[疑难聚焦]聚焦气体的制备与性质
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[疑难聚焦]聚焦气体的制备与性质
初中化学中O2、CO2等气体的实验室制法及相关性质实验既是元素化合物知识的重点内容，又是科学探究的重要组成部分，它能全面地考查学生分析问题及解决问题的能力，几乎成为全国各省、市中考命题的必选内容。中考命题一般以O2、CO2等气体的制取及性质实验及迁移应用其原理和性质的实验为主线，将许多仪器有序组装成完整的装置，再依据实验要求进行有关实验。下面结合近年来的中考试题谈谈气体的制备及性质的复习。
一、气体的发生装置
1.装置类型
实验室制取气体的发生装置主要有两种类型：⑴固－固加热型(如图A)；⑵固－液常温型(如图B)。
2.选择依据
制取气体发生装置的选择应根据反应物的状态和反应条件来决定。如果反应物都是固体且需要加热，发生装置可选择固－固加热型；如果反应物是固体和液体且不需要加热，发生装置可选择固－液常温型。
3.注意事项
⑴固－固加热型：试管口应向下倾斜，以防止产生的水蒸气在试管口冷凝后倒流到试管底部引起试管破裂；试管中的导管伸入试管内不宜过长，否则会妨碍气体的导出；铁夹应夹在距试管口1/3处。
⑵固－液常温型：长颈漏斗的下端应伸入液面以下，以防止产生的气体从长颈漏斗中逸出；锥形瓶中的导管伸入瓶内不宜过长，否则会妨碍气体的导出；可用试管、烧瓶、广口瓶等仪器来替代锥形瓶。
二、气体的收集装置
1.装置类型
实验室收集气体的装置主要有三种类型：⑴排水法(如图C)；⑵向上排空气法(如图D)；⑶向下排空气法(如图E)。
2.选择依据
气体收集方法的选择主要根据气体的密度和气体的溶解性来决定。如果气体难溶于水或微溶于水，且不与水反应，可采用排水法收集；如果气体的密度比空气大，可采用向上排空气法收集；如果气体的密度比空气小，可采用向下排空气法收集。
3.注意事项
⑴用排水法收集时，集气瓶要装满水，且导管要伸入集气瓶口，以便于操作和观察集气的情况。
⑵无论是向上排空气法，还是向下排空气法，导管一定要伸入到集气瓶的底部，以便于排尽集气瓶内的空气。
三、气体的干燥与净化
在实验室制取的各种气体中，常含有少量的水蒸气、酸雾和其他杂质气体，因此须经过干燥与净化才能得到实验所需的纯净气体。
1.气体的干燥
气体的干燥主要通过干燥剂来实现，干燥剂的选择应根据气体的性质来决定，具体原则是干燥剂不能和被干燥的气体发生反应。
⑴干燥装置
干燥装置由干燥剂的状态来确定，固体干燥剂可选用球形干燥管(如图F)和U形干燥管(如图G)，液体干燥剂可选用洗气瓶(如图H)。
⑵干燥方法
①碱性干燥剂(如固体NaOH、生石灰、碱石灰等)可用来干燥中性气体(如O2、H2、N2、CO、CH4等)和碱性气体(如NH3等)；
②酸性干燥剂(如浓H2SO4)可用来干燥中性气体(如O2、H2、N2、CO、CH4等)和酸性气体(CO2、SO2、HCl、Cl2等)；
③中性干燥剂(如CaCl2和无水CuSO4)一般可用来干燥除NH3以外的绝大多数气体。
2.气体的净化
⑴净化原则
被净化的气体不能参加化学反应，不能引进新的杂质。
⑵净化方法
①易溶于水的杂质可用水来吸收，如HCl、NH3等；
②酸性杂质可用碱性试剂来吸收，如用NaOH溶液可除去CO2、SO2、HCl、Cl2等；
③碱性杂质可用酸性试剂来吸收，如用稀H2SO4可除去NH3等；
④灼热的CuO粉末可用来除去CO、H2等还原性气体；
⑤灼热的铜网可用来除去O2；
⑥多种杂质共存时，应先除杂后干燥，一般先除去活泼性强的杂质，后除去活泼性弱的杂质，最后再除去水蒸气。
3.气体的验证
⑴水蒸气可用无水CuSO4来验证，CO2可用澄清的石灰水来验证。
