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第一部分
基础知识复习
第五板块 基本的实验技能
1
直击重点
2
知识梳理
3
金牌重难点
4
中考特训
5
广东真题
第18讲 气体的制备与收集
1.能在教师的指导下根据实验需要选择实验药品和仪器,并能安全操作。
2.初步学习运用简单的装置和方法制取某些气体。
3.掌握常见气体的检验和净化方法。
知识点一:
制取气体的一般思路
知识点二:
氧气、二氧化碳、氢气的实验室制取对比
气体 氧气(O2) 二氧化碳(CO2) 氢气(H2)
制备药品 过氧化氢溶液和二氧化锰 高锰酸钾 氯酸钾和二氧化锰 大理石(或石灰石)
和稀盐酸 锌粒和稀硫酸
反应原理
(用化学方
程式表示) ________________________ _________________________________ ______________________ ____________________________________ ___________________________________
2H2O2
2H2O+O2↑
MnO2
2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑
2KClO3 2KCl+3O2↑
MnO2
CaCO3+2HCl ===CaCl2+H2O+CO2↑
Zn+H2SO4 ===ZnSO4+H2↑
气体 氧气(O2) 二氧化碳(CO2) 氢气(H2)
气体密度 密度比空气密度略大 密度比空气密度大 密度比空气密度小
收集装置
(收集方法)
排水法 向上排空气法
向上排空气法
排水法 向下排空气法
净化 可用浓硫酸或碱石灰干燥 用饱和NaHCO3溶液除去HCl气体,再用浓硫酸干燥 用浓硫酸干燥
气体 氧气(O2) 二氧化碳(CO2) 氢气(H2)
检验方法 将带火星的木条伸入集气瓶内,若木条复燃,说明是氧气 将气体通入澄清的石灰水,若澄清的石灰水变浑浊,说明是二氧化碳 点燃气体,
检验其生成
产物。淡蓝
色火焰,生
成水珠
验满或验纯 用向上排空气法收集时,将带火星的木条靠近集气瓶口,若木条复燃,说明已收集满。用排水法收集时,集气瓶口有大气泡冒出,说明已收集满 将燃着的木条靠近集气瓶口,若木条熄灭,说明已收集满 用拇指堵住已收集满氢气的试管,靠近火焰后移开手指,若听到“噗”的一声,说明已纯
气体 氧气(O2) 二氧化碳(CO2) 氢气(H2)
注意事项 (1)先检查装置的气密性
(2)用排水法收集时,待气泡连续均匀排出时才收集
(3)长颈漏斗的末端应伸到液体中
(分液漏斗不强调)
(4)正放保存 (1)先检查装置气密性
(2)试管口略向下倾斜
(3)先移出导气管,后停止加热,以防倒吸
(4)正放保存 (1)不能用稀硫酸,因反应生成CaSO4附着在大理石表面,阻止反应继续进行
(2)长颈漏斗的末端应伸到液体中(分液漏斗不强调)
(3)正放保存 (1)先检查装置气密性
(2)先验纯再收集
(3)长颈漏斗的末端应伸到液体中
(4)倒放保存
工业制取 分离液态空气(根据氧气和氮气的沸点不同,N2沸点低,先逸出)加压、蒸发——物理变化 高温煅烧石灰石
CaCO3 CO2↑+CaO —
知识点三:
固体——液体常温型装置的改进与评价
装置简便
方便添加液体
可控制反应速率
节约药品
可随时控制反应的发生和停止
总结:
1.要达到控制反应速率,获得平稳气流的目的的本质操作是
,标志性的仪器是 。
2.要达到随时控制反应的发生和停止的目的的本质操作是 。
控制滴入液体的速度
分液漏斗、注射器等
实现固液分离
1.气体的净化(除杂质)原则:①不能引入新的气体杂质;②不能减少被净化气体的量。
知识点四:
气体的净化与干燥
2.常见净化装置和除杂试剂:
3.气体的干燥(除水蒸气)原则:干燥剂不能与被干燥气体发生化学反应。
(1)碱性气体,如氨气(NH3) :不可用浓硫酸干燥。
(2)酸性气体,如CO2、SO2、Cl2、HCl气体等: 不可用氢氧化钠固体、生石灰、碱石灰(NaOH和CaO的混合物) 干燥。
