2024年高考化学一轮复习讲练测（全国通用）专题讲座（四） 常见气体的实验室制备、净化和收集（讲）-

专题讲座（四）常见气体的实验室制备、净化和收集目录第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆第三部分：典型例题剖析高频考点1考查气体的制备与性质探究高频考点2考查实验仪器的连接分析与应用高频考点3考查实验仪器的作用与实验评价高频考点4考查气体制备装置的创新应用正文第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆知识点一常见气体的制备1．气体制备实验的基本思路（1）根据反应物的状态及反应条件选择气体发生装置;（2）根据制备气体及气体杂质的性质选择气体净化装置;（3）根据制备气体的性质选择干燥剂及干燥装置;（4）根据制备气体的水溶性及气体的密度选择收集方法及收集装置;（5）根据制备气体的毒性选择尾气吸收剂及吸收装置。2．气体制备实验的操作顺序(1)仪器安装①由下到上(如制氯气的发生装置安装顺序是：放铁架台→摆酒精灯→固定铁圈→放置石棉网→固定圆底烧瓶)。②从左到右(如制氯气：发生装置→除杂装置→干燥装置→性质探究或收集装置→尾气处理装置(注意防倒吸)。③先塞后定(把带导管的胶塞在烧瓶固定前塞好，以免烧瓶固定后因不宜用力而塞不紧或因用力过猛而损坏仪器)。(2)加试剂顺序固体先放入，液体后滴加(即先固后液)。(3)其他操作顺序及连接顺序⑩①先检验气密性，后装入药品(便于在装置漏气时进行调整或更换仪器)，最后点燃酒精灯(所有准备工作完毕后)；②洗气瓶：在连接导管时，应长进短出；③量气装置的导管应短进长出；④干燥管应大口进小口出；⑤U形管：无前后；⑥加热玻璃管：无前后。⑦有些实验为防倒吸，往往最后停止加热或最后停止通气；有些实验为防氧化往往最后停止通气。⑧仪器拆卸的一般过程：从右到左，自上而下，先拆主体，后拆部件。⑨净化气体时，一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无气味的气体，最后除去水蒸气。⑩制备易潮解的物质时，装置最后要连干燥装置。3.常见气体的发生装置根据反应物状态和反应条件我们主要掌握以下三类气体发生装置：（1）固体＋固体eq\o(――→,\s\up7(△))气体：可选择等装置，能制备O2、NH3、CH4等;操作注意事项①试管要干燥；②试管口略低于试管底；③加热时先预热再固定加热；④用KMnO4制取O2时，需在管口处塞一小团棉花。（2）固(或液)体＋液体eq\o(――→,\s\up7(△))气体：可选择等装置，能制备Cl2、C2H4、NH3等;（3）固体＋液体―→气体：可选择、、等装置，能制备H2、NH3、CO2、O2等。4.气体的干燥、净化装置(1)除杂试剂选择的依据：主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性。(2)除杂原则：①不损失主体气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④先除易除的杂质气体。(3)气体净化与干燥的先后顺序1)若采用溶液除杂：应该是除杂在前，干燥在后。其原因是：气体除杂过程中会从溶液中带入水蒸气，干燥剂可除去水蒸气。如实验室中利用大理石与稀盐酸反应制备CO2，欲制得干燥、纯净的CO2，可先将产生的气体通过饱和NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl气体，再通过浓硫酸除去水蒸气。2)若采用加热除杂：则一般是干燥在前。如N2中混有O2、CO2、H2O(g)，可先将混合气体通过碱石灰，除去CO2和H2O(g)，再将从干燥管中导出的气体通过装有灼热铜网的硬质玻璃管，除去O2，即可得到干燥、纯净的N2。若将混合气体先通过灼热的铜网，因气体中混有水蒸气，易使硬质玻璃管炸裂。(4)根据制备气体及气体杂质的性质选择如下气体净化装置及干燥装置：1）液态干燥剂或除杂试剂如浓H2SO4(酸性、强氧化性)、NaOH溶液(碱性)等，可选用洗气吸收装置。