第5章 第9讲 常见气体的实验室制备(教用Word)-【金榜题名】2026年高考化学一轮总复习

第九讲　常见气体的实验室制备 高考目标定位　1.了解常见气体的制备原理、装置。2.能根据气体的性质及制备原理设计实验流程。3.能根据制备气体的要求，对净化及收集装置评价和改进。 考点一　常见气体的制备装置 1．气体发生装置 (1)设计原则 根据制备原理（化学方程式）、反应物状态和反应所需条件、制取气体的量等因素来设计反应装置。 (2)气体发生装置的基本类型 制取装置 气体 反应原理 固＋固气 O2 2KClO32KCl＋3O2↑ NH3 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 固＋液气 Cl2 MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O HCl NaCl＋H2SO4（浓）NaHSO4＋HCl↑ 续表 制取装置 气体 反应原理 固（块状）＋液―→气 H2 2H＋＋Zn===H2↑＋Zn2+ CO2 CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O H2S FeS＋2H＋===Fe2+＋H2S↑ 固＋液―→气 O2、 H2、 CO2、 NH3、 Cl2、 SO2、 CH≡CH O2：H2O2与MnO2 H2：Zn与稀硫酸 CO2：CaCO3与稀盐酸 NH3：浓氨水与CaO Cl2：浓盐酸与KMnO4 SO2：亚硫酸钠与较浓硫酸 CH≡CH：CaC2与水（饱和食盐水） 固＋液气 CH2===CH2 C2H5OHCH2===CH2↑＋H2O 2.气体净化（干燥）装置 (1)设计原则 根据主要气体及杂质气体的性质差异来选择除杂试剂及除杂装置。 (2)除杂装置基本类型 装置示 意图 适用 范围 试剂与杂质气体反应，与主要气体不反应；装置③用固体吸收还原性或氧化性杂质气体 杂质气体被冷却后变为液体，主要气体不变为液体 思考1　 (1)除去Cl2中的HCl应选用　　　　。 (2)除去CO2中的HCl应选用　　　　　　　　　　　　　，原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 (3)除去SO2中的HCl应选用　　　　。 (4)除去H2S中的HCl应选用　　　　。 提示　(1)饱和NaCl溶液　(2)饱和NaHCO3溶液　由CO2＋H2O⥫⥬H2CO3⥫⥬H＋＋HCO可知，增大HCO的浓度平衡左移，所以在饱和NaHCO3溶液中，CO2的溶解度较小 (3)饱和NaHSO3溶液　(4)饱和NaHS溶液 3．气体收集装置 收集 方法 收集气体 的类型 收集装置 可收集的 气体（举例） 排水法 难溶于水或微溶于水且不与水反应 O2、H2、NO、CO等 排空气法 向上 排空 气法 密度大于空气且不与空气中的成分反应 Cl2、SO2、 NO2、CO2 向下 排空 气法 密度小于空气且不与空气中的成分反应 H2、NH3 思考2　 如果采用排液集气，下列应采用什么液体？ (1)收集Cl2，应采用排________________________________________________________________________。 (2)收集CO2，应采用排________________________________________________________________________。 (3)收集H2S，应采用排________________________________________________________________________。 (4)收集HCl或NH3，应采用排________________________________________________________________________。 提示　(1)饱和食盐水　(2)饱和NaHCO3溶液 (3)饱和NaHS溶液　(4)四氯化碳 4．尾气处理装置 a用于吸收溶解或反应速率不是很快的气体，如用NaOH溶液吸收Cl2、CO2等。 b用于收集少量气体。 c、d用于吸收极易溶且溶解很快的气体，如HCl、HBr、NH3等；其中d吸收量少。 e用于处理难以吸收的可燃性气体，如H2、CO等。 5．常见典型气体制备装置 (1)氯气的制备 (2)二氧化硫的制备 (3)氨气的制备 1．