圆底烧瓶和分液漏斗中的压强相等，便于液体顺利流下。（3）“固体＋液体气体”4.气体的除杂方法（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先除易除去的杂质气体；⑤先除杂后干燥。（2）气体干燥、净化装置类型液态干燥剂固态干燥剂固体加热装置常见干燥或除杂试剂浓硫酸（具有酸性和强氧化性）无水氯化钙（呈中性）、碱石灰（呈碱性）Cu、CuO、Mg等例如，当CO2中混有O2杂质时，应选用上述装置中的装置Ⅳ除去O2，除杂试剂是Cu粉。5.气体的收集方法收集方法收集气体的类型收集装置可收集的气体（举例）排水法难溶于水或微溶于水且不与水反应O2、H2、NO、CO收集方法收集气体的类型收集装置可收集的气体（举例）排空气法向上排空气法密度大于空气且不与空气中的成分反应Cl2、SO2、NO2、CO2向下排空气法密度小于空气且不与空气中的成分反应H2、NH36.尾气处理的原因、方法及装置（1）原因：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、爆炸等灾害。（2）处理方法：一般根据气体的相关性质，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吸收，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实验室制取Cl2时，尾气的处理可采用b装置。②制取CO时，尾气的处理可采用a、c装置。③制取H2时，尾气的处理可采用a、c装置。1.判断下列试剂使用是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。答案：（1）×（2）×（3）×（4）×2.判断下列气体的吸收或收集方法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。答案：（1）×（2）×（3）×（4）×一、气体的制备、净化与收集1.实验室制备下列气体所选试剂、制备装置及收集方法均正确的是（）气体试剂制备装置收集方法AO2KMnO4adBH2Zn＋稀H2SO4beCNOCu＋稀HNO3bcDCO2CaCO3＋稀H2SO4bc解析：BKMnO4是固体物质，加热分解产生O2，由于O2难溶于水，因此可以用排水方法或向上排空气的方法收集，故不可以使用d装置收集O2，A错误；Zn与H2SO4发生置换反应产生H2，块状固体与液体反应制取气体，产生的H2难溶于水，因此可以用排水方法收集，故可以使用装置b、e制取H2，B正确；Cu与稀HNO3反应产生NO气体，NO能够与O2发生反应产生NO2气体，因此不能使用排空气的方法收集，C错误；CaCO3与稀硫酸反应产生CaSO4、CO2气体，CaSO4微溶于水，使制取CO2气体不能持续发生，因此不能使用该方法制取CO2气体，D错误。2.下列气体发生装置，当加入适当的块状固体和液体时不具有随开随用、随关随停功能的是（）解析：DA、B、C可以利用压强差控制反应；D没有隔离板，所以不能控制反应的发生与停止。二、气体制备实验装置的连接3.根据实验目的设计的如下装置的连接中，正确的是（）A.制备收集C2H4：连接a→c→gB.制备收集NO：连接b→c→e→dC.制备收集NH3：连接b→d→e→cD.制备收集Cl2：连接a→f→c→e→d解析：D制备C2H4没有控制温度的温度计，A错误；NO与O2反应，不能用排空气法收集，B错误；浓硫酸吸收多余的NH3，易发生倒吸，C错误；饱和食盐水除去HCl气体，浓硫酸吸收水蒸气，碱石灰吸收多余的Cl2，D正确。4.（1）实验室在通风橱中用下图装置制备CO（加热及夹持装置省略），反应方程式：HCOOHCO↑＋H2O。从B、C、D中选择合适的装置收集CO，正确的接口连接顺序为a→d→e→c→b→h（每空填一个接口标号）。