⑵要验证H2和CO等还原性气体时，可先将气体通过灼热的氧化铜，再依据用无水CuSO4和澄清的石灰水来检验其还原产物(或点燃后，检验燃烧产物)。
⑶若CO2和水蒸气共存时，应先检验水蒸气，再验证CO2。
4.注意事项
⑴干燥装置的连接方法：球形干燥管要“粗进细出”，洗气瓶要“长进短出”。
⑵为了保证除杂彻底，选用试剂时要注意反应进行的程度。如除去CO2气体时，一般选用NaOH溶液而不选用澄清的石灰水，因为Ca(OH)2是微溶物质，澄清石灰水中Ca(OH)2的含量很少，不可能使CO2完全吸收。
四、中考常见题型及解题策略
1.实验装置的选择
例1根据下图装置填空：
⑴写出图中标号仪器的名称：①_________，②_________。
⑵实验室制取二氧化碳气体，可选用的发生装置是_______，收集装置是______ (填序号)。
⑶若用A装置完成氢气还原氧化铜的实验，则A装置应如何改进
______________________________________________________。
解析 实验室制取二氧化碳是用块状固体和液体反应，因此可选用B作为发生装置；由于二氧化碳的密度比空气大，可用向上排空气法收集；由于不纯的氢气在加热时会发生爆炸，因此若用A装置来还原氧化铜时，应取下塞子，并将导气管伸入到试管底部药品的上方，以排除试管内的空气。
参考答案：⑴①酒精灯 ②长颈漏斗 ⑵B E ⑶取下塞子，将导管伸到试管底部药品上方
点评：本题主要考查气体制取装置的选择及氢气还原氧化铜的实验装置，要求学生明确气体发生装置和收集装置选择的依据及实验过程中的注意事项。
2.实验装置的组合
例2已知，实验室中利用该反应，选用下图所示装置可制取氧气。
请回答下列问题：
⑴制取干燥的氧气时，所选用装置的导管接口顺序为(填字母) _________。
⑵若将丁装置充满水，就可用排水法收集氧气，此时装置最合理的连接顺序为(填字母) _________。
⑶MnO2是H2O2分解反应的催化剂，可以回收再利用，采用_________方法，可从反应后的混合物中分离出MnO2。
⑷若只改变装置甲中的药品，此装置还可以用来制取的气体是(选填一种气体的化学式) _________。
解析 干燥气体时应先将气体通入浓硫酸中来充分除去水分，通过短的导气管排出，即“长进短出”，因此所选用装置的导管接口顺序为a→c→b→g；用排水法收集气体时应从短导气管进气，将水从长导气管中导出，即“短进长出”， 因此装置的连接顺序为a→f；因MnO2不溶于水，可用过滤的方法将其分离出来；能适合用固－液常温型装置来制取的气体除了O2外，还有H2、CO2等。
参考答案：⑴a→c→b→g ⑵a→f ⑶过滤 ⑷CO2 (或H2)
点评：本题主要考查实验室制取纯净O2的实验装置的组合顺序，要求学生能全面掌握制取O2的发生装置、收集装置及干燥方法等。
3.实验装置的改进
例3某研究性学习小组设计的实验装置(如下图)，既可用于制取气体，又可用于验证物质性质。
⑴写出仪器A和B的名称：
A：______ ___；B：____ _____。
⑵当打开K1、关闭K2时，利用Ⅰ、Ⅱ装置可直接进行的实验是_________(填序号)。
①大理石与稀盐酸反应制取二氧化碳
②锌与稀硫酸反应制取氢气
小颖认为在不改变Ⅰ、Ⅱ装置的仪器及位置的前提下，该装置可用于双氧水制取氧气，她的做法是_________________________；
实验室还可以用高锰酸钾制取氧气，化学方程式为__________ ________。
⑶当打开K2、关闭K1时，利用Ⅰ、Ⅲ装置可验证二氧化碳与水反应生成了碳酸，此时试管中盛放的物质是_________，可以观察到的现象是_________(C为干燥管，用于防止液体倒吸)。
