专题7 专题突破（二）常见气体的实验室制法-【金版新学案】2025-2026学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版）

本讲义聚焦高中化学常见气体制备、净化、收集及性质检验核心知识点，系统梳理气体制备原理（如H₂、O₂、Cl₂等反应方程式）、发生装置类型（固固加热、固液加热/不加热）、收集方法（排水法、排空气法）及后续净化、尾气处理知识，构建从原理到应用的完整学习支架。 该资料通过实验题、创新装置（如“万能收集瓶”）及针对练设计，培养科学思维（如气体制备方法正误判断的证据推理）和科学探究能力（如装置连接顺序设计），强调尾气处理体现科学态度与责任。课中辅助教师实验教学，课后练习题帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

一、常见气体制备原理、装置及收集 1.常见气体的制备原理 气体 制备原理 H2 Zn＋H2SO4ZnSO4＋H2↑ O2 2H2O22H2O＋O2↑ 2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑ 2KClO32KCl＋3O2↑ Cl2 MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 2KMnO4＋16HCl(浓)2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O NH3 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O SO2 Na2SO3＋H2SO4(较浓)Na2SO4＋SO2↑＋H2O CO2 CaCO3＋2HClCaCl2＋CO2↑＋H2O NO 3Cu＋8HNO3(稀)3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O NO2 Cu＋4HNO3(浓)Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 2.常见气体实验室制备的发生装置 反应装置类型 反应装置图 适用气体 固固加热型 O2、NH3等 固液加热型或液液加热型 Cl2等 固液不加热型 O2、H2、CO2、SO2、NO、NO2等 学生用书⬇第50页 3.常见的收集方法 收集方法 排水法 向上排空气法 向下排空气法 收集 原理 收集的气体不与水反应且难溶于水 与空气不反应且密度比空气的大 与空气不反应且密度比空气的小 收集 装置 适用 的气体 H2、O2、NO等 Cl2、CO2、NO2、SO2 等 H2、NH3 等 某实验小组的同学在实验室利用如图所示装置进行实验。 请回答下列问题： (1)甲同学用装置A制备NO2气体，上述装置中可用于收集NO2气体的是　　　　(填字母)，装置A中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 (2)乙同学用图中的装置A通过铜与浓硫酸反应制取SO2气体，装置A中还缺少的仪器名称是　　　　，该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　； 实验所产生的SO2尾气选用装置　　　　(填字母)来吸收。 (3)丙同学用装置B制取氨气，发生反应的化学方程式是　　　　　　　。 答案：(1)D　Cu＋4H＋＋2NCu2＋＋2NO2↑＋2H2O　(2)酒精灯　Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋2H2O＋SO2↑　G　(3)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 解析：(1)甲同学用装置A制备NO2气体，则装置A中发生反应的离子方程式为Cu＋4H＋＋2NCu2＋＋2NO2↑＋2H2O；二氧化氮的密度比空气的大，且能与水反应，故用向上排空气法收集，题给装置中可用于收集NO2气体的是装置D。(2)铜与浓硫酸要在加热条件下反应，故用装置A通过铜与浓硫酸反应制取SO2气体时，装置A中还缺少的仪器名称是酒精灯，该反应的化学方程式为Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋2H2O＋SO2↑；二氧化硫有毒，为酸性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应，故实验所产生的SO2尾气选用装置G来吸收，F装置不能防倒吸，故不选。(3)丙同学采用固固加热制备气体的装置，可通过加热氢氧化钙与氯化铵固体制备氨气，发生反应的化学方程式是2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。 1.“万能收集瓶”的使用 2.排液集气收集装置的创新 针对练1.