（2025·合肥测试）利用对应试剂通过下列实验装置能实现相关气体制备与收集的是(　　) 选项 试剂a 试剂b 气体 A 稀硫酸 锌粒 H2 B 稀硫酸 硫化亚铁固体 H2S C 稀硝酸 铜片 NO D 浓盐酸 二氧化锰固体 Cl2 答案　B 解析　图示装置为简易气体发生装置，用于制备气体和用向上排空气法收集气体。要求液体与块状固体反应不需加热，制备密度大于空气且不与空气反应的气体。A.氢气密度小于空气，不能用向上排空气法收集，A项错误；B.硫化亚铁固体和稀硫酸在常温下可发生复分解反应，生成的H2S气体密度比空气大，B项正确；C.铜片和稀硝酸反应可制取NO气体，但NO会与空气中的氧气反应，不能用排空气法收集，C项错误；D.二氧化锰固体与浓盐酸在加热条件下才能反应制取氯气，常温下反应不能发生，D项错误。故选B。 2．（2025·济宁三模）某同学按图示装置进行实验，产生足量的气体通入c溶液中，最终无浑浊。下列所选物质组合符合要求的是(　　) 选项 a试剂 b试剂 c溶液 A 浓硫酸 浓盐酸 饱和食盐水 B 浓氨水 碱石灰 CuSO4溶液 续表 选项 a试剂 b试剂 c溶液 C 70%硫酸 Na2SO3 固体 Ba(NO3)2 溶液 D 35%H2O2 溶液 MnO2 Na2S溶液 答案　B 解析　A．将浓硫酸浓盐酸中，产生HCl气体，通入饱和食盐水中，Cl－浓度增大，产生NaCl晶体，A错误；B.浓氨水滴入生石灰中，产生NH3，将其通入CuSO4 溶液中，先生成蓝色沉淀Cu(OH)2，继续通入NH3，与Cu(OH)2 发生反应，沉淀溶解，生成深蓝色的配合物[Cu(NH3)4](OH)2，B正确；C.70%硫酸与Na2SO3固体反应生成SO2，通入Ba(NO3)2 溶液中，NO 在酸性条件下有强氧化性，将SO2 氧化成SO，产生白色沉淀BaSO4，C错误；D.35%H2O2 溶液在MnO2 催化作用下产生O2，生成的O2 通入Na2S溶液中，将S2-氧化成淡黄色的沉淀S单质，D错误； 故选B。 3．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 NH3 NH4Cl a e B Cl2 MnO2＋浓盐酸 b d C NO2 Cu＋浓HNO3 b f D CH2＝CH2 C2H5OH＋浓H2SO4 c f 答案　D 解析　A．制备氨气应选用氯化铵和氢氧化钙固体，只用氯化铵无法制得氨气，A错误；B.浓盐酸与二氧化锰需要加热才能反应生成氯气，制备装置应选用c，B错误；C.NO2会和水反应，不能用排水法收集，C错误；D.乙醇与浓硫酸共热至170℃发生消去反应制取乙烯，所以制备装置选c，乙烯难溶于水，可以用排水法收集，D正确；综上所述答案为D。 【题后归纳】　气体制备实验的基本思路 考点二　气体制备过程中反应条件的控制 1．排气方法 防止空气中的成分O2、CO2、水蒸气干扰实验，常用其他稳定的气体（如N2）排尽装置中的空气；有时也可充分利用反应产物气体（如NH3、Cl2、SO2）等排尽装置中的空气。 2．控制气体的流速及用量 (1)用分液漏斗控制液体滴加的速度和用量。 (2)观察气泡，控制气流速度，如图1，可观察气泡得到N2、H2的体积比约为1∶2的混合气。 　 (3)平衡气压如图2所示，用长玻璃管平衡气压，防堵塞。 3．压送液体 根据装置的密封性，让反应生成气体或消耗气体，产生压强差，将液体压入或倒流入另一反应容器。 4．温度控制 (1)控制低温的目的：减少某些反应物或产品分解如H2O2；减少某些反应物或产品挥发，如盐酸、氨水等；防止某物质水解，避免副反应发生等。 (2)采取加热的目的：加快反应速率或使平衡移动，加速溶解等。 (3)常考温度控制方式： ①水浴加热：均匀加热，反应温度100 ℃以下。 ②油浴加热：均匀加热，反应温度100～260 ℃。 ③冰水冷却：使某物质液化、降低产物的溶解度；减少其他副反应，提高产品纯度等。 1．某化学兴趣小组用如图所示装置制取氯酸钾、次氯酸钠和氯水并进行有关探究实验。 实验：制取氯酸钾、次氯酸钠和氯水。 (1)写出实验室利用装置A制取Cl2的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)制取实验结束后，取出装置B中试管，冷却结晶、过滤、洗涤。该实验操作过程需要的玻璃仪器有胶头滴管、烧杯、　　　　　、　　　　。