解析 由于装置Ⅱ的进气管短，出气管长，收集气体的密度需比空气小，因此可用来制取和收集氢气；若用来收集氧气，因为氧气的密度比空气大，可将装置Ⅱ装满水，利用排水法来收集；利用酸能使紫色石蕊试液变成红色，这样在打开K2、关闭K1时，利用Ⅰ、Ⅲ装置便可验证二氧化碳与水反应生成了碳酸。
参考答案：⑴分液漏斗 锥形瓶 ⑵② 在装置Ⅱ中装满水后再进行制取 2KMnO4
==K2MnO4+MnO2+O2↑ ⑶紫色石蕊试液 紫色石蕊试液变红(合理即可)
点评：本题设计新颖，对实验室制取气体的实验装置进行了改进，主要考查了O2、H2和CO2的实验室制取方法以及有关CO2的性质实验。
4.综合实验
例4某同学设计了利用废旧电池中的锌皮制取干燥、纯净的氢气，并验证该气体中杂质的实验。请回答下列问题：
⑴若实验中看到_________现象，可证明产生的气体中含有水蒸气，除此之外还可能含有的气体杂质的化学式是_________；
⑵如果用E装置检验该杂质，则E中所放试剂的名称为_________，E应连接在上述装置中_________(填字母)之间。
⑶装置C的作用是_________，D中所放试剂的名称为_________。
解析 在制取H2时，因盐酸的挥发可能使H2中含有少量的HCl气体，也可能含有水蒸气。因为无水硫酸铜遇水后会立即变成蓝色，这样可利用装置B来检验水蒸气的存在；要用装置E来检验HCl气体的存在，可加入AgNO3溶液或紫色石蕊试液，这样E应连接在B与C之间； 装置C中的NaOH溶液主要用于除去从E中逸出来的HCl气体，而装置D主要是用来干燥氢气，通常选择的是浓硫酸。
参考答案：⑴白色固体变蓝 HC1 ⑵硝酸银溶液或紫色石蕊试液 BC ⑶除去氯化氢气体 浓硫酸
点评：本题是一道综合性的实验题，主要考查了氢气的制取、干燥、验证和除杂，很好地训练了学生对气体的制取等实验操作，提高了学生对实验的综合分析能力。
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初中化学中O2、CO2等气体的实验室制法及相关性质实验既是元素化合物知识的重点内容，又是科学探究的重要组成部分，它能全面地考查学生分析问题及解决问题的能力，几乎成为全国各省、市中考命题的必选内容。中考命题一般以O2、CO2等气体的制取及性质实验及迁移应用其原理和性质的实验为主线，将许多仪器有序组装成完整的装置，再依据实验要求进行有关实验。下面结合近年来的中考试题谈谈气体的制备及性质的复习。
一、气体的发生装置
1.装置类型
实验室制取气体的发生装置主要有两种类型：⑴固－固加热型(如图A)；⑵固－液常温型(如图B)。
2.选择依据
制取气体发生装置的选择应根据反应物的状态和反应条件来决定。如果反应物都是固体且需要加热，发生装置可选择固－固加热型；如果反应物是固体和液体且不需要加热，发生装置可选择固－液常温型。
3.注意事项
⑴固－固加热型：试管口应向下倾斜，以防止产生的水蒸气在试管口冷凝后倒流到试管底部引起试管破裂；试管中的导管伸入试管内不宜过长，否则会妨碍气体的导出；铁夹应夹在距试管口1/3处。
⑵固－液常温型：长颈漏斗的下端应伸入液面以下，以防止产生的气体从长颈漏斗中逸出；锥形瓶中的导管伸入瓶内不宜过长，否则会妨碍气体的导出；可用试管、烧瓶、广口瓶等仪器来替代锥形瓶。
二、气体的收集装置
1.装置类型
实验室收集气体的装置主要有三种类型：⑴排水法(如图C)；⑵向上排空气法(如图D)；⑶向下排空气法(如图E)。
2.选择依据
气体收集方法的选择主要根据气体的密度和气体的溶解性来决定。如果气体难溶于水或微溶于水，且不与水反应，可采用排水法收集；如果气体的密度比空气大，可采用向上排空气法收集；如果气体的密度比空气小，可采用向下排空气法收集。
3.注意事项