实验室制备下列气体的方法可行的是(　　) 选项 气体 方法 A 氨气 加热氯化铵固体 B 二氧化氮 将铝片加到冷浓硝酸中 C 硫化氢 向硫化钠固体滴加浓硫酸 D 氧气 加热氯酸钾和二氧化锰的混合物 答案：D 解析：氯化铵不稳定，加热易分解生成氨气和氯化氢，但两者遇冷又会化合生成氯化铵固体，所以不能用于制备氨气，A不可行；将铝片加到冷浓硝酸中会发生钝化现象，不能用于制备二氧化氮，B不可行；硫化氢为还原性气体，浓硫酸具有强氧化性，不能用浓硫酸与硫化钠固体反应制备硫化氢气体，会发生氧化还原反应，C不可行；实验室加热氯酸钾和二氧化锰的混合物，生成氯化钾和氧气，二氧化锰作催化剂，可用此方法制备氧气，D可行。 针对练2.如图所示装置制取、提纯并收集表中的四种气体(a、b、c表示相应仪器中加入的试剂)，其中可行的是(　　) 学生用书⬇第51页 选项 气体 a b c A CO2 盐酸 碳酸钙 饱和NaHCO3溶液 B SO2 浓硫酸 Fe 浓硫酸 C NH3 浓氨水 生石灰 碱石灰 D Cl2 浓盐酸 MnO2粉末 浓硫酸 答案：A 解析：常温下，浓硫酸和铁发生钝化，B不可行；碱石灰应盛装在干燥管或U形管中，与题图装置不符，且氨气的密度小于空气的密度，应用向下排空气法收集，C不可行；实验室用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气需要加热，该发生装置不符，D不可行。 针对练3.(2025·河北正定中学测试)图示装置不能完成相应气体的发生和收集实验的是(除杂和尾气处理装置任选)(　　) 选项 气体 试剂 装置 A SO2 饱和Na2SO3溶液＋浓硫酸 B Cl2 MnO2＋浓盐酸 C H2 NaH＋水 D CO2 石灰石＋稀盐酸 答案：B 解析：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；MnO2和浓盐酸加热反应可以制Cl2，应该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，不能完成氯气的制取，B符合题意；NaH与水反应可以制H2，使用固液不加热制气装置，氢气密度比空气小，用向下排空气法收集，可以完成相应气体的发生和收集实验，C不符合题意；石灰石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；故选B。 二、常见气体的净化、尾气处理及性质检验 1.常见气体的净化 气体 所含杂质 净化剂 净化装置 O2 Cl2 氢氧化钠溶液 H2 H2S 硫酸铜溶液 CO2 HCl 饱和碳酸氢钠溶液 CO2 SO2 饱和碳酸氢钠溶液 Cl2 HCl 饱和食盐水 SO2 HCl 饱和亚硫酸氢钠溶液 CO CO2或H2O 碱石灰 N2 O2 灼热的铜网 2.尾气处理方法 对于有毒、有害、可燃、污染空气的气体尾气必须进行处理，用溶液吸收或点燃使它们变为无毒、无害、无污染的物质。对于无毒、无害气体可直接排放，如N2、O2等。 (1)吸收原则：能充分吸收气体；不能倒吸。 (2)常见装置 ①吸收溶解度较小的尾气(如Cl2等)用图D装置； ②吸收溶解度较大的尾气(如HCl等)用图B、C装置； ③CO、H2等气体可用点燃或收集的方法处理，用图A、E装置。 3.常见气体的性质检验 (1)可燃性气体的检验 (2)酸性气体的检验 (3)碱性气体的检验(NH3) 学生用书⬇第52页 (4)强氧化性气体的检验 实验室用如图所示装置可进行Na与CO2的反应，并能检验产物CO(已知：PdCl2溶液吸收CO气体产生黑色的单质Pd)，下列说法不正确的是(　　) A.装置①还可以制取H2(反应物Zn和稀H2SO4)、O2 (反应物H2O2和MnO2)等气体 B.装置②、③中盛装的试剂分别为NaOH溶液、浓H2SO4 C.装置⑤中澄清石灰水变浑浊后，再点燃装置④处的酒精灯 D.装置⑥中产生黑色沉淀的反应为PdCl2＋CO＋H2OPd↓＋CO2＋2HCl 答案：B 解析：由装置图可知：①为二氧化碳的制取装置，②中试剂应为饱和NaHCO3溶液，用于除去CO2中混有的HCl；③为浓硫酸，用于干燥CO2气体。在加热条件下，④中Na和CO2发生反应，CO2可被还原生成CO，可观察到⑥中产生黑色沉淀，以此解答该题。装置①为常温下固体和液体制备气体的装置，可用于稀硫酸和锌反应制备氢气；也可以用H2O2和MnO2反应制备O2，A正确；装置②盛有饱和NaHCO3溶液，用于除去CO2中的杂质HCl气体，若使用NaOH溶液，则CO2、HCl都会被吸收；装置③中试剂为浓硫酸，作用是干燥CO2气体，B错误；装置⑤中澄清石灰水变浑浊后，说明装置内的空气已排尽，再点燃酒精灯，以防止氧气和钠反应，C正确；CO与PdCl2、H2O发生氧化还原反应，反应的化学方程式为PdCl2＋CO＋H2OPd↓＋CO2＋2HCl，因此能检验产物CO，D正确；故合理选项是B。 气体制备及其性质探究的基本思路 针对练4.实验室需要制备少量SO2并验证其性质，下列实验装置不能达到相应实验目的的是(　　) A.制取SO2 B.验证SO2的还原性 C.收集SO2 D.吸收SO2 答案：D 解析：亚硫酸钠和硫酸反应生成硫酸钠和二氧化硫气体，A正确；二氧化硫使碘的淀粉溶液褪色，发生反应SO2＋I2＋2H2O4H＋＋2I－＋S，反应中二氧化硫发生氧化反应，为还原剂，体现的是二氧化硫的还原性，B正确；二氧化硫密度大于空气的，应用向上排空气法收集，图中装置二氧化硫短进长出，C正确；二氧化硫难溶于饱和亚硫酸氢钠溶液，应用氢氧化钠溶液吸收尾气减少污染，D错误。 