第2章 讲评拓展课3 气体制备实验的综合分析-【名师导航】2023-2024学年高中化学必修第一册同步讲义(人教版2019)

讲评拓展课3　气体制备实验的综合分析 1．了解常见气体的制备、除杂、收集、尾气吸收等方法。 2．以气体的制备为载体，培养科学探究素养。 常见气体的制备装置及实验综合分析 1．设计气体制备装置的基本思路 2．气体制备装置的连接顺序 3．各种装置的选择 (1)实验室制备气体的发生装置的选择 ①选择依据：反应原理、反应物的状态、反应条件等。 ②装置的基本类型 a．固体＋固体气体。 b．固体＋液体―→气体。 c．固体＋液体气体。 (2)实验室制备气体的净化装置的选择 ①净化原则 不减少被净化气体的量；不引入新杂质；操作简便，易于分离。 ②净化装置 装置Ⅰ(洗气瓶)：盛液体除杂试剂，气流方向是长管进，短管出。 装置Ⅱ(干燥管)：盛固体除杂试剂，气流方向是粗口进，细口出。 装置Ⅲ(U形管)：盛固体除杂试剂，气流方向左进右出。 4．常用气体收集方法 方法 排水法 向上排空气法 向下排空气法 装置 典型气体 O2、H2等 O2、Cl2、CO2等 H2、NH3等 5．常用气体尾气处理方法 方法 燃烧法 吸收法 收集法 装置 典型气体 CO等 Cl2、SO2等 CO等 高铁酸钾(K2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂或高容量电池材料。FeCl3与KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4。某学习小组的学生利用浓盐酸、二氧化锰和铁粉等物质，设计了如图装置制取少量的K2FeO4，请根据要求回答下列问题： 已知：①FeCl3的沸点为315 ℃；②制取K2FeO4的离子反应为＋5H2O＋3Cl－。 (1)检查装置的气密性后，应先点燃________(填“A”或“D”)处的酒精灯。 (2)B装置中其作用是___________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (3)C装置中竖直玻璃管的作用是________________________________________ _____________________________________________________________________。 (4)从D装置通过导管进入E装置的物质是_______________________________ _____________________________________________________________________。 (5)生成K2FeO4的装置是________(填装置代号)。 (6)反应结束后，通过A装置的________(填仪器名称)将烧瓶注满水，这样做的目的是_________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 [解析]　(1)检验气密性后，应先点燃A处(气体发生装置)的酒精灯，排出装置中的空气，防止空气中的氧气与铁粉反应生成氧化铁。(2)饱和食盐水用于除去氯气中的氯化氢。(3)由于氯化铁降温后由气态变为固态，有可能堵塞连接D、E装置的导管，造成危险，故需通过观察C装置竖直导管中液面变化判断导管是否堵塞。(4)D装置中铁粉与Cl2反应生成的氯化铁高温下以气体形式进入E，同时未反应完的氯气也会进入E。(5)结合(4)的分析可知装置E中制备K2FeO4。 (6)为排尽氯气，可以通过分液漏斗向烧瓶中加入大量水。 [答案]　(1)A　(2)除去Cl2中的HCl气体杂质 (3)便于观察D、E装置之间的导管是否堵塞 (4)Cl2、FeCl3　(5)E (6)分液漏斗　将Cl2尽可能排干净，被NaOH溶液吸收，避免污染空气 1．实验室以CaCO3为原料，制备CO2并获得CaCl2·6H2O晶体。