专题7 第三单元 微专题(一)　常见气体的实验室制法 学案（含答案）

微专题(一)　常见气体的实验室制法
1．常见气体的制备原理
气体 制备反应原理
H2 Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
O2 2H2O22H2O＋O2↑ 2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑
Cl2 MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
NH3 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
SO2 Na2SO3＋H2SO4(浓)===Na2SO4＋SO2↑＋H2O
CO2 CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
NO 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
NO2 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
2.常见气体实验室制备的发生装置
反应装置类型 反应装置图 适用气体
固、固加热型 O2、NH3等
固、液加热型或液、液加热型 Cl2等
固、液不加热型 O2、H2、CO2、SO2、NO、NO2等
3.常见气体的净化
气体 所含杂质 净化剂 净化装置
O2 Cl2 氢氧化钠溶液
H2 H2S 硫酸铜溶液
CO2 HCl 饱和碳酸氢钠溶液
CO2 SO2 饱和碳酸氢钠溶液
Cl2 HCl 饱和食盐水
SO2 HCl 饱和亚硫酸氢钠溶液
CO CO2或H2O 碱石灰
N2 O2 灼热的铜网
4.常见的收集方法
收集方法 排水法 向上排空气法 向下排空气法
收集原理 收集的气体不与水反应或难溶于水 与空气不反应且密度比空气的大 与空气不反应且密度比空气的小
收集装置
适用的气体 H2、O2、NO、CH4 Cl2、CO2、NO2、SO2 H2、NH3
5.尾气处理方法
对于有毒、有害、可燃、污染空气的气体尾气必须进行处理，用溶液吸收或点燃使它们变为无毒、无害、无污染的物质。对于无毒、无害气体可直接排放，如N2、O2、CO2等。
(1)吸收原则：能充分吸收气体；不能倒吸。
(2)常见装置
①吸收溶解度较小的尾气(如Cl2等)用图D装置；
②吸收溶解度较大的尾气(如HCl等)用图B、C装置；
③CO、H2等气体可用点燃或收集的方法除去，用图A、E装置。
6．制取步骤
气体制取(性质验证)：气体发生装置→净化装置→干燥装置→收集装置(性质验证装置)→吸收装置。
1．(2022·西安高一调研)下列气体中，既能用排水法收集，又能用排空气法收集的是(　　)
A．氢气 B．氨气
C．二氧化氮 D．二氧化硫
2．(2021·靖西二中高一期中)下列气体既可以用浓硫酸干燥，又可以用碱石灰干燥的是(　　)
A．H2S B．NH3
C．CH4 D．CO2
3．(2021·全国甲卷，9)实验室制备下列气体的方法可行的是(　　)
选项 气体 方法
A 氨气 加热氯化铵固体
B 二氧化氮 将铝片加到冷浓硝酸中
C 硫化氢 向硫化钠固体滴加浓硫酸
D 氧气 加热氯酸钾和二氧化锰的混合物
4.(2022·天津高一测试)如图所示装置制取、提纯并收集表中的四种气体(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 a b c
A CO2 盐酸 碳酸钙 饱和NaHCO3溶液
B SO2 浓硫酸 Fe 浓硫酸
C NH3 浓氨水 生石灰 碱石灰
D Cl2 浓盐酸 MnO2粉末 浓硫酸
5.已知氨气可以与灼热的氧化铜反应得到氮气和金属铜，用如图中的装置可以实现该反应。实验时C中粉末逐渐变为红色，D中出现无色液体。下列有关说法正确的是(　　)
A．反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶3
B．装置D中液体可以使干燥的红色石蕊试纸变蓝
C．装置B中加入的物质可以是碱石灰或无水氯化钙
D．为防止装置D中发生倒吸，可以改用向下排空气法收集氮气
6．(2021·吉化一中月考)我们已经学过氢气、氧气、二氧化碳、氯气、二氧化硫、氨气等气体的制备方法和化学性质。图为实验室制备、净化、干燥气体及进行尾气处理的常见仪器装置。请结合所学知识回答下列问题：
(1)下列气体中，只能用碱石灰干燥的是________(填字母，下同)。
A．H2　B．Cl2　C．SO2　D．NH3　E．O2
(2)实验室用软锰矿(主要成分是MnO2)与浓盐酸混合加热制得氯气，所选制备装置是________，干燥氯气的装置是________，尾气处理装置是________。
(3)将10.7 g氯化铵固体与足量熟石灰混合加热，使之充分反应。生成的氨气在标准状况下的体积是________L，若将这些氨气溶于水配成500 mL氨水，该氨水的物质的量浓度是________。
