物质的鉴定及除杂质[下学期]

气体的鉴别，除杂质，物质的推断

知识要点：
1. 几种常见气体的检验
气体 方法或试剂 现 象
H2 点燃 / 灼热的CuO 可燃，发出淡蓝色火焰，只有水珠生成或听到爆鸣声/黑色粉末变红，同时有水珠生成。
O2 带火星的木条 木条复燃。
CO 点燃/灼热的CuO 可燃，发出蓝色火焰，只有使澄清石灰水变浑浊的气体生成/黑色粉末变红，同时有CO2生成。
CO2 燃着的木条/澄清石灰水 木条熄灭/澄清石灰水变浑浊。
CH4 点燃 可燃，发出蓝色火焰，既有水珠，又有使澄清石灰水变浑浊的气体生成。
H2O（气） 无水CuSO4粉末 白色固体变为蓝色。
2. 将上述气体做为杂质除去的方法
气体 方法或试剂
H2 通过灼热的氧化铜，然后再除去产生的水蒸气。
CO 通过灼热的氧化铜，然后再除去产生的CO2
O2 通过炽热的铜网。原理：2
CO2 通过澄清石灰水或NaOH溶液。（后者吸收效果更好）
H2O（气） 通过无水硫酸铜或浓硫酸。（后者在除水时常用）
几点注意：
（1）首先要认真审题，辨清题目中是除杂还是检验。
（2）若除杂，一般先除去CO2（气），再除去水蒸气（因为用石灰水或溶液除CO2时会生成H2O）。
若检验气体的存在，则一般先证明H2O（g）的存在，再验证存在CO2。
（3）涉及仪器连接的问题时，导管连接一般长进短出。
3. 气体的鉴别
是指给定几种物质，在此范围内运用一定的方法进行区分。
要求：必须有明显的现象以示区别。选择的方法应尽量简便易行。
解此类题一般包括：取样品、加试剂简述操作步骤、实验现象、结论、最后写出涉及的化学方程式等几步。
（1）鉴别CO和CO2：
① 用燃着的木条分别伸入集气瓶中，使木条熄灭的气体是CO2，气体被点燃，并有蓝色火焰的是CO。
② 将两瓶集气瓶中加少量澄清石灰水，振荡，使石灰水变浑浊的是CO2，无变化的是CO。
③ 把紫色石蕊试液分别倒入两个集气瓶，振荡，变红的是CO2，无变化的是CO。
④ 通过灼热的氧化铜，产生红色为CO，无变化的是CO2。
（2）鉴别H2和CO2：同（1）中① ② ③ ④
（3）鉴别H2和CO：
（4）CO32－的检验：与酸反应，产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，证明含有CO32－。
4. 推断题（推理判断题）
解题思路：关键是寻找突破口，突破口的选择则要根据特征反应，或根据某反应的特殊现象或某物质的特征颜色来进行。找到突破口后，再根据题目条件利用正推、倒推相结合的方法，推断其余的物质，并将结论代回原题验证后得出最终答案。

