初中化学·中考二轮复习微专题：常见气体的制备与净化

初中化学·中考二轮复习微专题：常见气体的制备与净化

一、课标定位与考情解码

（一）【基础·核心素养锚点】本专题内容紧密依托《义务教育化学课程标准（2022年版）》中“科学探究与化学实验”学习主题。课标要求学生能初步根据实验目的设计并实施简单的实验方案，初步形成气体制备的一般思路，具备选择常见发生装置和收集装置的能力，并能对气体进行初步的净化与干燥。这不仅是化学实验基本技能的体现，更是对“科学探究与实践”核心素养的具象化要求，旨在培养学生解决复杂问题的系统思维与证据推理能力。

（二）【重要·学情透视分析】在一轮复习中，学生已对氧气、二氧化碳的实验室制法有了较为扎实的记忆基础，但对三种气体制备原理的综合对比、装置变形的灵活运用、尤其是多种试剂组合下的除杂与干燥顺序问题，仍存在思维盲点。学生往往习惯于孤立地记忆单个气体的性质，而缺乏在混合气体背景下，基于物质性质差异进行逻辑推理和方案设计的高阶思维能力。因此，二轮复习的核心任务是从“记忆”走向“迁移”，从“单一”走向“综合”。

（三）【高频考点·命题趋势预测】纵观近五年山东省各地市中考化学试题，气体的制备与净化是必考内容，且呈现出“基础性、综合性、探究性”并重的趋势。

1.基础性考查：直接考查氧气、二氧化碳的发生装置（固固加热型、固液不加热型）与收集装置（排水法、向上/向下排空气法）的选择依据。

2.综合性考查：将气体的制备与检验、除杂、干燥、性质实验串联起来，形成实验流程题。例如，实验室用锌粒和稀硫酸制取氢气，并通过浓硫酸干燥后进行还原氧化铜的实验，其中穿插对氢气纯度的检验。

3.探究性考查：以组合发生装置（如含有多功能瓶的装置）为背景，考查学生对装置原理的理解与变式应用能力，以及对实验异常现象的分析与评价。

二、微专题教学目标重构

（一）【核心·知识与技能】能够熟练书写实验室制取O₂、CO₂、H₂的化学方程式，并能根据反应物状态和反应条件选择或组装发生装置；根据气体的密度、水溶性及是否与水反应选择收集装置。能够识别常见的干燥剂（浓H₂SO₄、碱石灰、生石灰、无水CuSO4等）及其适用范围，掌握气体净化与干燥的一般原则和操作顺序。

（二）【重要·过程与方法】通过对“制备、除杂、干燥、收集”全流程的分析，构建“制气系统分析”的思维模型（原料-原理-装置-检验-净化-收集-尾气处理）。通过对比、归纳、演绎等方法，提升在真实、复杂情境中分析和解决化学实验问题的能力，尤其是实验方案的评价与优化能力。

（三）【难点·情感态度与价值观】在严谨的实验方案设计中，培养实事求是、精益求精的科学态度。通过探究气体净化顺序，体会化学反应条件控制的精妙，树立“绿色化学”和“安全第一”的实验意识。

三、【核心·重中之重】教学实施过程：构建模型，攻克难点

（一）唤醒经验：从“单一制取”到“系统组装”

1.【基础回顾·驱动任务】教师在黑板上给出三个核心反应：①2KMnO₄==△==K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；②2H₂O₂==MnO₂==2H₂O+O₂↑；③CaCO₃+2HCl==CaCl₂+H₂O+CO₂↑。随即提出驱动性问题：“如果我们要利用这三个反应，分别获得一瓶纯净、干燥的氧气和二氧化碳，仅仅有一个发生装置和收集装置就够了吗？中间还需要经历什么环节？”

2.【学生活动】学生分组讨论，在学案上画出简易的流程图。教师巡视，选取代表性学案进行投影展示。学生初步构建的流程可能为：发生装置→净化装置→干燥装置→收集装置。

3.【教师精讲·模型初建】基于学生的回答，教师引导出完整的“气体制备系统思维模型”：原理（反应物、条件）→发生装置（核心：气体制取）→除杂装置（核心：除去其他杂质气体）→干燥装置（核心：除去水蒸气）→收集/性质验证装置（核心：气体应用）→尾气处理（核心：环保安全）。强调这是解决所有气体制备问题的通用分析框架。

（二）深化模型：装置的精讲与辨析

1.【重要·高频考点】发生装置的“变形”与选择依据

（1）教师展示一系列发生装置图（标准固固加热型、标准固液不加热型、含有多功能注射器或分液漏斗的装置、启普发生器原理的简易装置）。

（2）设问引导：注射器或分液漏斗相较于长颈漏斗的优势是什么？（【重点】控制反应速率，获得平稳气流，节约药品）。带有孔隔板的装置（类似启普发生器原理）适用于什么反应？（【难点】块状固体与液体反应，不需加热，且反应可随时停止）。