为提高氯酸钾和次氯酸钠的产率，在实验装置中还需要改进的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)装置C中反应需要在冰水浴中进行，其原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O (2)漏斗　玻璃棒　在A和B之间添加盛有饱和食盐水的洗气装置 (3)温度较高会生成氯酸钠 2．二氯化钒(VCl2)有强还原性和吸湿性，熔点为425 ℃、沸点为900 ℃，是制备多种医药、催化剂、含钒化合物的中间体。某学习小组在实验室制备VCl2并进行相关探究。回答下列问题： (1)小组同学通过VCl3分解制备VCl2。 ①按气流方向，图中装置合理的连接顺序为　　　　（用小写字母填空）。②A中盛放NaNO2的仪器名称为　　　　，其中发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)测定产品纯度：实验后产品中混有少量VCl3杂质。称量1.3775 g样品，溶于水充分水解，调pH后滴加Na2CrO4作指示剂，用0.5000 mol·L-1AgNO3标准溶液滴定Cl－，达到滴定终点时消耗标准液体积为46.00 mL（Ag2CrO4为砖红色沉淀）。 ①滴定终点的现象为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②产品中VCl3与VCl2的物质的量之比为　　　　　。 答案　(1)acbdef　蒸馏烧瓶　NO＋NHN2↑＋2H2O (2)滴入最后半滴AgNO3溶液时有砖红色沉淀生成，且半分钟内沉淀不溶解　1∶10 解析　该实验通过VCl3分解制备VCl2，VCl2有强还原性和吸湿性，为防止VCl2被氧化、吸湿，所以要通入干燥的N2排尽装置中的空气；A装置中饱和NH4Cl溶液与NaNO2溶液共热反应制备N2，B装置中浓硫酸干燥N2，C装置中VCl3分解制备VCl2，D装置中碱石灰吸收反应生成的Cl2、防止污染，同时防止外界空气进入C装置中；据此作答。(1)①根据分析，按气流方向，图中装置的合理顺序为acbdef；答案为：acbdef。②根据A中盛放NaNO2溶液的仪器特点可知，其名称为蒸馏烧瓶；其中发生的反应为NH4Cl与NaNO2共热反应生成N2、NaCl和水，反应的离子方程式为NO＋NHN2↑＋2H2O；答案为：蒸馏烧瓶；NO＋NHN2↑＋2H2O。(2)①该滴定实验的原理为Ag＋＋Cl－===AgCl↓，当Cl－完全反应，再滴入半滴AgNO3标准溶液，AgNO3与指示剂Na2CrO4作用产生砖红色沉淀，故滴定终点的现象为：滴入最后半滴AgNO3溶液时有砖红色沉淀生成，且半分钟内沉淀不溶解；答案为：滴入最后半滴AgNO3溶液时有砖红色沉淀生成，且半分钟内沉淀不溶解。②根据滴定的原理，2n(VCl2)＋3n(VCl3)＝n(AgNO3)＝0.5000 mol/L×0.046 L，122 g/mol n(VCl2)＋157.5 g/mol n(VCl3)＝1.3775 g，解得n(VCl2)＝0.01 mol、n(VCl3)＝0.001 mol，产品中VCl3与VCl2物质的量之比为0.001 mol∶0.01 mol＝1∶10；答案为：1∶10。 1．（2022·北京高考）利用如图所示装置（夹持装置略）进行实验，b中现象不能证明a中产物生成的是(　　) 选项 a中反应 b中检测试剂及现象 A 浓HNO3分解生成NO2 淀粉－KI溶液变蓝 B Cu与浓H2SO4生成SO2 品红溶液褪色 续表 选项 a中反应 b中检测试剂及现象 C 浓NaOH与NH4Cl溶液生成NH3 酚酞溶液变红 D CH3CHBrCH3与NaOH乙醇溶液生成丙烯 溴水褪色 答案　A 解析　浓硝酸具有挥发性，挥发出的硝酸也能与碘化钾溶液反应生成碘，则淀粉－KI溶液变蓝色不能说明浓硝酸分解生成二氧化氮，故A符合题意；铜与浓硫酸共热反应生成的二氧化硫有漂白性，使品红溶液褪色，故B不符合题意；浓氢氧化钠溶液与氯化铵溶液共热反应生成氨气，使酚酞溶液变红，故C不符合题意；乙醇具有挥发性，挥发出的乙醇不与溴水反应，溴水褪色则说明2－溴丙烷与氢氧化钠乙醇溶液共热发生消去反应生成了丙烯，故D不符合题意。 2．（2022·山东高考）某同学按图示装置进行实验，欲使瓶中少量固体粉末最终消失并得到澄清溶液。下列物质组合不符合要求的是(　　) 选项 气体 液体 固体粉末 A CO2 饱和Na2CO3溶液 CaCO3 B Cl2 FeCl2溶液 Fe C HCl Cu(NO3)2溶液 Cu D NH3 H2O AgCl 答案　A 解析　A.