2）固态干燥剂如无水氯化钙(中性)、碱石灰(碱性)等，可选用干燥管或U形管吸收装置。3）固态除杂试剂如Cu、CuO、Mg等，需加热，可选用加热的硬质玻璃管吸收装置。【注意】净化气体遵循的原则:不损失要净化的气体,不引入新的杂质气体。5.气体的收集方法及收集装置根据制备气体的水溶性及气体的密度选择收集方法及收集装置：（1）排液法：难溶于水(或某溶液)或微溶于水(或某溶液)，又不与其反应的气体可用排液法收集，选用、等收集装置收集。用该装置可收集O2、H2、Cl2(饱和NaCl溶液)、NO、CO2(饱和NaHCO3溶液)、CO、C2H2、C2H4等气体。（2）向上排空气法：密度大于空气且不与空气中的成分反应的气体可用向上排空气法收集，选用等收集装置收集。用该装置可收集Cl2、SO2、NO2、CO2等气体。（2）向下排空气法：密度小于空气且不与空气中的成分反应的气体可用向下排空气法收集，选用等收集装置收集。用该装置可收集H2、NH3、CH4等气体。6．气体的量取装置对难溶于水且不与水反应的气体,往往利用量筒或滴定管组装如图所示的装置量取其体积。7.尾气的处理(1)原因：有些气体有毒或有可燃性，任其逸散到空气中，会污染空气或者引发火灾、爆炸等灾害。(2)处理方法：一般根据气体的相关性质，使其转化为非气态物质或无毒物质，如酸性有毒气体用碱溶液吸收，可燃性气体用点燃等措施。实验室中常见有毒气体的处理方法如下表：Cl2SO2NO2H2SHClNH3CONONaOH溶液CuSO4溶液或NaOH溶液水水或浓硫酸点燃与O2混合后通入NaOH溶液(3)直接排空处理：主要是针对无毒、无害气体的处理，如N2、O2、CO2等。(4)尾气处理装置①在水中溶解度较小的有毒气体，多数可通入盛有某种试剂的烧杯中被吸收除去(如图甲)，如Cl2、NO2均可通入NaOH溶液中除去。②某些可燃性气体可用点燃(如图丙)或转化的方法除去，如CO、H2可点燃或通过灼热的CuO除去。③某些可燃性气体可以采用收集的方法除去(如图丁)，如CH4、C2H4、H2、CO等。④对于溶解度很大、吸收速率很快的气体，吸收时应防止倒吸，典型装置如图乙。常见的防倒吸装置还有如下改进装置(以NH3的吸收为例，未注明的液体为水)。知识点二常见气体典型制备系统举例1.Cl2的实验室制备2.SO2的实验室制备3.NH3的实验室制备知识点三装置的改进或创新1.气体制备装置的改进(1)改进的目的：用于加热易熔化的固体物质的分解，这样可有效地防止固体熔化时造成液体的倒流，如草酸晶体受热分解制取CO2气体。(2)“固体＋液体―→气体”装置的创新(3)“固(液)＋液eq\o(――→,\s\up7(△))气体”装置的创新图A的改进优点是能控制反应液的温度。图B的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利流下。2.洗气装置的创新——双耳球吸收法如图中，由于双耳球上端球形容器的容积较大，能有效地防止倒吸。故该装置既能除去气体中的气态杂质，又能防止倒吸。3.集气装置的创新——排液集气装置（1）装置(Ⅰ)从a管进气b管出水可收集难溶于水的气体，如H2、O2等。若将广口瓶中的液体更换，还可以收集以下气体。①饱和食盐水——收集Cl2。②饱和NaHCO3溶液——收集CO2。③饱和NaHS溶液——收集H2S。④四氯化碳——收集HCl或NH3。（2）装置(Ⅱ)储气式集气。气体从橡胶管进入，可将水由A瓶排入B瓶，在瓶A中收集到气体。第三部分：典型例题剖析高频考点1考查气体的制备与性质探究例1．（2021·江苏高三二模）燃煤和工业生产中产生的过量排放会形成酸雨。是重要的化工原料，可作漂白剂。在接触法制硫酸的工业中，发生的反应为：。用下列装置进行制取、性质验证和尾气处理，其中不能实现相应实验目的的是A．图甲：制取 B．图乙：验证其还原性C．图丙：验证其漂白性 D．图丁：尾气处理【解析】A．浓硫酸与铜反应制取二氧化硫需加热，则图甲能实现，故A不选；B．二氧化硫能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，从而使酸性高锰酸钾溶液褪色，则图乙可实现，故B不选；C．