初中化学中考复习常见气体制取与净化知识清单

初中化学中考复习常见气体制取与净化知识清单  一、气体实验室制取与净化的总体原则与核心考点  【基础】【高频考点】本专题是河南中考化学的必考内容，占据约610分的分值。其核心在于考查学生对气体制取的一般思路和方法掌握程度，包括反应原理的选择、发生装置与收集装置的判断、净化和干燥的先后顺序、以及检验与验满的方法。复习时需构建完整的知识体系，从单一气体制备走向综合实验设计与评价。  （一）实验室制取气体的一般思路与方法  1.原理的选择：必须在常温或加热条件下，反应速率适中，便于操作，气体产物纯净，易于收集。避免使用价格昂贵、有毒或难以控制的反应物。  2.装置的选择：依据反应物状态（固体、液体）和反应条件（是否加热）选择发生装置；依据气体的密度（与空气比较）和溶解性（及是否与水反应）选择收集装置。  3.过程的优化：制得的气体往往含有杂质（如酸雾、水蒸气、其他反应副产物），需根据气体和杂质的性质选择合适的净化剂和干燥剂，并确定合理的净化顺序。  二、常见气体的实验室制取反应原理  【重要】掌握氧气、二氧化碳和氢气的实验室制法是基础中的基础。必须能准确书写化学方程式，并判断反应类型。  （一）氧气（O₂）的实验室制法  1.加热高锰酸钾（KMnO₄）：    反应原理：高锰酸钾在加热条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气。    化学方程式：2KMnO₄△K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑    【易错点】试管口要塞一团棉花，防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管或污染水槽。    反应类型：分解反应。  2.加热氯酸钾（KClO₃）和二氧化锰（MnO₂）混合物：    反应原理：氯酸钾在二氧化锰的催化作用和加热条件下分解生成氯化钾和氧气。    化学方程式：2KClO₃MnO₂△2KCl+3O₂↑    【难点】二氧化锰在此反应中作为催化剂，其质量和化学性质在反应前后不变，起改变（通常是加快）反应速率的作用。    反应类型：分解反应。  3.过氧化氢（H₂O₂）溶液在二氧化锰（MnO₂）催化下分解：    反应原理：过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气。    化学方程式：2H₂O₂MnO₂2H₂O+O₂↑    【热点】此装置无需加热，操作安全、节能、环保，且可通过控制过氧化氢溶液的滴加速率来控制反应速率，是中考命题的热点。    反应类型：分解反应。  （二）二氧化碳（CO₂）的实验室制法  1.药品：大理石（或石灰石，主要成分CaCO₃）和稀盐酸（HCl）。  2.反应原理：碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳。    化学方程式：CaCO₃+2HCl→CaCl₂+H₂O+CO₂↑  3.【非常重要】药品选用分析：    为什么不用浓盐酸？浓盐酸具有强挥发性，会使制得的CO₂中混有大量HCl气体，导致气体不纯。    为什么不用稀硫酸？稀硫酸与碳酸钙反应生成硫酸钙（CaSO₄），硫酸钙微溶于水，会覆盖在石灰石表面，阻止内部碳酸钙与酸接触，使反应很快停止。    为什么不用纯的碳酸钙（如碳酸钠）？反应速率过快，产生气体过于迅猛，不便于收集和操作。  4.反应类型：复分解反应。  （三）氢气（H₂）的实验室制法（拓展考向）  1.药品：锌粒（Zn）和稀硫酸（H₂SO₄）。  2.反应原理：锌与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气。    化学方程式：Zn+H₂SO₄→ZnSO₄+H₂↑  3.【易错点】为何不用镁（反应太快、成本高）、铁（反应太慢）、铜（不反应）？锌的活泼性适中，反应速率适中，便于收集。    为何不用稀盐酸？