（3）【难点突破】以实验室制取二氧化碳为例，为什么不用碳酸钠粉末或大理石与稀硫酸？引导学生从反应速率（粉末过快，不易控制）和反应持续性（硫酸钙微溶，覆盖表面阻碍反应）两个角度深度剖析，强化“选择药品需考虑反应条件与速率”的意识。

2.【重要·高频考点】收集装置的“逆向”与“多功能”应用

（1）展示标准收集装置（排水法、排空气法）。

（2）重点解析多功能瓶（万能瓶）的使用：这是中考的【热点】。教师通过动画演示或板演，带领学生逐一攻破：

[1]排空气法收集气体：若收集密度大于空气的气体（如O₂、CO₂），应“长进短出”（a进b出），将空气从短管排出；若收集密度小于空气的气体（如H₂），应“短进长出”（b进a出）。

[2]排水法收集气体：瓶内先装满水，气体从短管（b）进，水从长管（a）出。强调无论气体密度大小，排水法均是“短进长出”。

[3]除杂与干燥：瓶内装适量浓硫酸或其他除杂试剂，气体从长管（a）进，短管（b）出。目的是让气体与液体充分接触，反应或吸收更彻底。

[4]检验气体：瓶内装检验试剂（如澄清石灰水），气体从长管（a）进，观察现象。

[5]监控气体流速：瓶内装水，气体从短管（b）进，通过观察长管口气泡冒出的速率来判断气流快慢。

（三）【难点·思维进阶】气体净化与干燥的逻辑链

1.【基础】明晰“杂质”与“干燥剂”

（1）引导学生归纳常见杂质：用盐酸制取CO₂时，因盐酸具有挥发性，CO₂中常混有HCl气体；用KMnO₄或KClO₃制O₂时，可能混有少量空气或固体小颗粒。

（2）归纳常见干燥剂及其适用范围：【重要】酸性干燥剂（浓H₂SO₄）——不能干燥碱性气体（如NH₃）；碱性干燥剂（碱石灰、生石灰、固体NaOH）——不能干燥酸性气体（如CO₂、SO₂、HCl）；中性干燥剂（无水CaCl₂）——不能干燥NH₃（因其易与CaCl₂形成加合物）。无水CuSO4通常用于检验水，而非主要干燥剂，因其吸水能力有限。

2.【核心·思维难点】净化（除杂）与干燥的顺序

（1）创设复杂情境：某同学用锌粒和稀硫酸制取氢气，并想得到纯净、干燥的氢气以探究其还原性。已知稀硫酸可能挥发出少量酸性气体（实际为H₂S或SO₂，可简化处理为酸性气体杂质），且氢气中混有水蒸气。

（2）任务驱动：请设计洗气瓶的连接顺序，以达到除杂（除去酸性气体）和干燥的目的。提供的试剂为：NaOH溶液（吸收酸性气体）、浓H₂SO₄（干燥剂）。

（3）小组合作探究：学生可能设计出两种顺序：①先通过NaOH溶液，再通过浓H₂SO₄；②先通过浓H₂SO₄，再通过NaOH溶液。

（4）辩论与剖析：

[1]教师引导学生分析方案②：若先干燥（通过浓H₂SO₄），气体中无水，再通过NaOH溶液时，气体从溶液中出来，必然又会带出水蒸气，导致最终收集到的氢气不干燥，前功尽弃。

[2]引导学生分析方案①：先通过NaOH溶液除杂，此时气体中混有水蒸气（从溶液中带出）；再通过浓H₂SO₄干燥，即可获得纯净干燥的氢气。

[3]得出结论：【核心原则】**

**[4]思维延伸：如果除杂和干燥的试剂都是固体（如先通过灼热铜网除O₂，再通过碱石灰干燥），且不会引起气体带出水，则顺序可根据具体情况灵活调整，但一般仍将除杂置于干燥之前，以防干扰。

3.【高频考点】特殊情况的检验与除杂顺序

（1）典型例题剖析：如何检验CO₂中是否混有CO？如何除去CO₂中的CO？

（2）学生易错点：混淆检验与除杂。检验是否混有CO，必须先通过灼热氧化铜，再将产物气体通入澄清石灰水。但除杂时，由于CO是少量且化学性质不活泼，通常无法通过简单的洗气除去。正确方法应是通过灼热氧化铜，将CO转化为CO₂。这就引出了新的问题：通过灼热氧化铜后，气体中CO含量降低，但生成了新的CO₂，如果原气体是CO₂（主要成分），此法无效。教师借此引导学生辨析：除杂原则——“不增、不减、易分离”。在此情境下，除非将CO转化为其他物质后易于与原主要成分分离，否则不宜采用此法。更常见的是除去CO中的CO₂（用NaOH溶液），或除去CO₂中的O₂（通过灼热铜网），或除去CO₂中的HCl（通过饱和NaHCO₃溶液，此反应生成CO₂，是【热点】“转化法”除杂的典例，既不减少主体气体，又增加了主体气体，一举两得）。

