大单元二　第六章　第23讲　常见气体的实验室制备、净化和收集

第23讲常见气体的实验室制备、净化和收集[复习目标]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.常见气体制备发生装置依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将发生装置分为三类：(1)固体+固体气体(2)固体+液体(或液体+液体)气体(3)固体+液体(不加热)→气体制备气体：选择合适的药品和装置能制取中学化学中常见的气体。[应用举例]根据试剂和反应条件选择合适的装置制取中学化学中常见的气体。制取气体选用试剂选用上述装置(填字母)NH3①氯化铵与消石灰a②浓氨水与碱石灰eCO2①碳酸钠与稀硫酸e②石灰石与稀盐酸e或f或gCl2①二氧化锰与浓盐酸c或d②KMnO4与浓盐酸eO2①KMnO4a②过氧化氢和二氧化锰e乙烯乙醇和浓硫酸b乙炔电石和饱和食盐水e2.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先除易除的杂质气体。(2)气体净化装置[应用举例]选择合适的试剂和装置除去下列气体中的杂质。气体(括号内为杂质)除杂试剂选择上述装置(填编号)H2(HCl)水ⅠN2(NH3)水ⅠNO(NO2)水ⅠCO(CO2)NaOH溶液Ⅰ碱石灰Ⅱ或ⅢCO2(CO)灼热的CuOⅣO2(H2S)硫酸铜溶液Ⅰ3.气体的收集方法收集方法收集原理收集装置可收集气体排水法难溶于水或微溶于水，且不与水反应O2、H2、NO、CO等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等向下排空气法密度小于空气且不与空气中的成分反应H2、NH3等4.尾气处理装置(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、d装置。(3)制取H2时，尾气的处理可采用a、d装置。(4)制取NH3、HCl气体时，尾气的处理可采用c装置。1.判断下列装置或操作能否达到实验目的，能达到目的的打“√”，不能的打“×”。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“×”。1.(2025·河北，7)如图所示装置(加热、除杂和尾气处理装置任选)不能完成相应气体的制备和检验的是()A.电石与饱和NaCl溶液B.Na2SO3固体与70%的浓H2SO4C.大理石与稀HClD.Al2S3固体与水答案C解析电石与饱和NaCl溶液反应制备乙炔，乙炔可与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应而使酸性KMnO4溶液褪色，A不符合题意；Na2SO3固体与70%的浓H2SO4反应制备SO2，SO2可与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应而使酸性KMnO4溶液褪色，B不符合题意；大理石与稀HCl反应制备CO2，CO2不能使酸性KMnO4溶液褪色，C符合题意；Al2S3固体遇水发生水解反应生成Al(OH)3和H2S，H2S可与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应而使酸性KMnO4溶液褪色，D不符合题意。2.(2024·重庆，6)某小组用下图中甲作为气体发生装置，其他装置根据实验需求选用(加热及夹持装置略)。下列说法错误的是()A.若制取NH3，则a为浓氨水，b可为氧化钙B.若制取Cl2，则乙可盛饱和食盐水以除去HClC.若制取Cl2，则丙可作气体收集装置D.若制取NH3，则丁可盛水用作尾气处理装置答案D解析氧化钙和水反应放出大量热，促使氨水中一水合氨分解释放出氨气，A正确；饱和食盐水能抑制氯气溶解，且能吸收HCl，B正确；氯气密度大于空气，丙中气体长进短出，可作氯气气体收集装置，C正确；氨气极易溶于水，尾气处理时丁中没有防倒吸装置，D错误。3.