下列图示装置和原理不能达到实验目的的是(　　) D　[碳酸钙盛放在锥形瓶中，盐酸盛放在分液漏斗中，打开分液漏斗活塞，盐酸与碳酸钙反应生成氯化钙、二氧化碳和水，A正确；二氧化碳密度比空气大，用向上排空气法收集二氧化碳气体，长管进短管出，B正确；加入的盐酸与碳酸钙反应后，部分碳酸钙未反应完，碳酸钙是难溶物，因此用过滤的方法分离，C正确；CaCl2·6H2O易失去结晶水，因此不能通过加热蒸发得到，可由氯化钙的热饱和溶液冷却结晶析出六水氯化钙结晶物，D错误。] 2．化学是一门以实验为基础的科学。根据如图装置回答问题。 (1)仪器a的名称是________。 (2)实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰混合制取氧气的化学反应方程式为________________________________，若用F装置收集氧气，当观察到________的现象时再开始收集。 (3)甲烷是一种没有颜色、没有气味、难溶于水、密度比空气小的气体。实验室常用加热氧化钙和氢氧化钠固体的混合物和醋酸钠固体制取甲烷气体，应选用的发生装置是________(填标号，下同)，若用G装置收集时，则气体要从________端通入。 (4)若用如图套管实验装置验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性，试管B中装入的固体最好是___________________________(填化学式) 。 [解析]　(1)根据仪器的构造可知a为试管。(2)过氧化氢在二氧化锰作催化剂条件下分解生成氧气和水，反应方程式为2H2O2O2↑＋ 2H2O，用排水法收集氧气时，要等到导管口气泡稳定后即空气被排尽后收集。(3)实验室常用加热氧化钙和氢氧化钠固体的混合物和醋酸钠固体制取甲烷气体，为固体混合物加热制取气体，应选用向下倾斜试管加热，即采用C装置；若用排空气法收集甲烷，因其密度比空气小应采用向下排空气法，若用G装置收集则应短管进气长管出气，则气体要从n端通入。(4)碳酸钠热稳定性比碳酸氢钠强，应将其置于试管A中，碳酸氢钠置于试管B中，如果仍能看到试管a出现浑浊，试管b无浑浊则能说明碳酸钠比碳酸氢钠稳定。 [答案]　(1)试管 (2)2H2O2O2↑＋ 2H2O　气泡均匀连续冒出 (3)C　n　(4)NaHCO3 1．下列气体中，通常只能用排水法收集的是(　　) A．CO　　　B．Cl2　　　C．CO2　　　D．H2 A　[CO的密度接近空气，且不溶于水，所以通常只能用排水法收集，A正确；Cl2能够与水反应，不能用排水法收集，B错误；CO2能溶于水，不能用排水法收集，C错误；H2难溶于水，且密度比空气小，能用排水法收集，也可以用排空气法收集，D错误。] 2．实验室常用无水醋酸钠粉末和碱石灰共热制取CH4气体，实验室制备下列气体的发生装置与制CH4发生装置可能相同是(　　) A．H2 B．O2 C．CO2 D．Cl2 B　[根据题意可知，制取CH4的实验选用固体和固体加热装置。A项，实验室制取H2，用Zn和稀盐酸，属于固体和液体不加热装置；B项，实验室制取氧气，可以用高锰酸钾在加热条件下制取，选用固体加热装置；C项，实验室制取二氧化碳，用大理石和稀盐酸，属于固体和液体不加热装置；D项，实验室制取氯气，用二氧化锰和浓盐酸在加热条件下进行，属于固体和液体加热装置。] 3．(素养题)二氧化碳是重要的自然资源，和人类的生命活动息息相关。 Ⅰ．【二氧化碳的发现】 资料一：1630年，海尔蒙特发现在一些洞穴处，有一种能使燃着的蜡烛熄灭的气体，被证实是CO2。 资料二：1754年，布莱克将石灰石煅烧首次制得CO2并完成了如图所示的物质转化研究。 资料三：1766年，卡文迪许通过实验测得，室温下1体积水大约能溶解1体积二氧化碳气体。 (1)根据海尔蒙特的发现，推测二氧化碳的化学性质： _______________________ _____________________________________________________________________。 (2)写出布莱克实验中反应③的化学反应方程式____________________________ _____________________________________________________________________。 (3)如图，在室温下将容积为200 mL的广口瓶注满蒸馏水，通过导管缓慢通入300 mL CO2，如果卡文迪许的结论是正确的，则在量筒中收集到的水约为________mL。 (4)有人设计了一个实验验证二氧化碳的温室效应，如图。 ①该实验需要将实验装置置于________(填“阳光下”或“黑暗中”)。 ②甲和乙中的气体分别为________。 A．二氧化碳、二氧化碳　　 B．二氧化碳、空气 C．空气、空气　　　　　　 D．空气、氧气 Ⅱ．【二氧化碳的制取】 (5)化学实验室一般用块状石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳，但制出的二氧化碳中常混有氯化氢气体，在老师指导下，某化学兴趣小组将该实验进行了优化，改用块状石灰石和稀硫酸制取二氧化碳并测定石灰石中碳酸钙的含量(实验装置如图) 加入足量稀硫酸后，反应一段时间后停止。同学们经查阅资料，发现当反应停止后再加入氯化铵溶液，又能继续产生气泡，采用该方法，可使块状石灰石与足量稀硫酸充分反应。请推测加入氯化铵溶液的作用是__________________________。 (6)该小组在收集二氧化碳时，又对能不能用排水法收集二氧化碳进行了探究。 实验设计与操作：在通常状况下分别测定排空气法和排水法收集的气体中氧气的体积分数，从而得到二氧化碳的体积分数。 用氧气测量仪测得收集的气体中氧气体积分数随时间的变化关系如图(起始时氧气的体积分数都以21%计)，则最终两种方法收集的气体中二氧化碳体积分数较大的是________(填“排空气”或“排水”)法，两种方法收集的气体中二氧化碳体积分数的差值是________(计算结果精偏到0.1%)。 (7)你认为二氧化碳________(填“能”或“不能”)用排水法收集。 [解析]　(1)海尔蒙特发现在一些洞穴处，有一种能使燃着的蜡烛熄灭的气体，后来被证实是CO2，说明二氧化碳不能燃烧也不能支持燃烧。(2)③是二氧化碳与氢氧化钙的反应，该反应的化学方程式为CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。(3)卡文迪许通过实验测得室温下1体积水大约能溶解1体积CO2，故在室温下将容积为200 mL的广口瓶注满蒸馏水，通过导管a缓慢通入300 mL CO2。如果卡文迪许的结论是正确的，则在量筒中收集到的水约为100 mL。(4)①二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能，它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，所以应放在阳光下；②验证二氧化碳的“温室效应”，变量应该是二氧化碳，所以其中一个瓶子中应该是二氧化碳，根据选项另一个瓶子中应是空气，故选B。(5)加入足量稀硫酸后，反应一段时间后停止。同学们经查阅资料，发现当反应停止后再加入氯化铵溶液，又能继续产生气泡，采用该方法，可使块状石灰石与足量稀硫酸充分反应。推测加入氯化铵溶液的作用是促进硫酸钙的溶解，不再阻止反应的进行。(6)用氧气测量仪测得收集的气体中氧气体积分数随时间的变化关系如题图(起始时氧气的体积分数都以21%计)，用排水法收集的二氧化碳中含有氧气的体积分数为2.5%，则空气的含量＝＝11.9%，所以二氧化碳的含量为100%－11.9%＝88.1%，用向上排空气法收集二氧化碳中含有氧气的体积分数为5.8%，则空气的含量＝＝27.6%，所以二氧化碳的含量为100%－27.6%＝72.4%，则最终两种方法收集的气体中二氧化碳体积分数较大的是排水法，两种方法收集的气体中二氧化碳体积分数的差值＝88.1%－72.4%＝15.7%。 [答案]　(1)不能燃烧也不能支持燃烧 (2)CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O (3)100 (4)阳光下　B (5)氯化铵溶液可以促进硫酸钙的溶解，使石灰石和稀硫酸可以继续反应 (6)排水　15.7% (7)能 讲评拓展课培优练(三)　气体制备实验的综合分析 一、选择题(每小题只有一个选项符合题目要求) 1．下列装置气密性的检查，不合理的是(　　) A　　　　B 　　　　C　　　D C　[A项，整个是密闭容器，用手捂热试管，烧杯中试管口有气泡冒出，松开手片刻，试管中有小水柱则说明气密性良好，合理；B项，关闭弹簧夹，通过长颈漏斗注入适量水，至封闭长颈漏斗口，继续注入水，则长颈漏斗出现小水柱，说明气密性良好，合理；C项，整个是密闭容器，用手捂热圆底烧瓶，无明显现象，无法检验，不合理；D项，关闭弹簧夹，通过上下移动U形管两侧形成液面差，一段时间后液面差仍然存在，则说明气密性良好，合理。] 2．可采用如图所示装置来收集的气体是(　　) A．N2　　　B．H2　　　C．CO　　　D．HCl D　[该装置为用向上排空气法收集气体，气体的密度大于空气的密度，故选D。] 3．要组装一套实验室利用液体和液体反应制备气体的装置，现设计了如下的五步操作，正确的顺序是(　　) ①将蒸馏烧瓶固定在铁架台上 ②将酒精灯放在铁架台上，根据酒精灯确定铁圈高度，固定铁圈，放好石棉网 ③向蒸馏烧瓶中加入一种液体反应物，再向分液漏斗中加入另一种液体反应物，并将导气管放入气体收集装置中 ④检查装置的气密性(利用固定装置微热的方法检查气密性) ⑤在蒸馏烧瓶中安装好分液漏斗，连接好导气管 A．②①⑤④③ B．④①②⑤③ C．①②⑤④③ D．①⑤④②③ A　[实验仪器的安装原则：从下向上，从左向右。首先放置酒精灯，根据酒精灯确定铁圈高度，固定铁圈，放好石棉网；把烧瓶固定在铁架台上，在烧瓶上安装好分液漏斗，连好导气管，检查气密性；装置不漏气后，再加液体药品开始反应，制取气体。] 4．下列制备气体的原理正确，并能用如图装置(夹持仪器略)进行反应和气体收集的是(　　) A．MnO2与浓盐酸反应制取Cl2 B．H2O2与MnO2制取O2 C．石灰石与稀盐酸反应制取CO2 D．Cu与稀硫酸反应制取H2 B　[浓盐酸与二氧化锰反应制备氯气需要加热，A错误；过氧化氢在二氧化锰催化作用下分解制备氧气，不需加热，该装置可实现，B正确；制备的二氧化碳应采用排饱和碳酸氢钠溶液的方法收集，C错误；铜与稀硫酸不反应，不能制备氢气，D错误。] 5．下列实验操作或装置正确且能达到实验目的的是(　　) A．用甲装置制备氧气 B．用乙装置除去CO2中的HCl C．用丙装置收集氯气 D．用丁装置证明Cl2可与NaOH溶液反应 D　[过氧化钠为粉末，与水接触后不能分离，不能利用开关控制反应，A错误；可用饱和碳酸氢钠溶液吸收CO2中的HCl，用饱和碳酸钠会与二氧化碳和HCl均反应，无法达到除杂目的，B错误；氯气密度大于空气，气体应该长进短出，C错误；Cl2可与NaOH反应，烧瓶内压强减小，形成内外压强差，气球膨胀，D正确。] 二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求) 6．某兴趣小组用下列装置探究Na与CO2的反应产物，下列说法正确的是(　　) 已知：PdCl2＋CO＋H2O===Pd↓(黑色)＋CO2＋2HCl A．为了避免生成的CO2中混有HCl，最好用稀硫酸代替稀盐酸 B．装置Ⅲ可改为盛有碱石灰的U形管 C．实验时先点燃酒精灯，再打开活塞a D．装置Ⅴ出现黑色沉淀，则证明还原产物为CO D　[大理石和稀盐酸反应生成二氧化碳，二氧化碳气体中混有水蒸气和氯化氢气体，用饱和碳酸氢钠除去氯化氢，然后用浓硫酸除去水蒸气，二氧化碳和金属钠反应，根据已知，二者反应应该生成碳酸钠和一氧化碳，一氧化碳和二氯化铅反应生成黑色的铅。因为硫酸钙微溶于水，覆盖在大理石表面，阻止反应进一步进行，不能用稀硫酸代替稀盐酸，A错误；二氧化碳能被碱石灰吸收，故不能改用盛有碱石灰的U形管，B错误；用二氧化碳排除装置中的空气后再点燃酒精灯，避免钠和氧气反应，C错误；装置Ⅴ出现黑色沉淀，则其中发生了题给已知的反应，则证明Na与CO2反应的还原产物为CO，D正确。] 