二氧化硫为酸性氧化物，能与碱反应生成盐和水，所以二氧化硫能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液褪色，则未体现其漂白性，故丙图不能达到实验目的，故选C；D．为防止二氧化硫与氢氧化钠溶液反应发生倒吸现象，则应链接倒扣漏斗或者其他防倒吸装置来对二氧化硫进行尾气处理，则丁图能实现实验目的，故D不选；答案选C【答案】C【名师点睛】本题考查考查SO2的实验室制备及其性质的验证以及尾气处理，只要按实验室制备常见气体的流程进行思考，结合SO2的的性质就能正确解题。【变式训练】（2021·湖北高三其他模拟）根据装置和下表内的物质(省略夹持、净化以及尾气处理装置，图1中虚线框内的装置是图2)，能完成相应实验目的的是选项a中的物质b中的物质实验目的、试剂和操作实验目的c中的物质进气方向A浓氨水碱石灰收集氨气饱和NH4Cl溶液N→MB浓硝酸Na2SO3检验SO2的氧化性品红溶液M→NC稀硝酸Cu收集NO水N→MD浓盐酸MnO2检验Cl2的氧化性Na2S溶液M→N【解析】A．浓氨水与碱石灰不加热可以制取氨气，但NH3极易溶于水，在c中收集不到NH3，故A不符合题意；B．浓HNO3有强氧化性，Na2SO3有强还原性，浓HNO3与Na2SO3发生氧化还原反应，不产生SO2，故B不符合题意；C．稀HNO3与Cu反应产生NO气体，NO不溶于水，用排液法收集，短进长出，即N进M出，故C符合题意；D．浓盐酸与MnO2反应需要加热才能发生反应，生成Cl2，图中缺少酒精灯，故D不符合题意；答案为C。【答案】C高频考点2考查实验仪器的连接分析与应用例2．（2022·河北·模拟预测）已知：；的熔点为16.8℃、沸点为44.8℃。用如图所示装置设计实验检验分解产物并验证其产物的性质。下列说法正确的是A．装置连接顺序是甲→丙→丁→戊→乙B．丙的作用是冷却收集C．分解得到的红棕色固体溶于KSCN溶液，显红色D．戊中溴水褪色表明有漂白性【解析】A．甲为高温分解装置，乙为气体吸收装置，丙为冷却装置，丁为检验装置，戊为验证性质装置，根据已知中熔点为16.8℃、沸点为44.8℃，则丙可以将冷却下来，既证明有存在，又实现了和的分离，然后检验，验证的性质，因此装置的连接顺序为甲→丙→丁→戊→乙，故A选项正确；B．根据已知中熔点为16.8℃、沸点为44.8℃，则丙可以将冷却下来，所以丙的作用是冷却收集，故B选项正确；C．氧化铁不溶于KSCN溶液，应先将红棕色固体溶于盐酸，再加KSCN溶液，C项错误；D．戊中溴水褪色，表明有还原性，发生的反应为：，故D选项错误。故选AB选项。【答案】AB【变式训练】（2022·全国·高三专题练习）某课外活动小组拟在加热条件下用锶与氮气反应制取氮化锶(Sr3N2)，用到的装置如下图所示，下列说法中错误的是ABCDA．装置A中发生的反应的离子方程式为+N2↑+2H2OB．装置的连接顺序为a→b→c→f→g→d，碱石灰的作用是防止水蒸气进入装置D中C．反应开始时，应先点燃A处的酒精灯，一段时间后再点燃D处的酒精灯D．该实验装置存在的缺陷是没有尾气处理装置【解析】A．装置A中，NH4Cl和NaNO2反应制备N2，反应的离子方程式为+N2↑+2H2O，A正确；B．Sr3N2遇水剧烈反应，故实验中需要使用干燥的N2和Sr反应制备Sr3N2，且要防止空气中的水蒸气进入到装置D中，故该实验的装置连接顺序为A→B→D→C，导管口的连接顺序为a→b→c→f→g→d，C中碱石灰的作用是防止空气中的水蒸气进入装置D中，B正确；C．反应开始时，应先点燃A处的酒精灯，一段时间后，空气被赶出装置，再点燃D处酒精灯，C正确；D．该实验产生的N2无毒，不需要尾气处理装置，D错误；故选D。【答案】D高频考点3考查实验仪器的作用与实验评价例3．（2022·河南·三模）用如图装置测定水中氢氧元素的质量比，其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差，实验测得m(H)：m(O)>1：8，下列对导致这一结果的原因的分析中，一定错误的是A．I、II装置之间缺少干燥装置 B．CuO没有全部被