(3)中性气体,如H2、O2、CO、N2等:可任选一般的干燥剂。
注意:
①若用洗气装置除杂,一般除杂在前,干燥在后。因为从溶液中出来的气体中会混有水蒸气,干燥在后可将水蒸气完全除去。
②若用加热装置除杂,一般是干燥在前,除杂在后。因为加热时气体中最好不要混有水蒸气。
知识点五:
尾气的吸收及处理——环保意识
注:如易溶的气体(如NH3、HCl气体等)要用防倒吸装置,常见的防倒吸装置见下图。
1.集气:(贮气)
(1)如瓶中为空气,即用排空气法收集气体时,密度比空气大的气体从a管进,密度比空气小的从b管进。
(2)若瓶中为水,即用排水法收集气体时,气体从b管进,与气体密度大小无关。
知识点六:
“万能瓶”的几种主要用途
2.洗气:(长入短出) 瓶内装浓硫酸或氢氧化钠溶液等吸收剂。
3.量气:(短入长出)瓶内装满水,气体从b端进入,a端接量筒,通过测量量筒内水的体积从而测得生成气体的体积。
4.安全瓶:(长入短出)点燃可燃气体时,瓶内装少量水,将点燃的气体与从发生装置产生的气体分隔开。
(2022·东营模拟)我们已经学过实验室制取气体的一般思路和方法,请根据如图装置回答问题。
Ⅰ.制取气体的过程包括:①选
择制取装置;②验证所得气体;③明确反应原理。
据此,同学们总结出实验室里制取气体的一般思路为 (填“甲”“乙”或“丙”)。
甲.①→②→③ 乙.②→①→③ 丙.③→①→②
重难点一:
实验室制取气体的思路
丙
(1)下列反应均有CO2生成:①碳酸钠粉末和稀盐酸;②大理石与稀盐酸反应;③石灰石与稀硫酸反应。实验室制取CO2通常选择②不选择①的理由是 ;不选择③的理由是
.
。请写出第①组反应的实验现象 。
碳酸钠为粉末状,反应太快
碳酸钙与硫酸反应生成微溶物硫酸钙,覆盖在石灰石表面,阻止反应进行
粉末溶解,产生气泡
(2)实验室制备气体,选择发生装置的依据是 .
。选择气体的收集装置时,主要考虑气体的 . 和 。请结合如图回答问题。
①实验室制取O2、CO2、H2均可选择 (填字母)作为气体的发生装置。
反应物的状态与反应的条件
密度
溶解性
B
②实验室用装置A制取氧气时,在试管口放一团棉花的目的是 .
;组装A装置时,应遵循 (填“从上往下”或“从下往上”)的顺序操作。O2可用C装置来收集,因为该气体 。
防止高锰酸钾粉末进入导管
从下往上
不易溶于水且不与水反应
③实验室用B装置制取二氧化碳,选用的药品是石灰石和 ,装入块状石灰石的操作方法是 .
,若要组装收集干燥CO2的装置,仪器接口的连接顺序为: →
→ → (填字母a~d)。
(3)实验室检验CO2的方法是 .
。
稀盐酸
将锥形瓶横放,用镊子将石灰石放在锥形瓶口,然后再将锥形瓶慢慢竖起,使其滑落至锥形瓶底部
a
c
d
b
将气体通入澄清的石灰水中,若石灰水变浑浊,则该气体是CO2
Ⅱ.进行实验:小明又选择连接B→F→G进行实验分别验证氧气和二氧化碳的性质,B中所加药品不同,G中所加药品相同,都为澄清石灰水。
(1)若实验时F中蜡烛燃烧更旺,则B中产生的气体是 。
O2
(2)若实验时F中蜡烛熄灭,G中溶液变浑浊,则G中的化学方程式为__________________________________。
若小明进行实验时,观察到G中有气泡冒出,但澄清石灰水没有变浑浊,可能的原因有(列举两个) 、 。
CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O
石灰水变质
二氧化碳中含有氯化氢
选择反应原理的原则要从多个角度进行,如药品廉价易得,反应速率适中,反应条件容易达到,气体便于收集,产物较纯净,对环境无污染,操作简单易行等。
(2022·景德模拟)化学是一门以实验为基础的学科。根据如图所示回答问题:
重难点二:
制取装置的选择与评价
(1)装置A中长颈漏斗的优点是 。装置B可控制反应速率,将注射器换成 ,也能达到相同的目的。
可随时添加液体药品
分液漏斗
(2)图C装置是小明以废弃的“棒棒冰”塑料管为材料,制成的气体发生装置(各部分连接紧密),与装置A对比,装置C的优点是 .
