拓展与归类•专题研析(7) 实验室中制取气体装置的设计-【精彩三年】2024-2025学年高中化学必修1课程探究与巩固Word教参（人教版2019）

拓展与归类·专题研析(七)　实验室中制取气体装置的设计 (见学生用书P54)1 ．设计气体制取装置的基本思路 2．实验室制取气体相关装置 (1)常见的气体发生装置 ①适用于用KClO3(MnO2)、KMnO4加热制O2。 ②适用于用MnO2与浓盐酸共热制Cl2。 ③适用于用H2O2和MnO2制O2，用CaCO3与稀盐酸反应制CO2。 (2)常见的除杂装置——用于除去气体中的杂质气体 分别用盛有饱和食盐水和浓硫酸的洗气瓶除去Cl2中的HCl和H2O(g)。干燥也可用固体干燥剂P2O5、CaCl2等，但固体干燥剂需用球形管或U形管盛装。 (3)常见的气体收集装置 ①向上排空气法(所收集的气体的密度大于空气的密度，如Cl2)。 ②向下排空气法(所收集的气体的密度小于空气的密度，如H2)。 ③排液集气法：如排饱和食盐水法收集Cl2(Cl2在饱和NaCl溶液中的溶解度很小，且用此法可除去实验过程中挥发出的HCl气体)。 (4)尾气处理装置 ①点燃法：如CO、H2、CH4等易燃性气体，可用此法。 ②收集法：如CO等易燃气体可用气球收集起来。 ③吸收法：如Cl2、SO2、HCl、H2S等可用碱液吸收。 ④转化法：采用一定的方法，使有毒气体转化为无毒气体后再排放，如NO、NO2若能转化为N2，即可排放。 例题　某化学兴趣小组拟用浓盐酸与二氧化锰制取氯气，并探究氯气与金属锡的反应。 资料卡：①金属锡熔点为231 ℃，活泼性与铁相似，＋2价和＋4价较常见。 ②SnCl2是无色晶体，易氧化，熔点为246 ℃，沸点为652 ℃。 ③SnCl4是无色液体，易与水反应，熔点为－33 ℃，沸点为114 ℃。 (1)装置B、C用于净化并干燥氯气，B中盛放的试剂是__饱和食盐水__，装置C的作用是__干燥氯气__。 (2)写出装置A中反应的离子方程式：__MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O__。 (3)装置D中发生反应的化学方程式为__Sn＋2Cl2SnCl4__。 (4)装置E中冰水的作用是__冷却，将SnCl4转化为液体，便于收集__。 (5)为了得到纯净的金属氯化物，虚线框F内可以选用的装置是__②③__(填序号)。 【解析】由装置A制备氯气，其中混入的氯化氢和水蒸气分别通过装置B和装置C除去，之后在装置D中和锡反应，由于氯气氧化性较强，故锡和氯气反应的产物为SnCl4，在装置E中冷却为液体，还要注意尾气处理。(1)盐酸具有挥发性，挥发出氯化氢，并且用这种方法制得的氯气中也会有水蒸气，可以用装置B中的饱和食盐水除去氯化氢，用装置C中的浓硫酸干燥氯气。(2)装置A是浓盐酸和二氧化锰在加热条件下制备氯气，离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(3)在装置D中氯气和锡反应，氯气氧化性较强，反应生成SnCl4，化学方程式为Sn＋2Cl2SnCl4。(4)装置E中冰水可以使SnCl4降温，使其转化为液体，故其作用为冷却，将SnCl4转化为液体，便于收集。(5)SnCl4易与水反应，且反应过程中使用了氯气，需要尾气处理，且要防止空气中的水蒸气进入装置中与SnCl4反应，故虚线框F内可以选用的装置是②或③。 1．以下是实验室制取、收集、干燥、存放气体的装置图，有关说法正确的是(　C　) A．实验室用高锰酸钾制取氧气，用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳均可使用装置② B．实验室收集氢气和二氧化碳均可使用装置③，气体从导管b进入 C．实验室干燥氧气和二氧化碳均可使用装置④，气体从导管a进入 D．实验室均可用排水法收集氧气和二氧化碳，并且如图⑤临时存放 【解析】实验室用高锰酸钾制取氧气需用固体加热型装置，应选装置①，A错误；二氧化碳的密度比空气大，用向上排空气法收集，气体从导管a进入，B错误；浓硫酸具有吸水性，可干燥中性和酸性气体，则可干燥氧气和二氧化碳，气体从导管a进入，C正确；二氧化碳能溶于水且能与水发生化学反应，不能用排水法收集，D错误。 