实验室制备下列气体，所选试剂、制备装置及收集装置均正确的是()选项气体试剂制备装置收集装置ANH3NH4ClaeBCl2MnO2+浓盐酸cdCSO2Cu+浓硫酸bdDNO2Cu+浓硝酸bf答案B解析NH4Cl受热分解生成NH3和HCl气体，二者在试管口遇冷又重新生成NH4Cl，A不合题意；实验室采用MnO2和浓盐酸共热的方法来制备Cl2，故可选用装置c，氯气密度比空气的大，采用向上排空气法收集，选用装置d，B符合题意；Cu与浓硫酸需在加热条件下才能反应制得SO2，应选用装置c，SO2的密度比空气的大，采用向上排空气法收集，选用装置d，C不合题意；Cu和浓硝酸反应不需要加热，故可选择装置b，但NO2与水会反应，不能采用排水法收集，D不合题意。课时精练[分值：100分](1~11题，每小题8分)1.(2023·天津，9)实验室制备和收集相应气体可使用下图装置的是()A.Fe与稀硝酸反应制NOB.MnO2与浓盐酸共热制备Cl2C.NaOH与浓氨水制备NH3D.Na2SO3与浓硫酸制备SO2答案D解析NO与O2反应生成NO2，不能用排空气法收集NO，故不选A；二氧化锰与浓盐酸共热制备Cl2，缺少加热装置，故不选B；氨气的密度比空气小，需要用向下排空气法收集NH3，导管应短进长出，故不选C；Na2SO3与浓硫酸反应生成SO2，SO2密度比空气大，用向上排空气法收集SO2，故选D。2.(2023·北京，8)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答案D解析Na2CO3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。3.(2021·海南，3)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答案B解析H2S与浓硫酸反应，故不能用浓硫酸干燥H2S，故A错误；发生反应：2H2O22H2O+O2↑，浓硫酸可以干燥氧气，故B正确；常温下，铁片遇浓硝酸发生钝化，不能制取二氧化氮气体，故C错误；氨气与浓硫酸反应，故不能用浓硫酸干燥氨气，故D错误。4.(2021·全国乙卷，8)在实验室采用如图装置制备气体，合理的是()选项化学试剂制备气体ACa(OH)2+NH4ClNH3BMnO2+HCl(浓)Cl2CMnO2+KClO3O2DNaCl+H2SO4(浓)HCl答案C解析氨气的密度比空气小，不能用向上排空气法收集，故A错误；二氧化锰与浓盐酸共热制备氯气为固液加热反应，不能选用固固加热装置，故B错误；二氧化锰和氯酸钾共热制备氧气为固固加热的反应，氧气的密度大于空气，可选用向上排空气法收集，故C正确；氯化钠与浓硫酸共热制备HCl为固液加热反应，不能选用固固加热装置，故D错误。5.(2022·山东，11)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()选项气体液体固体粉末ACO2饱和Na2CO3溶液CaCO3BCl2FeCl2溶液FeCHClCu(NO3)2溶液CuDNH3H2OAgCl答案A解析通入CO2气体依次发生反应：CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3、CaCO3+H2O+CO2=Ca(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项选；通入Cl2，发生反应：Cl2+2FeCl2=2FeCl3、2FeCl3+Fe=3FeCl2，最终Fe消失得到澄清溶液，B项不选；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项不选；AgCl在水中存在溶解平衡：AgCl(s)⥬Ag+(aq)+Cl-(aq)，通入NH3后，Ag+与NH3结合生成[Ag(NH3)2]+6.NaH是有机合成中用途很广泛的物质。已知NaH遇水蒸气剧烈反应，某小组设计如图实验装置制备NaH。下列说法不正确的是()A.安全漏斗的作用是液封B.装置A中的试剂是稀硝酸和粗锌C.装置B中的试剂是浓硫酸D.实验开始后先启动A中反应，再点燃C处酒精灯答案B解析加入液体后，部分液体存于安全漏斗上部弯管中起液封作用，避免氢气从漏斗中逸出，A正确；硝酸具有强氧化性，与Zn反应不生成氢气，B错误；B是干燥氢气的装置，B中试剂为浓硫酸，C正确；先启动A中反应，利用生成的氢气将装置中的空气排出，防止钠与氧气反应，后点燃C处酒精灯，D正确。