⑴用排水法收集时，集气瓶要装满水，且导管要伸入集气瓶口，以便于操作和观察集气的情况。
⑵无论是向上排空气法，还是向下排空气法，导管一定要伸入到集气瓶的底部，以便于排尽集气瓶内的空气。
三、气体的干燥与净化
在实验室制取的各种气体中，常含有少量的水蒸气、酸雾和其他杂质气体，因此须经过干燥与净化才能得到实验所需的纯净气体。
1.气体的干燥
气体的干燥主要通过干燥剂来实现，干燥剂的选择应根据气体的性质来决定，具体原则是干燥剂不能和被干燥的气体发生反应。
⑴干燥装置
干燥装置由干燥剂的状态来确定，固体干燥剂可选用球形干燥管(如图F)和U形干燥管(如图G)，液体干燥剂可选用洗气瓶(如图H)。
⑵干燥方法
①碱性干燥剂(如固体NaOH、生石灰、碱石灰等)可用来干燥中性气体(如O2、H2、N2、CO、CH4等)和碱性气体(如NH3等)；
②酸性干燥剂(如浓H2SO4)可用来干燥中性气体(如O2、H2、N2、CO、CH4等)和酸性气体(CO2、SO2、HCl、Cl2等)；
③中性干燥剂(如CaCl2和无水CuSO4)一般可用来干燥除NH3以外的绝大多数气体。
2.气体的净化
⑴净化原则
被净化的气体不能参加化学反应，不能引进新的杂质。
⑵净化方法
①易溶于水的杂质可用水来吸收，如HCl、NH3等；
②酸性杂质可用碱性试剂来吸收，如用NaOH溶液可除去CO2、SO2、HCl、Cl2等；
③碱性杂质可用酸性试剂来吸收，如用稀H2SO4可除去NH3等；
④灼热的CuO粉末可用来除去CO、H2等还原性气体；
⑤灼热的铜网可用来除去O2；
⑥多种杂质共存时，应先除杂后干燥，一般先除去活泼性强的杂质，后除去活泼性弱的杂质，最后再除去水蒸气。
3.气体的验证
⑴水蒸气可用无水CuSO4来验证，CO2可用澄清的石灰水来验证。
⑵要验证H2和CO等还原性气体时，可先将气体通过灼热的氧化铜，再依据用无水CuSO4和澄清的石灰水来检验其还原产物(或点燃后，检验燃烧产物)。
⑶若CO2和水蒸气共存时，应先检验水蒸气，再验证CO2。
4.注意事项
⑴干燥装置的连接方法：球形干燥管要“粗进细出”，洗气瓶要“长进短出”。
⑵为了保证除杂彻底，选用试剂时要注意反应进行的程度。如除去CO2气体时，一般选用NaOH溶液而不选用澄清的石灰水，因为Ca(OH)2是微溶物质，澄清石灰水中Ca(OH)2的含量很少，不可能使CO2完全吸收。
四、中考常见题型及解题策略
1.实验装置的选择
例1根据下图装置填空：
⑴写出图中标号仪器的名称：①_________，②_________。
⑵实验室制取二氧化碳气体，可选用的发生装置是_______，收集装置是______ (填序号)。
⑶若用A装置完成氢气还原氧化铜的实验，则A装置应如何改进
______________________________________________________。
解析 实验室制取二氧化碳是用块状固体和液体反应，因此可选用B作为发生装置；由于二氧化碳的密度比空气大，可用向上排空气法收集；由于不纯的氢气在加热时会发生爆炸，因此若用A装置来还原氧化铜时，应取下塞子，并将导气管伸入到试管底部药品的上方，以排除试管内的空气。
参考答案：⑴①酒精灯 ②长颈漏斗 ⑵B E ⑶取下塞子，将导管伸到试管底部药品上方
点评：本题主要考查气体制取装置的选择及氢气还原氧化铜的实验装置，要求学生明确气体发生装置和收集装置选择的依据及实验过程中的注意事项。
2.实验装置的组合
例2已知，实验室中利用该反应，选用下图所示装置可制取氧气。
请回答下列问题：
⑴制取干燥的氧气时，所选用装置的导管接口顺序为(填字母) _________。
⑵若将丁装置充满水，就可用排水法收集氧气，此时装置最合理的连接顺序为(填字母) _________。