。装置①~④中起到与装置C相同作用的是 。
能控制反应发生与停止
②③④
(3)可用D装置收集氧气的原因是 ,氧气应该从
(选填m或n)端通入。
(4)用装置E进行CO2的部分性质实验,下列有关说法正确的是 。
A.通入的CO2可用浓硫酸干燥
B.将干燥的紫色石蕊试纸放在d处,并与b处现象对比,可说明CO2能与水反应
C.e处容器中的高低两支燃着的蜡烛会同时熄灭
D.装置E为微型实验装置,可以节约药品
氧气不易溶于水
n
AD
【思路点拨】 (1)装置A中长颈漏斗的优点是可以随时添加液体药品。注射器和分液漏斗带有活塞开关,所以利用活塞开关可以控制加入液体的量,达到控制反应速率的目的。(2)与装置A对比,装置C捏下端则固液接触反应进行,松开则固液分离反应停止,故不仅能控制反应速度,还能控制反应发生与停止,装置②③④也能实现固液分离,达到控制反应发生与停止的目的。(3)氧气不易溶于水,用D装置收集氧气,氧气应该短进长出,从n端通入。(4)A.浓硫酸有吸水性,通入的CO2可用浓硫酸干燥;B.将干燥的紫色石蕊试纸放在d处,到达d处CO2会带出前面溶液中的水,石蕊都变红,存在干扰;C.CO2密度大于空气,不燃烧不支持燃烧,e处容器中的高低两支燃着的蜡烛,低的先熄灭;D.用装置E药品用量少且进行多个性质实验,可以节约药品并提高实验效率。
(2022·乐山)实验室用石灰石与稀盐酸制备CO2的实验中,下列装置图能达到对应实验目的的是( )
重难点三:
气体的检验、干燥与净化
A.A B.B C.C D.D
D
【思路点拨】 A.实验室常用大理石(或石灰石)和稀盐酸反应制取CO2,属于固、液常温型,不用加热;B.CO2可以和氢氧化钠发生反应,不能用氢氧化钠溶液除去CO2中的HCl气体,应选用饱和的NaHCO3溶液;C.浓硫酸具有吸水性,且不和CO2反应,可以用来干燥CO2,但必须长进短出;D.CO2的密度比空气大,用D中装置收集时,要长进短出,故D正确。
★ 实验室制取气体
1.(2022·眉山改编)如图是初中化学常用的实验装置,下列说法正确的是( )
A.B和E组合可以用来实验室制取并收集CO2
B.实验室里用装置A制备氧气,反应的化学方程式为2H2O2 2H2O+O2↑
C.图F中集气瓶内盛少量水的作用是吸收二氧化硫,减少污染
D.收集H2可选用图D装置,该收集方法称为向上排空气法
基础过关
MnO2
C
2.(2022·日照)用如图所示装置制备气体,并随时控制反应的发生与停止,下列所选试剂制备相应气体合适的是( )
①用硫酸铜粉末与过氧化氢溶液混合制备O2
②用铝片与稀盐酸混合制备H2
③用高锰酸钾固体制备O2
④用块状石灰石与稀盐酸混合制备CO2
⑤用氯酸钾固体与二氧化锰固体混合制备O2
A.②④ B.①③⑤ C.①③④ D.②⑤
A
3.(2022·浙江模拟)如图是用于干燥、收集并吸收多余气体的装置,下列方案正确的是( )
A.A B.B C.C D.D
选项 干燥管 X Y
A 浓硫酸 HCl 水
B NaOH H2 氢氧化钠溶液
C 生石灰 CO2 氢氧化钠溶液
D 碱石灰 NH3 水
D
★ 气体的检验、干燥与净化
4.(2022·山东模拟)按下列装置进行实验,不能达到相应目的是( )
A.收集H2 B.验证CO2性质 C.净化CO2 D.干燥O2
C
★ 涉及实验操作细节
5.(2022·潍坊改编)化学是一门以实验为基础的科学。请根据下列实验装置完成相关问题。
(1)写出仪器a的名称 。
铁架台
(2)写出利用A装置制取氧气的化学方程式 ,基本反应类型是 。用D装置收集氧气有下列操作步骤:①将导管伸入集气瓶口,气体进入瓶中。②将装满水的集气瓶倒置在水槽中。③当气体收集满时,用毛玻璃片盖住瓶口,将集气瓶移出水槽正放在桌上。正确的操作顺序是 (填编号)。
2KClO3 2KCl+3O2↑
MnO2
分解反应
②①③
(3)制取二氧化碳时,要获得平稳气流,最佳发生装置是 (填装置序号),用E装置检验气体集满的方法是 .