盐酸易挥发，会使制得的氢气中混有HCl气体。  三、气体发生装置与收集装置的选择与应用  （一）发生装置的选择与改进  【核心】取决于反应物状态和反应条件。  1.固体加热型（固固加热型）：    装置特点：试管口略向下倾斜（防止冷凝水回流炸裂试管），铁夹夹在距试管口约1/3处，导管刚露出橡皮塞即可。    适用反应：加热高锰酸钾、加热氯酸钾与二氧化锰混合物制氧气。    【重要】典型仪器：酒精灯、试管、铁架台（带铁夹）、单孔橡皮塞、导管。  2.固液不加热型（固液常温型）：    装置特点：无需加热，操作简便。    适用反应：过氧化氢制氧气、大理石与稀盐酸制二氧化碳、锌与稀硫酸制氢气。    【热点】装置改进与评价：    （1）简易装置：试管（或锥形瓶）+长颈漏斗+带导管的双孔橡皮塞。长颈漏斗末端必须液封（伸入液面以下），防止生成的气体从漏斗口逸出。    （2）启普发生器原理的简易装置：能实现“随开随用，随关随停”。常用装置有：有孔隔板的试管（或U型管）、注射器代替长颈漏斗等。关闭止水夹，内部气体压强增大，将液体压回长颈漏斗或多孔隔板以下，使固液分离，反应停止；打开止水夹，气体导出，压强减小，液体重新与固体接触，反应发生。  （二）收集装置的选择  【核心】取决于气体的密度和溶解性，以及是否与空气中成分反应。  1.排水集气法：    适用气体：难溶于水或微溶于水，且不与水发生反应的气体。如O₂、H₂。    【重要】优点：收集的气体纯度较高（不含空气杂质）。缺点：气体潮湿（含水蒸气）。    操作要点：集气瓶装满水（无气泡），导管口有连续、均匀气泡冒出时再收集（排尽装置内空气），收集完后在水面下盖好玻璃片，正放或倒放取决于气体密度。  2.向上排空气法：    适用气体：密度比空气大，且不与空气中成分反应的气体。如CO₂、O₂。    【重要】优点：收集的气体较干燥。缺点：纯度不高。    操作要点：导管应伸入集气瓶底部，便于排尽瓶内空气。验满方法：将燃着的木条（或带火星的木条）放在集气瓶口，若木条熄灭（或复燃），则已满。  3.向下排空气法：    适用气体：密度比空气小，且不与空气中成分反应的气体。如H₂、CH₄。    操作要点：导管应伸入集气瓶底部。验满方法：用燃着的木条放在集气瓶口，若气体燃烧或发出爆鸣声，则已满。  四、气体的净化与干燥  【难点】中考化学中，综合实验题常涉及气体的净化、干燥顺序，以及除杂试剂的选择。  （一）净化原则  1.除杂不引杂：选用的试剂只能与杂质反应，不能与目标气体反应。  2.优先除杂：一般情况下，先除去其他杂质，最后除去水蒸气（因为通过溶液后会带出水蒸气）。  （二）常见气体的净化剂（除杂试剂）  1.吸收CO₂：用澄清石灰水（主要成分Ca(OH)₂）或氢氧化钠（NaOH）溶液。后者吸收效果更好。    化学方程式：CO₂+Ca(OH)₂→CaCO₃↓+H₂O；CO₂+2NaOH→Na₂CO₃+H₂O。  2.吸收O₂：用灼热的铜网。    化学方程式：2Cu+O₂△2CuO。  3.吸收HCl气体：    溶于水形成盐酸，可用水吸收，但目标气体易溶于水时不宜。    常用饱和NaHCO₃溶液（用于除去CO₂中的HCl）：NaHCO₃+HCl→NaCl+H₂O+CO₂↑。（此反应不损耗CO₂，还增加了CO₂）    也可用AgNO₃溶液，但一般不用于主要气体的除杂。  4.吸收H₂O（干燥）：根据气体的酸碱性选择干燥剂。    酸性干燥剂：浓硫酸（H₂SO₄）。不能干燥碱性气体，如氨气（NH₃）。    碱性干燥剂：碱石灰（NaOH和CaO的混合物）、生石灰（CaO）、固体NaOH。不能干燥酸性气体，如CO₂、SO₂、HCl。    中性干燥剂：无水氯化钙（CaCl₂）。但不能干燥氨气（会形成CaCl₂·8NH₃络合物）。    【非常重要】常见气体的干燥选择：    O₂、H₂、CO₂均可使用浓硫酸干燥（但CO₂是酸性气体，只能用酸性或中性干燥剂，不能用碱性；H₂、O₂可用浓硫酸或碱石灰）。  （三）洗气瓶与干燥管的用法  1.