典型例题
例1 含CO、N2、H2、CO2和水蒸气的混合气，依次通过NaOH 溶液、灼热的CuO和浓硫酸，最后剩下的气体是（ ）
A. N2和CO2 B. N2和H2
C. N2和CO D. 无任何气体
解析：解决此类问题的思路是：不仅要考虑混合气体中哪些气体能参加反应，还要考虑反应后有无新的气体生成。而且在处理问题时应注意通过试剂的顺序。由于N2性质稳定，很难与其他物质起反应，所以剩下的气体中必有N2，排除掉选项D。CO2能被NaOH溶液吸收，其余气体不反应，显然通过NaOH溶液后混合气体中含CO、N2、H2和水蒸气，再通过灼热CuO时又发生如下反应：CuO+COCu+CO2及CuO+ H2 Cu+H2O，再次出来的气体中含有N2、新生成CO2和水蒸气，最后通过浓硫酸时，由于浓硫酸有吸水性、除去了混合气中的水蒸气，结果只剩下N2和CO2。
答案：A。
例2 如果要除去二氧化碳气体中混有的少量一氧化碳，应采用的方法是（ ）
A. 点燃混合气体，使一氧化碳转变成二氧化碳
B. 把混合气体通入石灰水中
C. 使混合气体通过灼热的氧化铜
D. 把混合气体从一容器倒入另一容器
解析：此题属于混合物提纯问题。处理这类问题的原则是：
① 提纯方法应简单易行；
② 操作过程中尽量不使被提纯的物质损失；
③ 除去杂质的同时不能引入新的杂质；
④ 最好能生成被提纯的物质。
如果要除去CO2的少量的CO点燃的方法是不可取的。因为在一般条件下CO2既不燃烧也不支持燃烧，当大量CO2存在时，少量的CO是不可能点燃的。当把混合气体通入石灰水中时，CO2会与石灰水中的Ca(OH)2反应，除杂行不通。当把混合气体通过灼热的氧化铜时，二氧化碳不发生反应，而CO与CuO发生CuO+COCu+CO2，这样不但除去了CO且又生成了CO2。若把混合气体从一容器倒入另一容器中，虽然两种气体密度不同，但不会因为倾倒而分离，所以无法分开。
答案：C。
例3 某无色气体可能含有H2、CO、CO2和N2中的一种或几种，当混合气体依次通过紫色石蕊试液时，紫色石蕊试液没有变色；通过灼热的氧化铜时有红色的铜生成，通过澄清的石灰水时，石灰水变浑浊。该气体一定含有______________，一定不含____________，可能含有___________。
解析：混合气体通过紫色石蕊试液时，石蕊不变色，说明没有CO2；通过灼热的氧化铜时有红色的铜生成，说明有H2或CO或H2、CO的混合气体；再根据通过澄清的石灰水时，石灰水变浑浊，推知肯定有CO2，而CO2是由CO和氧化铜反应生成的，由此推断一定有CO，H2和N2是否存在无法确定。
答案：一定含有CO，一定不含CO2，可能含有H2和N2。
例4 有一包混合物，其中可能是含有碳酸氢铵、碳酸钙、炭粉、氧化铜、氧化铁中的一种或几种。现作如下实验，第一步：取样品，高温灼热后产生一种无色无味的气体，将该气体通入澄清的石灰水中，石灰水变浑浊；第二步：把足量稀盐酸滴入固体残留物后，残留物全部溶解，同时产生一种具有还原性的气体。试回答：
① 混合物中一定不含有的物质是 ；② 混合物中一定含有的物质是 ；在实验中肯定发生的反应化学方程式是 。③ 混合物中可能含有的物质是 ；为证明它是否存在，应采用的方法是 。若确实有该物质存在，那么在第二步实验中，还可发生的化学反应有（用化学方程式表示） 。
解析：由第一步实验产生无色无味的气体可推知，混合物中肯定不存在碳酸氢铵。能使澄清的石灰水变浑浊的气体是二氧化碳，它可能来自于碳酸钙分解，也可能来自炭粉与氧化铜或炭粉与氧化铁反应后的产物，所以此时不能判断碳酸钙的存在，根据第二步实验加稀盐酸后残留物全部溶解，且有还原性气体产生，可知一定存在单质铁而无单质铜，因为炭与氧化铜反应的产物铜不溶于盐酸，进而推知原混合物中一定存在氧化铁和炭，而无氧化铜。
答案：
① NH4HCO3和CuO
② C和Fe2O3
3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑
Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑
③ 碳酸钙（CaCO3）。若证明存在碳酸钙，可取少量样品，加入适量的稀盐酸，若产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，则证明存在碳酸钙，否则不含有碳酸钙。
CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
例5 将一定质量的CaCO3和Cu粉置于同一敞口容器中，加热煅烧后使其完全反应，反应前后容器内的固体质量不变，则容器内碳酸钙和Cu粉的质量比为（ ）
A. 11:4 B. 25:44 C. 25:16 D. 14:25
解析：CaCO3加热会发生分解反应生成二氧化碳而失去重量，铜粉在受热的条件下，能与空气中的氧气结合生成氧化铜而增重，反应前后容器内的固体质量不变，说明CaCO3分解产生的的质量恰好等于与铜粉反应氧气的质量。根据反应
CaCO3CaO＋CO2↑ 2Cu+O22CuO，建立关系式可解。
答案：B。
例6 在含有7.4克氢氧化钙的溶液中通入一定量的二氧化碳，生成5克碳酸钙沉淀。所通入的二氧化碳的质量是（ ）
A. 2.2克 B. 4.4克 C. 6.6克 D. 13.2克
解析：本题是根据二氧化碳性质进行的定量计算问题。当CO2的质量相对于Ca(OH)2的质量不过量时，发生反应①此时可直接利用CaCO3的质量来计算通入的CO2的质量。
设通入的CO2的质量为
44克 100克
x 5克
解得x=2.2克
当二氧化碳过量时，还要发生反应：
② CaCO3＋H2O＋CO2＝Ca(HCO3)2题目中给出的CaCO3沉淀则是反应①生成的CaCO3沉淀的质量与反应②中所消耗的CaCO3的质量之差，通入二氧化碳的质量应为二者之和。
设7.4 gCa(OH)2完全反应时消耗CO2的质量为y，同时生成碳酸钙的质量为z。
44克 74克 100克
y 7.4克 z
解得y=4.4（克） z=10（克）
被溶解的CaCO3的质量为10克-5克=5克
设溶解克需要CO2的质量为w
100克 44克
5克 w
解得w=2.2（克）
所以共通入二氧化碳的质量为4.4+2.2=6.6（克）
答案：A、C。
例7 下图是碳及其氧化物的性质及制法的综合性实验习题，按要求回答问题：
（1）A处反应的方程式为________________________________。
（2）B处现象为_________________化学方程式为______________________。
（3）C处现象为_________________化学方程式为_____ _________________。
（4）B处黑色粉末a为（填名称）____________，反应的化学方程式为___________。
（5）E处黑色粉末b为（填化学式）____________，反应的化学方程式____________。
（6）F处的作用是____________________________，G处作用是_______________。
解析：A处反应会生成CO2气体，显然B、C、D是测定CO2性质的装置，E、G是测定CO性质的实验装置，而F是吸收过量的CO2的装置。这是一类综合性基础习题，要求熟练掌握C、CO、CO2的性质，并熟练书写相应的化学反应方程式。
答案：
（1）CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
（2）紫色石蕊试液变红，CO2+H2O＝H 2CO3
（3）澄清石灰水变浑浊，
（4）木炭粉，CO2＋C2CO
（5）CuO， CuO＋COCu+CO2↑
（6）F处吸收过量的CO2气体，G处点燃剩余CO，防止造成空气污染。