。
(4)将制取的二氧化碳通入澄清石灰水中,实验时发现饱和石灰水先变浑浊,后逐渐澄清,溶液中溶质为碳酸氢钙。后变澄清原因是(用化学方程式表示) 。
B
将燃着的木条放在c导管口处,若木条熄灭,证明二氧化碳已满
CaCO3+H2O+CO2===Ca(HCO3)2
(5)将干燥纯净的二氧化碳通入装置F,可观察到澄清的溶液变浑浊,原因是 .
。(已知:20 ℃时,氢氧化钠在乙醇中的溶解度为17.3 g,而碳酸钠在乙醇中几乎不溶解)。
二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,碳酸钠在乙醇中几乎不溶解
6.(2022·泰州改编)请回答下列实验问题。
Ⅰ.现提供下列实验装置:
(1)装置B中仪器甲的名称是 。
长颈漏斗
(2)实验室用高锰酸钾制取氧气,反应的化学方程式为 ,发生装置选用
(填序号,下同),收集装置选用C或 。
2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑
D
A
(3)实验室可用B装置制取CO2,其反应的化学方程式为 ,若要暂停反应,操作为 。用澄清石灰水检验二氧化碳的化学方程式为 。
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
关闭导管上的活塞
Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O
(4)锌粒和稀硫酸制取氢气,用大小不同的试管分别组装成F和G装置,通过缓慢向上移动上面一支试管收集氢气,设计较合理的装置是
(填序号)。
F
Ⅱ.实验室欲配制50 g溶质质量分数为15%的氯化钠溶液。
(5)需要氯化钠的质量为 g。
(6)实验步骤:①计算,②称取氯化钠,③ ,④溶解,⑤转移,⑥贴标签备用。步骤4中,玻璃棒的作用是 。
7.5
量取水
搅拌,加快溶解速率
7.(2022·通辽改编)请结合下列实验装置图及所给信息回答问题。
【查阅资料】①亚硫酸钠固体和浓硫酸常温下反应制取SO2;②铜片和浓硝酸反应制取NO2。NO2是一种红棕色的气体,密度比空气密度大,有毒,易被氢氧化钠溶液吸收;③NH3密度比空气小,极易溶于水。
(1)实验室用NH4Cl与Ca(OH)2共热制取NH3,选用发生装置 . (填序号),反应的化学方程式为 .