洗气瓶（盛液体试剂）：“长进短出”。让气体通过液体，充分接触吸收。  2.干燥管（盛固体试剂）：“大进小出”或“粗进细出”。气体从口径大的一端进入，从小口导出，确保与固体充分接触。  五、气体的检验与验满  （一）氧气（O₂）  1.检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶内，若木条复燃，证明是氧气。  2.验满方法：    排水法收集：当集气瓶口有大气泡冒出时，证明已满。    向上排空气法收集：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已满。  （二）二氧化碳（CO₂）  1.检验方法：将气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，证明是二氧化碳。    化学方程式：CO₂+Ca(OH)₂→CaCO₃↓+H₂O。  2.验满方法：将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，证明已满。  【易错点】不能用燃着的木条伸入瓶内检验CO₂，因为能使燃着木条熄灭的不一定是CO₂（如N₂也能使其熄灭），但伸入瓶内检验只能证明其不支持燃烧，不一定是CO₂。  （三）氢气（H₂）  1.检验方法：点燃，若火焰呈淡蓝色，且在火焰上方罩一个干冷烧杯，烧杯内壁有水珠产生，证明是氢气。  2.验纯方法：用拇指堵住收集满氢气的试管口，靠近火焰，移开拇指点火。若发出尖锐的爆鸣声，说明氢气不纯；若声音很小，则证明较纯。  六、综合实验设计与探究  【非常重要】结合河南中考命题趋势，往往将气体制取、净化、性质检验串联成一个完整的实验流程。  （一）实验流程构建的一般模式  发生装置→净化装置（除杂）→干燥装置→性质检验/收集装置→尾气处理装置  （二）典型题型分析：实验室制取纯净、干燥的气体  1.案例：用大理石和浓盐酸制取一瓶纯净、干燥的CO₂。    问题分析：浓盐酸易挥发，使CO₂中混有HCl气体，且从溶液中出来会带出水蒸气。    解决方案：    （1）发生装置：固液不加热型。    （2）净化装置：通过饱和NaHCO₃溶液，除去HCl气体。      反应：NaHCO₃+HCl→NaCl+H₂O+CO₂↑。    （3）干燥装置：通过浓硫酸，除去水蒸气。    【关键点】必须先除HCl后干燥。因为通过饱和NaHCO₃溶液后，气体又会带出水蒸气。    （4）收集装置：向上排空气法。    （5）验证：将气体通入澄清石灰水，观察是否变浑浊。  2.案例：用锌粒和稀硫酸制取一瓶纯净、干燥的H₂，并验证其还原性。    问题分析：稀硫酸不挥发，主要杂质可能是酸雾（水蒸气）。    解决方案：    （1）发生装置：固液不加热型。    （2）净化/干燥：先通过NaOH溶液（或水）除去可能带出的酸雾，再通过浓硫酸干燥。或直接用碱石灰干燥（同时除酸和吸水）。    （3）还原性实验：将干燥的H₂通过灼热的氧化铜，观察黑色固体变红，且试管口有水珠生成。    （4）尾气处理：因氢气易燃，未反应的氢气可用点燃法或收集法处理。  （三）多功能瓶的应用  【热点】一个集气瓶配双孔塞和长导管，可实现多种功能。  1.排空气法收集气体：    收集密度比空气大的气体（如CO₂）：a进b出（相当于向上排空气）。    收集密度比空气小的气体（如H₂）：b进a出（相当于向下排空气）。  2.排水法收集气体：    瓶内盛满水，无论气体密度大小，都从短管（b）进，水从长管（a）出。即“短进长出”。  3.洗气/干燥/除杂：    瓶内盛放适量液体试剂（如浓硫酸、NaOH溶液），气体从长管（a）进，短管（b）出。即“长进短出”，使气体与液体充分接触。  4.检验气体：    瓶内盛放检验试剂（如澄清石灰水），气体从a进b出，观察现象。  5.监测气体流速：    瓶内盛半瓶水，气体从a进b出，通过观察气泡产生的速率判断气流速度。  七、实验评价与误差分析  【难点】考查学生的批判性思维。  （一）装置气密性检查  1.加热法（适用于有热源的装置）：将导管一端浸入水中，用手紧握试管（或用酒精灯微热），若导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段水柱，则装置气密性良好。  2.液封法（适用于启普发生器或其简易装置，如长颈漏斗）：关闭止水夹，从长颈漏斗向锥形瓶中加水，若在长颈漏斗中形成一段稳定的水柱（液面不下降），则气密性良好。  【易错点】检查顺序：连接装置后，装入药品前检查气密性。  （二）常见误差分析  1.制得的氧气不纯：    原因：排水法收集时，集气瓶未装满水（有气泡）；未等导管口气泡连续均匀冒出就开始收集（刚开始排出的是装置内的空气）；用排空气法收集时，导管未伸入瓶底，或收集时间不够。  2.制得的二氧化碳中混有HCl或水蒸气：    原因：使用了浓盐酸；未使用除杂装置；除杂顺序错误。  3.制取氢气时，反应速率过慢：    原因：锌粒不纯（表面形成氧化膜或含杂质形成原电池反而加快？具体情况具体分析，纯锌反应慢，常加少量CuSO₄溶液）；酸浓度过低。  4.制取氢气时，反应速率过快：    原因：酸浓度太大；使用了活泼性更强的金属（如镁）。  八、跨学科视野与前沿科技链接  （一）与物理学（压强）的结合  在启普发生器原理装置中，气压的变化是控制反应开关的核心。当关闭止水夹，生成的气体无法导出，装置内气压增大，将液体压回长颈漏斗，固液分离，反应停止。反之，打开止水夹，气压减小，液体回流，固液接触，反应发生。这是气体压强在化学反应中的典型应用。  （二）与环保理念的结合  实验室制取气体时，需要考虑尾气处理，防止污染环境。例如，进行CO还原氧化铜实验时，必须有尾气处理装置（点燃或收集），因为CO有毒。这体现了绿色化学的思想。  （三）科技前沿应用  1.氧气的制取：空间站中氧气的来源，通常是电解水，或利用呼吸作用产生的CO₂与超氧化钾（KO₂）反应，实现资源的循环利用。    原理：4KO₂+2CO₂→2K₂CO₃+3O₂。  2.二氧化碳的捕集与封存（CCUS技术）：工业上大规模捕集CO₂，利用其不燃烧、密度比空气大的性质，用于灭火、人工降雨（干冰升华吸热）、食品保鲜等，这与实验室制取CO₂后验满（用其灭火）的原理一脉相承。  九、解题步骤与答题要点  （一）审题三步走  1.明确目标：题目要求制取什么气体？需要纯净、干燥的还是潮湿的？最终是收集还是进行性质实验？  2.分析杂质：根据药品和反应原理，推断产生的气体中可能含有什么杂质（如酸雾、水蒸气、其他气体）。  3.选择顺序：根据除杂原则和试剂性质，确定除杂和干燥的先后顺序。通常“先除杂后干燥”。  （二）常见设问方式及解答要点  1.装置连接顺序题：如“A→B→C→D”，要能根据接口标注（a、b、c、d）正确选择“进”、“出”口。牢记洗气瓶“长进短出”，干燥管“大进小出”，多功能瓶依据功能判断进出。  2.试剂作用题：问“饱和NaHCO₃溶液的作用？”答：吸收（除去）氯化氢气体。  3.现象描述题：问“C装置中观察到的现象？”答：要具体，如“黑色粉末逐渐变成光亮的红色”、“澄清石灰水变浑浊”、“导管口有气泡冒出”等。  4.实验改进题：问“该装置有何不足？如何改进？”答：分析是否缺少尾气处理装置、是否容易引起倒吸、是否无法控制反应速率等，并提出针对性措施。  5.定量计算题：根据化学方程式计算所需药品质量或生成气体体积，结合密度公式（ρ=m/V）进行换算。  十、易错点与难点反思  1.【易错点】对催化剂概念的理解：在氯酸钾制氧气实验中，误以为二氧化锰是反应物。牢记其质量和化学性质不变，只改变反应速率。  2.【易错点】实验仪器的名称书写：石棉网（写成“石绵网”）、长颈漏斗（写错别字）、水槽、集气瓶等要书写规范。  3.【易错点】化学方程式的书写：忘记配平、漏写↑或↓、写错反应条件（如△）。特别是高锰酸钾制氧气，产物易错写成MnO₂、K₂O和O₂。  4.【难点】除杂试剂的选取：混淆了吸收CO₂用NaOH还是Ca(OH)₂。NaOH溶解度大，吸收彻底，