跟踪练习
相对原子质量：H:1 C: 12 O:16 Ca:40 Cu:64 Fe:56 Zn:65
一. 选择题（1~15题每小题只有一个答案。16~20小题每题有1~2个答案；40分）
1. 下列关于金刚石和石墨的说法中不正确的是（ ）
A. 它们都是由碳元素组成的单质 B. 它们都是电的良导体
C. 金刚石质硬、石墨质软 D. 它们里面的碳原子排列的方式不同
2. 下列说法关于木炭的说法，正确的是（ ）
A. 木炭跟氧气反应，只能生成二氧化碳
B. 使木炭转化为二氧化碳，没有氧气就无法实现
C. 木炭与氧化物之间的反应，都是置换反应
D. 木炭的主要成分是单质碳
3. 用墨汁写的字画，年长日久都不褪色，这是因为碳（ ）
A. 具有还原性 B. 具有氧化性
C. 能渗入纸中 D. 常温下化学性质稳定
4. 做木炭还原氧化铜的实验中，不正确的操作是（ ）
A. 盛CuO和C粉混合物的试管口向上倾斜
B. 用酒精灯（加网罩）的外焰加热
C. 开始加热前导管已插入石灰水中
D. 停止加热前先将导管从液面下取出
5. 二氧化碳能灭火的原因是（ ）
A. 它溶于水能产生碳酸 B. 它在低温、高压下能变为“干冰”
C. 它能在高温下被碳还原 D. 它不能燃烧也不支持燃烧，且密度比空气大
6. 下列各组物质的成分或主要成分相同的是（ ）
A. 干冰和冰 B. 二氧化碳和干冰
C. 澄清的石灰水和石灰石 D. 生石灰和石灰石
7. 下列说法中不正确的是（ ）
A. 温室里施用CO2可以提高农作物产量
B. 汽水是将CO2加压后溶解在水里制成的
C. 干冰用于人工降雨是利用了它的化学性质
D. 在氧气中完全燃烧生成CO2的物质不一定是碳
8. 实验室制取二氧化碳时，下面有关操作的先后顺序正确的是（ ）
A. 先检查装置的气密性，后装药品
B. 加稀盐酸，后加石灰石
C. 先加石灰石，后加稀硫酸
D. 把燃着的木条伸入到集气瓶底部看是否收集满了
9. 实验室制取CO2气体，下列方法中最适宜的是（ ）
A. 加热使碳酸分解 B. 常温下使稀盐酸与大理石反应
C. 碳在空气中充分燃烧 D. 高温锻烧石灰石
10. 下列对CO性质的叙述，错误的是（ ）
A. 有毒，无刺激性气味
B. 无色，难溶于水
C. 燃烧时火焰呈明亮蓝紫色
D. 化学性质与H2相同
11. 一氧化碳是排放量很大的空气污染物，主要来自于（ ）
A. 煤的燃烧 B. 石油的炼制 C. 汽车排放的废气 D. 钢铁的冶炼
12. 下列性质：① 无色无味气体；② 剧毒；③ 可燃性；④ 还原性；⑤ 难溶于水；其中属于H2和CO共有的是（ ）
A. ①③④　 B. ②③④　 C. ①③④⑤　 D. ①②③④⑤
13. 下列关于乙醇的介绍中，错误的是（ ）
A. 乙醇除用作燃料、制造饮料和香精外，也是一种重要的有机化工原料
B. 医疗上常用体积分数 70％~75％的乙醇作消毒剂
C. 工业酒精常含少量甲醇，因而不能饮用
D. 各种饮用酒都是将酒精与水按不同比例混合而成的
14. 下列物质属于纯净物的是（ ）
A. 天然气 B. 煤 C. 干冰 D. 石油
15. 欲除去一氧化碳中混有的少量水蒸气、氧气、二氧化碳气体，应将混合气体通过（ ）
A. 干燥剂、灼热铜网、足量石灰水
B. 灼热的铜网、足量石灰水、干燥剂
C. 干燥剂、足量石灰水、灼热的铜网
D. 灼热的铜网、干燥剂、足量石灰水
16. 下列过程属于化学变化的是（ ）
A. 石墨转化为金刚石 B. 二氧化碳制干冰
C. 工业上制取CO2 D. 从石油中蒸馏出汽油
17. 关于实验室制取O2、H2、CO2的说法中正确的是（ ）
A. 产生气体的反应类型各不相同
B. 产生气体的发生装置O2与CO2的相同
C. 收集气体的装置及方法H2与CO2可以相同
D. 盐酸可作为制取H2、CO2的相同药品
18. 除去CO中混有的少量CO2，可选用下列装置中的（ ）
19. 一定量的CO2气体通入足量的澄清石灰水中，最多可得到沉淀A g，若相同质量的CO2，经过CO2→CO→CO2的一系列的变化后（假设无损耗），再通入澄清石灰水中，最多生得到沉淀B g ，则A与B的关系为（ ）
A. A = B B. 2A = B C. A = 2B D. 3A = B
20. 下表是三种气体的密度（单位：g/L，在标准状况下测定）和溶解度（克/100克水，在20℃、101.3Pa的条件下测定）
H2 CO2 SO2
密度（g/L) 0.08987 1.975 2.716
溶解度（克/100克水） 0.0001603 0.1688 11.28
实验室要收集SO2气体，可采用的方法是（ ）
A. 向上排空气法 B. 向下排空气法
C. 排水法 D. 既可用排水法，又可用向上排空气法

