《创新课堂》第五章 10 聚焦突破4 常见气体的制备、净化和收集 讲义（教师版）化学必修二人教版

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1．常见气体的实验室制法
制取物质 试剂 反应原理(化学方程式) 发生装置
氯气 MnO2、浓盐酸 MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑ ⑤或⑥
氢气 Zn、稀硫酸(稀盐酸) Zn＋H2SO4===H2↑＋ZnSO4 ②或③或④
二氧化碳 CaCO3、稀盐酸 CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O ②或③或④
续　表
制取物质 试剂 反应原理(化学方程式) 发生装置
氨气 NH4Cl、Ca(OH)2 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O ①
氧气 KMnO4 2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑ ①
KClO3 2KClO32KCl＋3O2↑
H2O2 2H2O22H2O＋O2↑ ②
2.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
续　表
气体 所含杂质 净化剂 净化装置
CO CO2或H2O 碱石灰
N2 O2 灼热的铜网
3.气体的干燥
干燥剂类型 液态干燥剂 固态干燥剂
装置
常见的干燥剂 浓硫酸(酸性) 无水氯化钙(中性) 碱石灰(碱性)
可干燥的气体 H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、N2等 H2、O2、Cl2、SO2、N2、CO、CO2、CH4等 H2、O2、N2、CH4、NH3等
不可干燥的气体 还原性的气体及碱性气体，如HBr、HI、H2S、NH3等 NH3等 Cl2、SO2、CO2、NO2等　
4.气体的收集
收集方法 收集气体的类型 收集装置 可收集的气体
排水法 难溶于水，且不与水反应的气体 O2、H2、N2、Cl2(饱和NaCl溶液)、NO、CO2(饱和NaHCO3溶液)、CO等
排空气法 向上排空气法 密度大于空气且不与空气中成分反应的气体 Cl2、SO2、NO2、CO2
向下排空气法 密度小于空气且不与空气中成分反应的气体 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等。
(1)吸收原则
①能充分吸收气体；②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处理，用图A、E装置。
【突破集训】
1．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
解析：选C。A项，H2S具有还原性，浓硫酸具有氧化性，二者能发生氧化还原反应，不能用浓硫酸干燥，H2S为酸性气体，可与碱石灰反应，不能用碱石灰干燥；B项，氨气为碱性气体，可与硫酸反应，不能用浓硫酸干燥；D项，CO2为酸性气体，可与碱石灰反应，不能用碱石灰干燥。
2．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
解析：选D。实验室可用加热氢氧化钙和氯化铵的固体混合物制氨气，而不用加热氯化铵固体制氨气，这是因为氯化铵固体加热生成氨气和氯化氢，二者遇冷又生成氯化铵固体，A不可行；将铝片加到冷浓硝酸中会发生钝化，故不能制得二氧化氮，B不可行；向硫化钠固体中滴加浓硫酸，浓硫酸具有强氧化性，硫化钠具有强还原性，二者会发生氧化还原反应，不能生成硫化氢气体，C不可行；加热氯酸钾和二氧化锰的混合物，由于二氧化锰的催化作用，可加快氯酸钾的分解，从而制得氧气，D可行。
3．(2024·新高考河北卷)下图所示装置不能完成相应气体的发生和收集实验的是(加热、除杂和尾气处理装置任选)(　　)
选项 气体 试剂
A SO2 饱和Na2SO3溶液＋浓硫酸
B Cl2 MnO2＋浓盐酸
C NH3 固体NH4Cl＋熟石灰
D CO2 石灰石＋稀盐酸
解析：选C。利用固体NH4Cl和熟石灰混合加热制取氨气，反应物均为固体，若利用题给图示装置进行实验，反应生成的水会冷凝回流至圆底烧瓶内，使烧瓶炸裂，C符合题意。
4．实验室制备下列气体所选试剂、制备装置及收集方法均正确的是(　　)
选项 气体 试剂 制备装置 收集方法
A O2 KMnO4 a d
B H2 Zn＋稀硫酸 b e
C NO Cu＋稀硝酸 b c
D CO2 CaCO3＋稀硫酸 b c
解析：选B。A．KMnO4是固体物质，加热分解产生O2，由于O2难溶于水，密度比空气大，因此可以用排水法或向上排空气法收集，故应使用a、e或a、c装置制取和收集O2，A错误；B．Zn与稀硫酸发生置换反应产生H2，属于固体与液体反应制取气体，由于H2难溶于水，因此可以用排水法收集，故可以使用b、e装置制取和收集H2，B正确；C．Cu与稀硝酸反应产生NO，NO能与O2发生反应产生NO2，因此不能使用排空气法收集NO，C错误；D．CaCO3与稀硫酸反应产生CaSO4、CO2和H2O，CaSO4微溶于水，附着在CaCO3表面，使反应不能持续发生，因此不能使用该方法制取CO2，D错误。
5．某化学小组为了证明二氧化硫和氯气的漂白性，设计了如下图所示的实验装置：
(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)若将D试管中的品红溶液换成紫色石蕊溶液，则可观察到的现象是________________________。
(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
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
解析：(1)实验室制取氯气所用药品是MnO2固体和浓盐酸，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化学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，该无色物质不稳定，加热复原。
(3)若将D试管中的品红溶液换成紫色石蕊溶液，则可观察到的现象是溶液先变红，后褪色。
(4)氯气具有强氧化性，二氧化硫具有还原性，二者能按体积比1∶1与水发生氧化还原反应生成盐酸和硫酸而失去漂白性，反应的化学方程式为Cl2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HCl。
答案：(1)E　还原性　酸性　(2)D　(3)溶液先变红，后褪色　(4)SO2＋Cl2＋2H2O===2HCl＋H2SO4