（四）实战演练：挑战中考实验流程图

1.【典型例题·山东考向】（呈现202X年山东某市中考题改编）下图是实验室制取并验证CO₂性质的装置组合。根据图示，回答问题。

（注：此处用文字描述装置组合：A为固液不加热发生装置（含大理石和稀盐酸），B为盛有饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶，C为盛有浓H₂SO₄的洗气瓶，D为盛有紫色石蕊试液的试管，E为盛有澄清石灰水的试管，末端连接一个装有燃着蜡烛的烧杯。）

2.【活动任务】请学生分析：

（1）装置B中饱和NaHCO₃溶液的作用是什么？（【高频考点】除去CO₂中混有的HCl气体，化学方程式为：NaHCO₃+HCl==NaCl+H₂O+CO₂↑）。

（2）装置C中浓H₂SO₄的作用是什么？（干燥CO₂气体）。

（3）如何检验装置B是否已经将HCl气体除尽？（【难点】将B瓶后的气体通入装有AgNO₃溶液和稀HNO₃的试管，观察是否有白色沉淀。若在C瓶后检验，则可能因引入Cl⁻干扰？此处引导学生思考取样位置应在B之后、C之前）。

（4）D、E、F三处观察到的现象分别是什么？各自说明了CO₂的什么性质？（D：紫色石蕊变红，说明CO₂与水反应生成碳酸；E：澄清石灰水变浑浊，说明CO₂与Ca(OH)₂反应；F：燃着蜡烛自下而上依次熄灭，说明CO₂密度比空气大，且不燃烧也不支持燃烧）。

（5）【开放探究】若将D、E装置交换顺序，即先让气体通过澄清石灰水，再通入紫色石蕊试液，可能会出现什么现象？为什么？（澄清石灰水变浑浊，但后续通入紫色石蕊试液时，可能不会变红，因为CO₂可能已经被澄清石灰水完全吸收，无法到达D装置。以此培养学生对实验流程整体性的把握）。

3.【变式训练·跨学科视野】联系生物学科光合作用，提出新情境：如何设计一个简易实验装置，测定光照下绿色植物在密闭容器内释放的氧气中是否含有水蒸气？应如何连接洗气瓶？（提示：先通过无水CuSO4检验水，再通过碱石灰吸收CO₂，最后用排水法收集氧气，检验其助燃性）。此举旨在打破学科壁垒，培养学生综合运用知识的能力。

（五）总结归纳与思维导图构建

1.【学生活动】学生以四人小组为单位，基于本节课的学习，完善“常见气体的制备与净化”思维导图。要求包含：气体制备的一般流程、核心反应、装置选择依据、多功能瓶的多种用法、除杂与干燥的原则与顺序、尾气处理方法。

2.【成果展示】选取2-3组学生的思维导图进行投影展示，由组员进行讲解。其他小组进行补充或提出质疑。

3.【教师升华】教师从更高位进行总结：

（1）物质性质决定装置选择：一切对装置的分析，都必须回归到气体及杂质的物理性质和化学性质上。

（2）系统思维是解题关键：中考不再孤立考查某一个装置，而是考查整个流程的逻辑严密性。必须建立“全局观”，思考每一步操作对后续步骤的影响。

（3）绿色安全是永恒主题：在方案设计中，要主动考虑尾气处理（如CO的点燃或收集），防止污染，确保实验安全。

四、板书设计（逻辑结构呈现）

一、核心模型：制备系统思维链

原理→发生→净化（除杂）→干燥→收集/性质→尾气处理

二、装置选择与变形

（一）发生装置：固固加热型|固液不加热型（及变式：控制速率、随开随停）

（二）收集装置：

[1]排空气法：依据密度（向上/向下）

[2]排水法：依据溶解性（不溶/微溶、不反应）

（三）多功能瓶（万能瓶）：

收集：排空气法（长进短出/短进长出）；排水法（短进长出）

净化/干燥/检验：洗气（长进短出）

监控流速：观察气泡

三、净化与干燥

（一）净化原则：不增、不减、易分离

（二）干燥剂选择：酸性/碱性/中性气体与干燥剂的匹配

（三）核心顺序：除杂在前，干燥在后（针对溶液除杂）

四、热点题型应对策略

审装置——看试剂——想原理——判顺序——得结论

五、课后进阶与专题训练

（一）【基础巩固】完成一份涵盖O₂、CO₂、H₂制备、净化、收集的专项练习题，重点巩固发生装置与收集装置的选择依据。

（二）【综合提升】布置一道探究性实验设计题：实验室现有大理石、稀盐酸、锌粒、稀硫酸、高锰酸钾，以及下列仪器和药品（酒精灯、铁架台、试管、导管、橡皮塞、集气瓶、水槽、烧杯、分液漏斗、多孔隔板、浓硫酸、氢氧化钠溶液、饱和碳酸氢钠溶液、无水硫酸铜、碱石灰等）。请设计一套装置，首先制取一瓶干燥、纯净的二氧化碳，然后利用