7．以CO2和Na2O2为原料，制取纯净干燥的O2，实验装置如下： 下列说法正确的是(　　) A．④中收集氧气应选择装置a B．装置③中试剂是浓硫酸，作用是干燥O2 C．装置②中试剂可用饱和NaHCO3溶液 D．装置②、③之间应增加装有澄清石灰水的洗气瓶 BD　[④是收集氧气的装置，氧气的密度比空气大，采用向上排空气法收集，应选择装置b，A错误；③中是浓硫酸，用于干燥氧气，B正确；②中溶液用于吸收多余的二氧化碳，则装置②中试剂应该是NaOH溶液，饱和NaHCO3溶液与CO2不反应，C错误；装置②、③之间应增加装有澄清石灰水的洗气瓶，用于检验二氧化碳是否被完全吸收，D正确。] 8．钼(Mo)的重要用途之一是制造特种钢，用CO还原MoO3(白色粉末，加热时变黄)制备单质Mo的装置如图所示，下列说法正确的是(　　) A．装置②中盛放饱和碳酸氢钠溶液，装置③中盛放浓硫酸 B．装置①中的稀盐酸可用稀硫酸代替，但石灰石不可用碳酸钠粉末代替 C．装置④的作用是CO还原MoO3制备CO2，装置⑤的作用是制备CO D．装置⑥不能达到检验MoO3是否被CO还原的目的 AD　[装置②中盛放饱和碳酸氢钠溶液除二氧化碳中的氯化氢杂质，装置③中盛放浓硫酸干燥二氧化碳，A正确；硫酸钙微溶于水，碳酸钙和硫酸反应生成的硫酸钙覆盖在石灰石表面，使硫酸和碳酸钙分离，不能继续产生二氧化碳气体，所以装置①中的稀盐酸不能用稀硫酸代替，B错误；装置④的作用是用碳粉还原CO2制备CO，装置⑤的作用是CO还原MoO3制备Mo，C错误；装置④中生成的CO气体中含有CO2，装置⑥不能达到检验MoO3是否被CO还原的目的，D正确。] 三、非选择题 9．(素养题)回答与HCl的制法和性质探究的相关问题。 (1)实验室用食盐晶体与浓硫酸在微热条件下反应制取HCl气体(同时生成NaHSO4)，反应的化学方程式为__________________________________。 (2)氯化氢气体的发生装置应该选择下图A、B、C中的________(填装置的编号)。实验室常用装置D来收集氯化氢，则收集氯化氢时，气体从________管(填“a”或“b”)进入。用水吸收多余的氯化氢气体时，不能选择的装置①～⑤中的________(填装置的编号)。 (3)某同学欲证明盐酸与氯化氢气体性质不同，他向X、Y、Z三支洁净试管里各放一片干燥的蓝色石蕊试纸，然后向试管X中加入盐酸，试纸显________色；往试管Y中通入干燥的氯化氢气体，试纸显________色，这时他认为由此还不能得出满意的结论，于是向试管Z中加入化学式为________的物质。 (4)工业合成氯化氢的化学方程式为H2＋Cl2===2HCl。合成装置示意图如图所示，为防止污染空气，在刚开始合成时，应先从________(填“a”或“b”)口通入________(填化学式)气体，并使该气体过量。 [解析]　(1)食盐晶体与浓硫酸在微热条件下反应生成氯化氢气体，反应的化学方程式为NaCl＋H2SO4(浓) NaHSO4＋HCl↑。(2)食盐晶体与浓硫酸反应为固体和液体反应，并需要加热，所以应该选择B装置；氯化氢密度大于空气，用装置D来收集氯化氢，则收集氯化氢时，气体从a进入；用水吸收多余的氯化氢气体时，应防止倒吸，①直接将导管插入液面下，不能防止倒吸，所以不能选择①作为吸收装置。(3)盐酸溶液中存在氢离子，溶液呈酸性，可使蓝色石蕊试纸变红色，干燥的HCl不能电离出氢离子，则可观察到，X试管里加入盐酸，试纸显红色；往Y试管中通入干燥的氯化氢气体，试纸显蓝色，向Z试管中加入水，目的是排除水的干扰。(4)在合成氯化氢气体时，为防止污染空气，在刚开始合成时，应先从a口通入氢气，并过量。 [答案]　(1) NaCl＋H2SO4(浓) NaHSO4＋HCl↑ (2)B　a　①　(3)　红　蓝　H2O (4)a　H2 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$