7．某化学小组为了证明二氧化硫和氯气的漂白性，设计了如图所示的实验装置：
(1)用来制取氯气的装置是________(填字母)，反应中浓盐酸所表现出的化学性质是________和________。
(2)反应开始一段时间后，B、D试管中的品红溶液均褪色。停止通气后，再给B、D两个试管分别加热，________(填“B”或“D”)试管中无明显现象。
(3)若装置D中的品红溶液换成紫色的石蕊溶液，则出现的现象是________________。
(4)该小组同学将两种气体混合后通入品红溶液，一段时间后，品红溶液几乎不褪色。查阅资料得知：两种气体按体积比1∶1混合，再与水反应可生成两种常见的酸，因而失去漂白作用，该反应的化学方程式是________________________________________________
__________________________________________________________________________。
微专题(一)　常见气体的实验室制法
跟踪训练
1．A　[B项，NH3极易溶于水，不能用排水法收集；C项，由反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO知，NO2不能用排水法收集；D项，SO2易溶于水，不能用排水法收集。]
2．C　[A项，H2S为酸性气体，可与碱石灰反应，不能用其干燥，错误；B项，氨气为碱性气体，可与硫酸反应，不能用浓硫酸干燥，错误；D项，CO2为酸性气体，可与碱石灰反应，不能用其干燥，错误。]
3．D　[氯化铵不稳定，加热易分解生成氨气和氯化氢，但两者遇冷又会化合生成氯化铵固体，所以不能用于制备氨气，A不可行；将铝片加到冷浓硝酸中会发生钝化现象，不能用于制备二氧化氮，B不可行；硫化氢为还原性气体，浓硫酸具有强氧化性，不能用浓硫酸与硫化钠固体反应制备硫化氢气体，因为该气体会与浓硫酸发生氧化还原反应，C不可行；实验室加热氯酸钾和二氧化锰的混合物，生成氯化钾和氧气，二氧化锰作催化剂，可用此方法制备氧气，D可行。]
4．A　[常温下，浓硫酸和铁发生钝化，且二氧化硫有毒，不宜采用排空气法收集，B错误；氨气的密度小于空气的密度，所以应用向下排空气法收集，C错误；实验室用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气需要加热，该发生装置不符，D错误。]
5．B　[氨气与CuO反应的化学方程式为2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O，氧化剂(CuO)和还原剂(NH3)的物质的量之比为3∶2，A错误；未完全反应的氨气在D中形成氨水，可使干燥的红色石蕊试纸变蓝，B正确；氨气不能用无水氯化钙干燥，C错误；N2和空气密度接近，不能用排空气法收集，D错误。]
6．(1)D　(2)B　C　E　(3)4.48　0.4 mol·L－1
解析　(1)氢气和氧气用酸、碱、中性干燥剂都可以干燥；二氧化硫为酸性氧化物，不能用碱石灰干燥；氯气能与氢氧化钠反应，不能用碱石灰干燥；氨气只能用碱石灰干燥。
(2)二氧化锰遇浓盐酸反应生成氯化锰、氯气和水，反应的离子方程式为2Cl－＋MnO2＋4H＋Mn2＋＋2H2O＋Cl2↑，反应物为固液混合物，需要加热，制备装置选择B；氯气可用装置C浓硫酸干燥；吸收多余的氯气用装置E与NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水。
(3)10.7 g氯化铵的物质的量为＝0.2 mol，则可生成氨气0.2 mol，在标准状况下体积为0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L；若将这些氨气溶于水配成500 mL氨水，该氨水的物质的量浓度是＝0.4 mol·L－1。
7．(1)E　还原性　酸性　(2)D　(3)先变红，后褪色　(4)SO2＋Cl2＋2H2O===2HCl＋H2SO4
解析　(1)实验室制取氯气所用药品是固体和液体，反应条件是加热，所以应选用固液加热型装置E；由氯化氢生成氯化锰，氯元素化合价不变，由氯化氢生成氯气，氯元素化合价升高，所以浓盐酸所表现出的性质是酸性和还原性。
(2)氯气通入品红溶液中红色褪去，是利用次氯酸的强氧化性，生成的无色物质稳定，加热不复原；二氧化硫的漂白性是利用二氧化硫和有色物质化合生成无色物质，生成的无色物质不稳定，加热复原，D中通入氯气，褪色后加热无明显现象。
(3)若装置D中的品红溶液换成紫色的石蕊溶液，则出现的现象是先变红，后褪色。
(4)氯气有强氧化性，二氧化硫有还原性，二者能按1∶1发生氧化还原反应生成盐酸和硫酸而使气体失去漂白性，反应的化学方程式为Cl2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HCl。