2．2024·温州中学高一三氯化碘(ICl3)在药物合成中用途广泛，实验室可用如图装置制取(部分夹持装置已略去)。已知：①反应原理为I2＋3Cl2===2ICl3；②ICl3遇水易反应。 下列说法不正确的是(　D　) A．ICl3中碘元素的化合价为＋3价 B．装置乙中长颈漏斗内液面上升，有可能是装置丙发生了堵塞 C．ICl3在潮湿的空气中可能会产生白雾 D．装置戊的作用是防止空气中的水蒸气进入装置丁，可用无水CaCl2固体代替 【解析】I、Cl元素处于同一主族，非金属性：Cl>I，因此ICl3中Cl元素呈－1价，则I元素化合价为＋3价，A项正确；装置乙中长颈漏斗内液面上升，说明乙装置内压强增大，其原因有可能是装置丙发生了堵塞导致气流不畅，B项正确；ICl3遇水易反应，ICl3在潮湿的空气中会生成HCl和HIO2，生成的HCl气体极易溶于空气中的水蒸气，形成盐酸小液滴，会产生白雾，C项正确；装置戊的另一作用是吸收尾气中的Cl2，无水CaCl2固体与氯气不反应，不可用无水CaCl2固体代替碱石灰，D项错误。 3．2024·遂昌中学高一氯可形成多种含氧酸盐，广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO。 已知：氯气和碱反应在室温下生成氯化物和次氯酸盐，温度升高时主要产物是氯化物和氯酸盐，氯气和碱的反应释放热量。 回答下列问题。 (1)盛放浓盐酸的仪器名称是__分液漏斗__，a中的试剂为__饱和食盐水__。 (2)c中发生反应的离子方程式是__Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O__，采用冰水浴的目的是__冷却降温，防止反应放热使体系温度升高生成NaClO3__。 (3)d中试剂的作用是__吸收氯气，防止污染环境__，下列可选用的最佳试剂为__A__(填字母)。 A．KI溶液　　　　　B．饱和食盐水 C．Ca(OH)2溶液 D．浓硫酸 (4)反应结束后，取出b中试管，经冷却结晶、__过滤__、__洗涤__、干燥，得到KClO3晶体。(填写操作名称) (5)称取上述制备的KClO3粗产品3.0 g并加入适量MnO2，再称量后加热至质量不再改变(假设杂质受热不分解)，测得固体总质量减轻0.96 g，则制备的粗产品中氯酸钾的纯度为__81.7%__(保留到小数点后1位)。 (6)反应结束后，c试管中溶液具有消毒、漂白作用，向c中通入或加入下列物质，能使其消毒、漂白效果明显增强的有__B__(填字母)。 A．NH3 B．CO2 C．饱和食盐水 D．NaOH溶液 【解析】(1)盛放浓盐酸的仪器带有活塞，名称是分液漏斗，a中的试剂用于吸收Cl2中混有的HCl，应为饱和食盐水。 (2)c中Cl2与NaOH溶液反应，反应的离子方程式是Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，为防止副反应的发生，需防止溶液温度升高，则采用冰水浴冷却，目的是冷却降温，防止反应放热使体系温度升高生成NaClO3。 (3)d中的溶液用于吸收尾气，防止污染环境。KI溶液能充分吸收氯气，A符合题意；氯气难溶于饱和食盐水，所以不能吸收氯气，B不符合题意；Ca(OH)2溶液能吸收氯气，但浓度很小，吸收效果较差，C不符合题意；浓硫酸用于干燥氯气，不能吸收氯气，D不符合题意。 (4)反应结束后，取出b中试管，经冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到KClO3晶体。 (5)固体减少的质量为氧气的质量，有下列关系： 2KClO3　～　3O2 245 g　　　　96 g m(KClO3)　　0.96 g m(KClO3)＝2.45 g 氯酸钾的纯度为×100%≈81.7%。 (6)NH3溶于水呈碱性，与NaClO不反应，A不符合题意；CO2能将NaClO转化为HClO，使溶液的消毒和漂白能力增强，B符合题意；饱和食盐水与NaClO不反应，不能使溶液的消毒和漂白能力增强，C不符合题意；NaOH溶液与NaClO不反应，不能使溶液的消毒和漂白能力增强，D不符合题意。 温馨说明：课后请完成专题突破4 学科网（北京）股份有限公司 $$