（2）实验室用MnO2和浓HCl制取干燥Cl2时，净化与收集Cl2所需装置的接口连接顺序为c－d－b－a－e。解析：（1）用C除去甲酸，B收集一氧化碳，E接收排出的水，故接口连接顺序为a→d→e→c→b→h。（2）根据化学方程式可知，制取的氯气中混有氯化氢、水蒸气，氯气有毒，必须进行尾气处理，因此使用饱和食盐水吸收氯化氢气体，浓硫酸除去水蒸气，最后用NaOH溶液吸收尾气，因此接口连接顺序为c－d－b－a－e。【题后归纳】（1）按气体流向装置的连接顺序：气体的发生装置→气体的除杂装置→气体的性质实验（或收集）装置→尾气处理装置。注意：洗气瓶中“长进短出”、干燥管中是“粗进细出”。（2）与气体有关的实验操作顺序：三、尾气的吸收和处理5.下列实验装置正确的是（）解析：ANO2与NaOH溶液反应，可用NaOH溶液吸收NO2尾气，A项正确；收集Cl2用向上排空气法，B项错误；制取NaHCO3应首先在饱和食盐水中通入NH3，后通入CO2，C项错误；SO2有毒，应用NaOH溶液吸收尾气，D项错误。【题后归纳】尾气吸收分析思维模型实例：HBr尾气的处理：1.（2023·北京高考8题）完成下述实验，装置或试剂不正确的是（）A.实验室制Cl2B.实验室收集C2H4C.验证NH3易溶于水且溶液呈碱性D.除去CO2中混有的少量HCl解析：DNa2CO3与HCl、CO2均发生反应，不能达到除杂的目的，应该选用饱和NaHCO3溶液，D项错误。2.（2023·天津高考9题）如图是反应装置，可以做下列（）A.稀硝酸与铁制备一氧化氮B.浓盐酸与二氧化锰制备氯气C.浓氨水与氢氧化钠制备氨气D.浓硫酸与亚硫酸钠制备二氧化硫解析：D一氧化氮易被空气中的氧气氧化，不能用排空气法收集，A不选；浓盐酸与二氧化锰制备氯气需要加热，B不选；氨气密度比空气小，不能用向上排空气法收集，C不选；浓硫酸与亚硫酸钠制备二氧化硫，二氧化硫的密度比空气大，用向上排空气法收集，二氧化硫有毒需要用NaOH溶液吸收尾气，D选。3.（2022·山东高考11题）某同学按图示装置进行实验，欲使瓶中少量固体粉末最终消失并得到澄清溶液。下列物质组合不符合要求的是（）气体液体固体粉末ACO2饱和Na2CO3溶液CaCO3BCl2FeCl2溶液FeCHClCu（NO3）2溶液CuDNH3H2OAgCl解析：A通入CO2气体依次发生反应CO2＋Na2CO3＋H2O2NaHCO3、CaCO3＋H2O＋CO2Ca（HCO3）2，由于在相同温度下NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，最终瓶中仍有白色晶体析出，不会得到澄清溶液，A项符合题意；通入Cl2，发生反应Cl2＋2FeCl22FeCl3、2FeCl3＋Fe3FeCl2，最终Fe消失得到澄清溶液，B项不符合题意；通入HCl，NO3－在酸性条件下会表现强氧化性，发生离子反应：3Cu＋8H＋＋2NO3－3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，最终Cu消失得到澄清溶液，C项不符合题意；AgCl在水中存在溶解平衡AgCl（s）⇌Ag＋（aq）＋Cl－（aq），通入NH3后，Ag＋与NH3结合成[Ag（NH3）2]4.（2021·全国乙卷8题）在实验室采用如图装置制备气体，合理的是（）化学试剂制备的气体ACa（OH）2＋NH4ClNH3BMnO2＋HCl（浓）Cl2CMnO2＋KClO3O2DNaCl＋H2SO4（浓）HCl解析：C氨气的密度小于空气，收集氨气需要用向下排空气法收集，A不合理；由题给装置图可知，该实验装置可用于固固加热型反应，而浓盐酸是液体，所以不能用该装置制备Cl2，B不合理；KClO3受热分解制备氧气属于固固加热型，且氧气密度大于空气，可用向上排空气法收集，C合理；由题给装置图可知，该实验装置可用于固固加热型反应，而浓硫酸是液体，所以不能用该装置制备HCl，D不合理。