二. 填空题（23分）
21. 现有氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体，按要求用化学式表示：
（1）可供给呼吸的是__________（只选择一种气体，下同）；
（2）有剧毒的是_________；
（3）可作高能燃料且燃烧产物不污染环境的是________；
（4）可以在空气中燃烧，燃烧产物有水和二氧化碳的是___________。
22. 青少年不应该饮酒，其原因是过量饮酒会造成___________。工业酒精含少量的甲醇，______（填“能”或“不能”）用工业酒精配酒出售。
23. 由活性炭制成的冰箱去味剂是利用了活性炭的_____________。
24. 二氧化碳能够灭火，这是因为它具有___________________的性质。
25. 久盛石灰水的试剂瓶内壁上附着一层白色的固体，用方程式表示：
（1）产生固体的原因：_______________________________
（2）清洗上述白色固体：_____________________________
26. 写出下列要求的化学方程式：
（1）有CO2生成有化合反应________________________；
（2）有CO2参与反应的化合反应____________________；
（3）有CO2生成的分解反应________________________；
（4）有CO2生成的置换反应________________________。
27. 当今世界上最重要的三大矿物燃料是_________、_________、________。
28. 已知某无色气体由氢气、一氧化碳和二氧化碳中的一种或几种组成，若直接将该气体通入石灰水中，溶液不出现浑浊；若将该气体通入灼热的后，再通入澄清石灰水中，则溶液变浑浊。由此推断，原气体中一定有 ，一定没有 ，不能确定是否含有
。