7.根据装置和下表内的物质(省略夹持、净化以及尾气处理装置，图1中虚线框内的装置是图2)，其中能完成相应实验目的的是()选项a中的物质b中的物质实验目的、试剂和操作实验目的c中的物质进气方向A稀硝酸Cu收集贮存NO水N→MB浓硝酸Na2SO3检验SO2的氧化性品红溶液M→NC浓氨水碱石灰收集贮存氨气饱和NH4Cl溶液N→MD浓盐酸MnO2检验Cl2的氧化性Na2S溶液M→N答案A解析稀硝酸和Cu反应生成NO，NO不溶于水，不与水反应，用排水法收集NO，进气方向是N→M，故A符合题意；浓硝酸具有强氧化性，与Na2SO3反应生成硫酸盐和NO2气体，无SO2产生，因此无法检验SO2的氧化性，故B不符合题意；氨气溶于饱和NH4Cl溶液，不能用排饱和NH4Cl溶液的方法来收集氨气，故C不符合题意；二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应，而该实验没有加热装置，因此不能制备氯气，故D不符合题意。8.根据实验目的设计装置，连接正确的是()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答案D9.实验室用乙醇和浓硫酸反应制乙烯，某小组利用以下装置进行该实验。其中难以达到实验目的的是()A.制备乙烯B.净化乙烯C.验证乙烯可发生加成反应D.收集乙烯答案D解析乙醇在170℃发生消去反应制备乙烯，图中装置可以达到实验目的，A不符合题意；由于浓硫酸具有脱水性，可使部分乙醇脱水炭化，然后发生反应：C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O，即制得的乙烯中混有CO2、SO2气体，氢氧化钠可与CO2、SO2反应，而不与C2H4反应，因此可用NaOH溶液净化乙烯，B不符合题意；将纯净的乙烯气体通入溴的四氯化碳溶液中，溶液褪色，可证明乙烯可与Br2发生加成反应，C不符合题意；乙烯密度与空气接近，其难溶于水，应用排水法收集乙烯，图中装置难以达到目的，D符合题意。10.利用下列装置可以制取并收集纯净气体(尾气处理装置省略，乙中装浓硫酸)的是()选项制备气体药品ANOCu、稀硝酸BSO2饱和NaHSO3溶液、75%浓硫酸CH2粗锌、稀硫酸DCl2KMnO4、浓盐酸答案C解析NO不能用排空气法收集，A项不符合题意；据图可知，多孔隔板适用于块状难溶固体与液体发生的反应，饱和NaHSO3溶液和75%浓硫酸都是液体，不能控制反应，B项不符合题意；粗锌是颗粒，与稀硫酸反应产生氢气，氢气可以用浓硫酸干燥，可用向下排空气法收集氢气，C项符合题意；浓盐酸会挥发出HCl，不能得到纯净氯气，D项不符合题意。11.实验是探究元素化合物性质的重要方法。利用如图实验装置和下列试剂能实现相应元素不同价态间转化的是()选项试剂元素不同价态间的转化abcA70%硫酸亚硫酸钠新制氯水S+6→S+4B稀硫酸硫化亚铁氯化铁溶液Fe+2→Fe+3C浓硝酸铜片水N+5→N+4D浓盐酸高锰酸钾溴化钾溶液Cl-1→Cl0答案D解析70%硫酸和亚硫酸钠反应生成SO2，S元素的化合价没有变化，故A不符合题意；稀硫酸和硫化亚铁溶液反应生成H2S和FeSO4，铁元素的化合价没有变化，故B不符合题意；浓硝酸和铜片反应生成NO2，N元素的化合价从+5价变为+4价，NO2和水反应生成HNO3和NO，N元素的化合价从+4价变为+5价和+2价，故C不符合题意；浓盐酸和高锰酸钾反应生成Cl2，Cl元素的化合价从-1价变为0价，Cl2和溴化钾溶液反应生成KCl和Br2，Cl元素的化合价从0价变为-1价，故D符合题意。12.(12分)实验室常见气体制备装置及收集方法如图。(1)实验室中可用装置a制取O2或NH3，反应的化学方程式分别为

，

。

(2)实验室中可用装置b制取O2、NH3、Cl2、CO2、SO2、NO2等气体，则制取Cl2的化学方程式为

，制取NO2的化学方程式为。

若利用该装置用浓氨水和NaOH固体制取NH3，其原理是

。

(3)实验室用过氧化氢溶液及少量Mn