5.（2021·海南高考3题）用如图装置制取干燥的气体（a、b表示加入的试剂），能实现的是（）选项气体abAH2S稀H2SO4FeSBO2H2O2溶液MnO2CNO2浓HNO3铁片DNH3浓氨水CaO解析：BH2S与浓硫酸反应，故不能用浓硫酸干燥，A错误；发生反应2H2O22H2O＋O2↑，浓硫酸干燥氧气，B正确；铁片和浓硝酸常温下发生钝化，故不能制取二氧化氮气体，C错误；氨气与浓硫酸反应，故不能用浓硫酸干燥氨气，D错误。一、选择题（本题包括9个小题，每小题只有一个选项符合题意）1.（2024·辽宁鞍山模拟）最适宜用下图所示装置（夹持仪器已省略）干燥、收集的气体是（）A.NH3 B.NOC.Cl2 D.SO2解析：A一氧化氮易被氧气氧化为二氧化氮，不能用排空气集气法收集，B错误；氯气密度比空气大，储气瓶“长口进气，短口出气”可以收集，C错误；二氧化硫密度比空气大，储气瓶“长口进气，短口出气”可以收集，D错误。2.（2024·内蒙古包头模拟）下列实验装置能达到实验目的的是（）A.制备氨气B.防止倒吸C.收集NO气体D.除去NO中的NO2解析：D氯化铵受热分解生成氨气与氯化氢，在试管口氨气与氯化氢化合生成氯化铵，不能制备氨气，应选氯化铵与氢氧化钙加热，且试管口略向下倾斜，A错误；漏斗口在液面下，不能防止倒吸，漏斗口应在液面上，B错误；题图中进气方向不合理，应短导管进气排二氧化碳收集NO，C错误。3.如图所示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.铁屑和稀硫酸 B.二氧化锰和浓盐酸C.氯酸钾和二氧化锰 D.碳酸钙和稀盐酸解析：DA项，铁和稀硫酸生成的氢气应用向下排空气法收集；B项，二氧化锰和浓盐酸反应制氯气需加热；C项，氯酸钾和二氧化锰反应制取氧气为“固＋固加热”型装置。4.（2024·浙江台州模拟）不能通过气压的变化控制反应的发生和停止的装置是（）ABCD解析：A上下移动铜丝控制固液是否接触，从而控制反应的发生和停止，不是通过气压变化控制反应的发生和停止，A符合题意。5.（2024·宁夏吴忠模拟）下列实验装置能达到实验目的的是（）解析：C浓氨水和氧化钙反应生成氨气，氨气的密度比空气小，用向下排气法收集，但试管口应该放置棉花，减少对流，A错误；浓硫酸与铜在加热条件下才生成硫酸铜、二氧化硫和水，Cu＋2H2SO4（浓）△CuSO4＋SO2↑＋2H2O，B错误；铜和浓硝酸反应生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，不能用排水收集二氧化氮6.下列装置应用于实验室制氯气并回收氯化锰（MnCl2·4H2O）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和水蒸气C.用装置丙分离二氧化锰和氯化锰溶液D.用装置丁蒸干氯化锰溶液制MnCl2·4H2O解析：BMnO2固体与浓HCl要在加热条件下发生反应制取Cl2，缺少加热装置，A错误；制取Cl2实验结束后，将剩余物过滤除去未反应的MnO2，得到MnCl2溶液，从而回收MnCl2，不能通过分液的方法分离，C错误；MnCl2为强酸弱碱盐，易发生水解反应，直接蒸发溶剂，不能得到纯净的MnCl2·4H2O，D错误。7.（2024·河南洛阳高三联考）如图装置可用于制取、提纯并收集表格中的四种气体（a、b、c表示相应仪器中加入的试剂），其中可行的是（）选项气体abcANO2浓硝酸铜片NaOH溶液BSO2浓硫酸Cu酸性KMnO4溶液CNH3浓氨水生石灰碱石灰DCO2稀硝酸CaCO3浓硫酸解析：DA项，氢氧化钠溶液会吸收生成的NO2，不正确；B项，铜与浓硫酸反应需要加热，且酸性高锰酸钾能氧化SO2，不正确；C项，碱石灰是固体干燥剂，而题给的装置适用于液体干燥剂，且NH3不能用向上排空气法收集，不正确。