三. 推断题（10分）
29. 有五种气体，实验步骤与实验现象如图所示：
试推断A、B、C、D、E五种代表物（写化学式）：
A：_________ B：________ C： ___________ D：_________ E：_________

四. 实验题（17分）
30. 如图是检验纯净、干燥的CO和CO2有关化学性质的实验装置图。已知B装置的作用是吸收A装置中挥发出来的 HCl 气体；浓硫酸有吸水作用。请回答下列问题：
（1）写出图中有标号的仪器的名称：
①__________ ②_________ ③__________ ④____________
（2）将有关部位反应的现象和化学方程式填入表内：
实验现象 化学方程式
A
D 炭粉红热、量逐渐减小
E
F
（3）装置C的作用是：___________________________________
（4）装置F上方的导管口点燃逸出的气体，原因是：_________________。

五. 计算题（10分）
31. 实验室制备16.8L CO2 ，需要石灰石多少克？（CO2的密度为1.964 g/L）
32. 100吨含CaCO375%的石灰石充分煅烧后，可制得生石灰多少吨？

参考答案
一.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
B D D A D B C A B C C C D C B AC AD AC B A

二.
21. 现有氧气、氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体，按要求用化学式表示：
（1）O2,（2）CO,（3）H2,（4）CH4
22. 酒精中毒，不能。
23. 吸附性。
24. 不能燃烧也不支持燃烧，且密度比空气大。
25.
（1）
（2）CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋CO2↑＋H2O
26.
（1）2CO+O22CO2
（2）CO2＋C2CO
（3）CaCO3 CaO ＋ CO2↑
（4）C +2CuO2Cu＋CO2↑
27. 煤、石油、天然气
28. CO；CO2；H2

三.
29. A：CO2， B：CH4， C：H2， D：CO， E：O2

四.
30.
（1）① 长颈漏斗，② 锥形瓶，③ 集气瓶，④ 酒精灯
（2）将有关部位反应的现象和化学方程式填入表内：
实验现象 化学方程式
A 产生大量无色气体 CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋CO2↑＋H2O
D 炭粉红热、量逐渐减小 CO2＋C2CO
E 黑色的粉末逐渐变成光亮的红色， CO+ CuO Cu+CO2
F 澄清石灰水变浑浊。 CO2＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋H2O
（3）吸收水分，干燥CO2
（4）防止CO直接排放，造成空气污染。
31. 需要石灰石75克。
32. 可制得生石灰42吨。
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