,实验室制取并吸收多余NH3,装置接口连接顺序为 (从a~g中选填)。
A
2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2H2O+2NH3↑
a、d、e、f
(2)实验室制取SO2气体后,将SO2气体通入紫色石蕊溶液中,看到液体变红,说明SO2与水反应生成 (填物质类别),可用
(填试剂名称)干燥SO2。
(3)实验室用装置B制取NO2气体时,分液漏斗的优点是
__________________________。
浓硫酸
酸
可控制反应速率
①常用装置C吸收NO2气体,处理尾气防止污染,C中倒扣的漏斗作用是 。②如装置G所示,做分子运动演示实验时,为缩短演示时间,NO2最好盛放在 (填“上”或“下”)面集气瓶中,另一瓶是空气,理由是_______________________________________
____________________________________。
防倒吸
上
二氧化氮的密度比空气的密度大,容易快速向下扩散
★ 综合考查
8.(2022·贵州)化学课上,某小组同学利用老师提供的实验器材,设计了一套简易“供氧器”。
【反应原理】根据设计的“反应器”,制取氧气的反应原理
(用化学方程式表示)。
2H2O2 2H2O+O2↑
MnO2
(1)图中标号①仪器的名称 。
(2)为制取干燥的氧气,装置接口连接的正确顺序为 (填选项)。
A.a→b→c→d B.a→b→c→e
C.a→c→b→d D.a→c→b→e
广口瓶或集气瓶或洗气瓶
A
(3)制取氧气的过程中,检验“储气瓶”氧气已存满的方法是_________
__________________________________________________________。
(4)反应发生后,使反应停止的操作是___________________________
_____________________________________________。
将带火星的木条放在e导管口处,若木条复燃,证明已经集满氧气
将铜丝拉起,使二氧化锰与过氧化氢分离
(5)当反应停止,取出“储气瓶”中氧气的操作为___________________
____________________________________________________。
【拓展】上图装置还可制取 气体,反应的化学方程式为___________________________________________________________。
从分液漏斗注水,打开漏斗活塞,将氧气赶出
CO2
CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑
9.(2022·佛山模拟)实验室有如图中所示的仪器装置,请回答下列问题。
能力提升
(1)图一中仪器a的名称是 。
锥形瓶
(2)实验室用锌粒与稀硫酸反应制取氢气,为控制反应的开始与停止发生装置可选择 (填序号),其反应方程式为 。用组装好的仪器制取H2,若发现稀硫酸已加完时液体仍未能与有孔塑料板上的锌粒接触,为了不影响生成的气体量,则下列物质中,适宜从长颈漏斗中添加的是 (填字母)。
A.水 B.碳酸钠溶液 C.硫酸钠溶液 D.澄清石灰水
bceg
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
AC
(3)实验室制取CO2后,为测定制取后所得混合溶液的酸碱度,正确的操作为:撕下一小段pH试纸放在白瓷片上,___________________
___________________________________________________。
用玻璃棒蘸取待测液点在pH试纸上,与标准比色卡对比,读出溶液的pH
(4)如图二所示的装置(夹持仪器已略去)中,打开K滴入足量过氧化氢溶液后,马上关闭K,产生的现象和解释正确的是 。
A.装置①中会产生气泡,黑色固体消失
B.装置②中会有气泡冒出
C.装置②中热水被压进③中,白磷与氧气
接触后燃烧
D.装置②中热水被压进③中,水降低了蜡
烛的着火点导致蜡烛熄灭
C
10.(2022·黔东南改编)为了探究气体的性质,选用下列仪器或装置制取气体。按要求回答问题。
(1)甲同学选用过氧化氢溶液和二氧化锰制取较多氧气,但由于该反应速率过快,需组装一套能控制反应速率的发生装置,组装该发生装置需要的仪器有 (填字母),发生反应的化学方程式为 。如该小组同学量取10 mL 5%的过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气。完全反应后,转化为氧气的氧元素质量与过氧化氢中氧元素的质量比为 。
ADG
2H2O2 2H2O+O2↑
1∶2