通入CO2气体依次发生反应CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3、CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，由于在相同温度下NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，最终瓶中仍有白色晶体析出，不会得到澄清溶液，A项选；B.通入Cl2，发生反应Cl2＋2FeCl2===2FeCl3、2FeCl3＋Fe===3FeCl2，最终Fe消失得到澄清溶液，B项不选；C.通入HCl，NO在酸性条件下会表现强氧化性，发生离子反应：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O，最终Cu消失得到澄清溶液，C项不选；D.AgCl在水中存在溶解平衡AgCl(s)⥫⥬Ag＋(aq)＋Cl－(aq)，通入NH3后，Ag＋与NH3结合成[Ag(NH3)2]＋，使溶解平衡正向移动，最终AgCl消失得到澄清溶液，D项不选。 3．（2024·河北高考）图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 答案　C 解析　如图所示的气体发生装置可以为固液加热型反应，也可以是固液不加热型；右侧气体收集装置，长进短出为向上排空气法，短进长出为向下排空气法，装满水后短进长出为排水法。分析选项如下：A.饱和Na2SO3 溶液和浓硫酸反应可以制SO2，使用固液不加热制气装置，SO2 密度比空气大，用向上排空气法收集，可以完成相应气体的发生和收集实验，A不符合题意；B.MnO2 和浓盐酸加热反应可以制Cl2，使用固液加热制气装置，Cl2 密度比空气大，用向上排空气法收集，可以完成相应气体的发生和收集实验，B不符合题意；C.固体NH4Cl与熟石灰加热可以制NH3需要使用固液加热制气装置，图中装置不合理，不能完成相应气体的发生和收集实验，C符合题意；D.石灰石（主要成分为CaCO3 ）和稀盐酸反应可以制CO2，使用固液不加热制气装置，CO2密度比空气大，用向上排空气法收集，可以完成相应气体的发生和收集实验，D不符合题意；本题选C。 4．（2021·天津高考）某化学小组同学利用一定浓度的H2O2溶液制备O2。 该小组同学设计了如下气体发生装置（夹持装置省略） (1)甲装置中主要仪器的名称为　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)乙装置中，用粘合剂将MnO2制成团，放在多孔塑料片上，连接好装置，气密性良好后打开活塞K1，经长颈漏斗向试管中缓慢加入10% H2O2溶液至________________________________________________________________________。 欲使反应停止，关闭活塞K1即可，此时装置中的现象是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)丙装置可用于制备较多O2，催化剂铂丝可上下移动。制备过程中如果体系内压强过大，安全管中的现象是　　　　　　　，此时可以将铂丝抽离H2O2溶液，还可以采取的安全措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)丙装置的特点是　　　　（填序号）。 a．可以控制制备反应的开始和结束 b．可通过调节催化剂与液体接触的面积来控制反应的速率 c．与乙装置相比，产物中的O2含量高、杂质种类少 答案　(1)分液漏斗、锥形瓶　(2)刚好没过MnO2固体　试管内的H2O2溶液被压入长颈漏斗中，与MnO2分离　(3)液面上升　打开弹簧夹K2　(4)ab 解析　(2)乙装置是启普发生器的简易装置，向试管中缓慢加入10% H2O2溶液至刚好没过MnO2固体方可发生反应。欲使反应停止，关闭活塞K1，反应产生的O2使试管内的H2O2溶液被压入长颈漏斗中，与MnO2分离。(3)丙装置制备O2的过程中，如果体系内压强过大，安全管中的液面上升，此时可以将铂丝抽离H2O2溶液，还可以打开弹簧夹K2，排出部分O2以使装置内压强减小。(4)丙装置可以利用铂丝插入、抽离H2O2溶液来控制制备反应的开始和结束，a项正确；可通过调节催化剂与液体接触的面积来控制反应的速率，b项正确；丙与乙装置都是H2O2在催化剂作用下分解制备O2，c项错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$