⑶MnO2是H2O2分解反应的催化剂，可以回收再利用，采用_________方法，可从反应后的混合物中分离出MnO2。
⑷若只改变装置甲中的药品，此装置还可以用来制取的气体是(选填一种气体的化学式) _________。
解析 干燥气体时应先将气体通入浓硫酸中来充分除去水分，通过短的导气管排出，即“长进短出”，因此所选用装置的导管接口顺序为a→c→b→g；用排水法收集气体时应从短导气管进气，将水从长导气管中导出，即“短进长出”， 因此装置的连接顺序为a→f；因MnO2不溶于水，可用过滤的方法将其分离出来；能适合用固－液常温型装置来制取的气体除了O2外，还有H2、CO2等。
参考答案：⑴a→c→b→g ⑵a→f ⑶过滤 ⑷CO2 (或H2)
点评：本题主要考查实验室制取纯净O2的实验装置的组合顺序，要求学生能全面掌握制取O2的发生装置、收集装置及干燥方法等。
3.实验装置的改进
例3某研究性学习小组设计的实验装置(如下图)，既可用于制取气体，又可用于验证物质性质。
⑴写出仪器A和B的名称：
A：______ ___；B：____ _____。
⑵当打开K1、关闭K2时，利用Ⅰ、Ⅱ装置可直接进行的实验是_________(填序号)。
①大理石与稀盐酸反应制取二氧化碳
②锌与稀硫酸反应制取氢气
小颖认为在不改变Ⅰ、Ⅱ装置的仪器及位置的前提下，该装置可用于双氧水制取氧气，她的做法是_________________________；
实验室还可以用高锰酸钾制取氧气，化学方程式为__________ ________。
⑶当打开K2、关闭K1时，利用Ⅰ、Ⅲ装置可验证二氧化碳与水反应生成了碳酸，此时试管中盛放的物质是_________，可以观察到的现象是_________(C为干燥管，用于防止液体倒吸)。
解析 由于装置Ⅱ的进气管短，出气管长，收集气体的密度需比空气小，因此可用来制取和收集氢气；若用来收集氧气，因为氧气的密度比空气大，可将装置Ⅱ装满水，利用排水法来收集；利用酸能使紫色石蕊试液变成红色，这样在打开K2、关闭K1时，利用Ⅰ、Ⅲ装置便可验证二氧化碳与水反应生成了碳酸。
参考答案：⑴分液漏斗 锥形瓶 ⑵② 在装置Ⅱ中装满水后再进行制取 2KMnO4
==K2MnO4+MnO2+O2↑ ⑶紫色石蕊试液 紫色石蕊试液变红(合理即可)
点评：本题设计新颖，对实验室制取气体的实验装置进行了改进，主要考查了O2、H2和CO2的实验室制取方法以及有关CO2的性质实验。
4.综合实验
例4某同学设计了利用废旧电池中的锌皮制取干燥、纯净的氢气，并验证该气体中杂质的实验。请回答下列问题：
⑴若实验中看到_________现象，可证明产生的气体中含有水蒸气，除此之外还可能含有的气体杂质的化学式是_________；
⑵如果用E装置检验该杂质，则E中所放试剂的名称为_________，E应连接在上述装置中_________(填字母)之间。
⑶装置C的作用是_________，D中所放试剂的名称为_________。
解析 在制取H2时，因盐酸的挥发可能使H2中含有少量的HCl气体，也可能含有水蒸气。因为无水硫酸铜遇水后会立即变成蓝色，这样可利用装置B来检验水蒸气的存在；要用装置E来检验HCl气体的存在，可加入AgNO3溶液或紫色石蕊试液，这样E应连接在B与C之间； 装置C中的NaOH溶液主要用于除去从E中逸出来的HCl气体，而装置D主要是用来干燥氢气，通常选择的是浓硫酸。
参考答案：⑴白色固体变蓝 HC1 ⑵硝酸银溶液或紫色石蕊试液 BC ⑶除去氯化氢气体 浓硫酸
点评：本题是一道综合性的实验题，主要考查了氢气的制取、干燥、验证和除杂，很好地训练了学生对气体的制取等实验操作，提高了学生对实验的综合分析能力。
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