(2)乙同学选用氯酸钾和二氧化锰制备并收集一瓶较纯净的氧气,需选择的仪器为 (填字母),还缺少的仪器是 ,反应的化学方程式为 。反应结束后,若要从氯酸钾完全分解后的固体残渣中回收二氧化锰,选择合适的操作并按正确顺序排列 (选填字母)。
a.烘干 b.溶解 c.过滤 d.蒸发 e.洗涤 f.结晶
BEHK
酒精灯
2KClO3 2KCl+3O2↑
MnO2
b、c、e、a
(3)常温下,二氧化硫是一种有刺激性气味的有毒气体,密度比空气大,实验室中常用亚硫酸钠固体和浓硫酸反应制得,若你用此方法在实验室中制取二氧化硫气体,收集装置应选用如图中的甲而不是乙,原因是 。
便于尾气处理或便于尾气处理,防止污染空气
11.(2022·广安改编)CO2是温室气体之一,“节能减排”“碳达峰”“碳中和”等关键词成为热搜。
(1)某化学兴趣小组设计实验验证CO2温室效应。如图1所示,他们选用体积大小相等的两个塑料瓶,分别盛满同条件下的空气、CO2与空气的混合物(体积比1∶1),并用一个小塑料管连接(在塑料管中间有一滴红墨水),置于阳光下。一段时间后红墨水滴会 移动。(选填“向右”“向左”或“不”)
向左
(2)实验室用大理石与稀盐酸反应制备CO2,其气体发生装置可选用图2中的 (填序号)。
(3)若实验室选用A装置制备O2,反应的化学方程式为_________________________________________________。
B/C
2KClO3 2KCl+3O2↑
MnO2
(4)氨气通常情况下是无色、有刺激性气味、极易溶于水、密度比空气小的气体。若用如图二中D装置收集氨气,进气口应是 。(选填“a”或“b”)
a
(5)为了解装置C具有该优点的原因,他们在装置C中连接压强传感器(如图G),从而测定实验中试管内气体压强变化的情况(如图H)。下列说法正确的是 (填序号)。
A.ab段试管中液面逐渐上升
B.bc段石灰石与稀盐酸脱离接触
C.c点对应操作是打开活塞
BC
(6)实验室常借助传感器研究气体的性质与变化。蜡烛在充满空气的密闭集气瓶内燃烧,稍后熄灭,同时用氧气传感器采集瓶内氧气浓度变化的数据,如图所示。
①可燃物燃烧的条件之一是 。
②当氧气浓度变为 %时蜡烛不再燃烧。
③蜡烛熄灭后集气瓶中含量最多的气体是 。
与氧气接触
15.3
氮气
1.(2021·广东)根据如图中的实验装置回答下列各题。
(1)仪器a的名称是 。
(2)用装置A制取CO2,分液漏斗中盛装的药品是 ;用装置C收集CO2,气体应从导管口 (填“b”或“c”)通入。
锥形瓶
稀盐酸
c
(3)用装置B制取O2,检查装置气密性的操作是___________________
__________________________________________________________________________________________________,试管中反应的化学方程式为 。
将玻璃导管伸入装有水的水槽中,用手捂住试管,若导管有气泡冒出,松开手后形成一段稳定不回落的水柱,则说明气密性良好
2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑
(4)某同学在学习氮肥时,查阅资料:
①氨气极易溶于水,其水溶液称为氨水;
②氨水在浓度大或受热时易分解放出氨气。
实验室用生石灰和浓氨水能快速制取氨气的原因是 .
;制得的氨气
(填“能”或“不能”)用装置D收集。
生石灰和水反应放出大量热,浓氨水受热易分解放出氨气
不能
2.(2019·广东) 根据下图实验装置,请回答下列各题。
(1)仪器a的名称是 。
(2)检查装置A气密性的方法是夹紧止水夹,_____________________
__________________________________________________________________________,则气密性良好。
长颈漏斗
从长颈漏斗中倒入水至淹没下端管口,使长颈漏斗中形成一段水柱,过一会儿,水柱不下降
(3)用H2O2制取氧气,选择的发生装置为 (填字母),反应的化学方程式为________________________________。
(4)用装置F和另一仪器(除导管外)收集并测量O2体积,另一仪器名称为 ,在F中气体应从导管 (选填“b”或“c”)端通入。
A
2H2O2 2H2O+O2↑
MnO2
c
量筒
(5)实验室里,常用加热无水醋酸钠和碱石灰固体混合物的方法,制备甲烷。
①选择的发生装置为 (填字母)。用装置E收集甲烷,利用了甲烷 的物理性质;用装置C而不用装置D收集甲烷,原因是 。
B
难溶于水
甲烷的密度比空气小
②设计实验证明CH4中含有氢元素:检验其纯度后,______________
___________________________________________________________________________________。
点燃甲烷,在火焰的上方罩一个冷而干燥的烧杯,烧杯壁上有水雾生成,说明甲烷中含有氢元素