8.（2024·江苏南通模拟）下列有关1-丁烯的制备、净化、收集、性质验证的装置不能达到实验目的的是（）A.用装置甲制备1-丁烯B.用装置乙除去1-丁烯中混有的乙醇蒸气C.用装置丙收集1-丁烯D.用装置丁验证1-丁烯与酸性高锰酸钾溶液反应解析：CA项，甲装置中，1-溴丁烷在氢氧化钠的醇溶液、加热条件下发生卤代烃的消去反应生成1-丁烯，正确；B项，1-丁烯不溶于水，乙醇易溶于水，因此可将混合气体通过水来除去1-丁烯中混有的乙醇蒸气，正确；C项，1-丁烯的密度大于空气，应该从长导管通入1-丁烯，空气从短导管排出，错误；D项，1-丁烯中存在碳碳双键，能与酸性高锰酸钾反应从而使酸性高锰酸钾溶液褪色，正确。9.某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N2（同时生成FeO），下列说法不正确的是（）已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能吸收NO2，不吸收NO。A.装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g（或g→h）→b→c→dB.装置戊中发生的化学方程式为2NO＋2Fe△2FeOC.装置丁的作用是除去挥发出来的硝酸和产生的NO2D.装置乙的作用是干燥，防止水蒸气进入戊中干扰反应解析：D根据实验原理利用NO被灼热的铁粉还原为N2，同时生成FeO，所以首先应制备纯净的干燥NO，利用Cu与稀HNO3反应生成NO，由于HNO3具有挥发性，所以NO中会混有硝酸和水蒸气，则先通过装置丁除去挥发的HNO3等酸性气体，然后再通过装置己进行干燥；干燥纯净的NO进入装置戊与铁粉发生反应；最后是处理多余的NO，由于NO与NaOH溶液不反应，而浓HNO3可氧化NO生成NO2，故先通过装置乙氧化NO，后再通过装置丙吸收NO2，A项正确；装置戊中NO被Fe还原为N2，同时生成FeO，反应化学方程式为2NO＋2Fe△2FeO＋N2，B项正确；装置丁中水的作用是除去NO中混有的HNO3，C项正确；装置乙盛放的是浓HNO3，依据题意是氧化NO成NO2，便于NaOH溶液吸收，并不是起干燥作用二、非选择题（本题包括2个小题）10.氧钒（Ⅳ）碱式碳酸铵晶体难溶于水，是制备热敏材料VO2的原料，其化学式为（NH4）5[（VO）6（CO3）4（OH）9]·10H2O。实验室以VOCl2和NH4HCO3为原料制备氧钒（Ⅳ）碱式碳酸铵晶体的装置如图所示。已知：＋4价钒的化合物易被氧化，回答下列问题：（1）制备过程中，上述装置依次连接的合理顺序为e→a→b→f→g→c（按气流方向，用小写字母表示）。装置A中饱和NaHCO3溶液的作用是除去二氧化碳中的HCl杂质。（2）连接好装置，检查气密性良好后，加入试剂，开始实验，先关闭K2，打开K1（填实验操作），当装置B中溶液变浑浊时，关闭K1，打开K2，进行实验。（3）装置D中生成氧钒（Ⅳ）碱式碳酸铵晶体的化学方程式为6VOCl2＋6H2O＋17NH4HCO3（NH4）5[（VO）6（CO3）4（OH）9]·10H2O↓＋13CO2↑＋12NH4Cl解析：（1）由于＋4价钒的化合物易被氧化，因此装置D反应前需要用装置C产生的CO2排出装置内的空气，而装置C中产生的CO2中会混入HCl杂质，用装置A中的饱和NaHCO3溶液除去，用装置B检验CO2是否充满整个实验装置，故装置依次连接的合理顺序为e→a→b→f→g→c。11.如图是用于气体制备、干燥、性质验证、尾气处理的部分仪器装置（加热及夹持固定装置均已略去）。请根据下列要求回答问题。（1）若烧瓶中盛装锌片，分液漏斗中盛装稀硫酸，则：①当仪器连接顺序为A→C→B→B→D时，两次