针对练5.某同学想利用如图装置在实验室制备二氧化碳并验证过氧化钠可作呼吸面具中的供氧剂。下列装置连接顺序正确的是(　　) 学生用书⬇第53页 A.e→g→h→c→d→a→b→f B.e→a→b→c→d→g→h→f C.e→b→a→c→d→g→h→f D.e→c→d→a→b→g→h→f 答案：B 解析：由实验装置图可知，装置Ⅲ中稀盐酸与固体X大理石反应制备二氧化碳，装置Ⅰ中盛有的饱和碳酸氢钠溶液用于除去二氧化碳中混有的氯化氢气体，装置Ⅱ中盛有的过氧化钠与二氧化碳和水蒸气反应生成氧气，装置Ⅴ中氢氧化钠溶液用于吸收未反应的二氧化碳，装置Ⅳ用排水集气法收集反应生成的氧气，则装置的连接顺序为e→a→b→c→d→g→h→f，故选B。 针对练6.我们已经学过氢气、氧气、二氧化碳、氯气、二氧化硫、氨气等气体的制备方法和化学性质。图为实验室制备、净化、干燥气体及进行尾气处理的常见仪器装置。请结合所学知识回答下列问题： (1)下列气体中，只能用碱石灰干燥的是　　　　(填字母，下同)。 A.H2　B.Cl2　C.SO2　D.NH3　E.O2 (2)实验室用软锰矿(主要成分是MnO2)与浓盐酸混合加热制得氯气，所选制备装置是　　　　，干燥氯气的装置是　　　　，尾气处理装置是　　　　。 (3)将10.7 g氯化铵固体与足量熟石灰混合加热，使之充分反应。生成的氨气在标准状况下的体积是　　　　L，若将这些氨气溶于水配成500 mL氨水，该氨水的物质的量浓度是　　　　　　　。 答案：(1)D　(2)B　C　E (3)4.48　0.4 mol·L－1 解析：(1)氢气和氧气用酸、碱、中性干燥剂都可以干燥；二氧化硫为酸性氧化物，不能用碱石灰干燥；氯气能与氢氧化钠反应，不能用碱石灰干燥；氨气只能用碱石灰干燥。(2)二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水，反应物为固液混合物，需要加热，制备装置选择B；氯气可用装置C盛有的浓硫酸干燥；吸收多余的氯气用装置E。(3)10.7 g＝0.2 mol，则可生成氨气0.2 mol，在标准状况下体积为0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L；若将这些氨气溶于水配成500 mL氨水，＝0.4 mol·L－1。 1.下列气体中，既能用排水法收集，又能用排空气法收集的是(　　) A.氢气 B.氨气 C.二氧化氮 D.二氧化硫 答案：A 解析：B项，NH3极易溶于水，不能用排水法收集；C项，由反应3NO2＋H2O2HNO3＋NO知，NO2不能用排水法收集；D项，SO2易溶于水，不能用排水法收集。 2.下列气体既可以用浓硫酸干燥，又可以用碱石灰干燥的是(　　) A.H2S B.NH3 C.CH4 D.CO2 答案：C 解析：A项，H2S为酸性气体，可与碱石灰反应，不能用其干燥，错误；B项，氨气为碱性气体，可与硫酸反应，不能用浓硫酸干燥，错误；D项，CO2为酸性气体，可与碱石灰反应，不能用其干燥，错误。 3.实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示(省略夹持和净化装置)。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是(　　) 选项 a中的物质 b中的物质 c中的物质 d中的物质 A 浓氨水 CaO NH3 H2O B 70％浓硫酸 Na2SO3 SO2 NaOH溶液 C 稀硝酸 Cu NO H2O D 浓盐酸 MnO2 Cl2 NaOH溶液 答案：B 解析：用排气法收集NH3时，导管应短进长出，A项不合理；Na2SO3与70％的H2SO4反应可制取SO2气体，用向下排空气法收集SO2，用NaOH溶液吸收尾气，B项合理；不能用排空气法收集NO，C项不合理；MnO2与浓盐酸在加热条件下才能发生反应，D项不合理。 4.在19世纪末曾出现过一种制氯气的方法，称为“地康法”，在当时被广泛用于工业制氯。下图是实验室模拟“地康法”的装置(E后接气体处理收集装置)： 已知：A中反应的气体产物为HCl；反应开始后，E中无水硫酸铜粉末逐渐变蓝。 (1)若将该装置C改成U型管，为了起到相同的作用，则U型管中可盛放的试剂是　　　　(填字母)。 A.CaO B.无水CaCl2 C.无水硫酸铜 D.浓硫酸 (2)写出“地康法”制氯气原理的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　。 (3)随着电解法在生产上付诸实用，“地康法”就逐渐被淘汰。请写出“地康法”相较于“电解法”生产氯气的两个不足(任写两点)：　　　　　　　、　　　　　　　。 答案：(1)B (2)4HCl＋O22H2O＋2Cl2 (3)经济效益较低　生产规模受限 解析：A装置中浓硫酸和氯化钠反应生成氯化氢，B装置中二氧化锰催化过氧化氢分解制备氧气，气体在C中用浓硫酸干燥，D中HCl和O2在催化作用下，发生氧化还原反应生成氯气，E中无水硫酸铜粉末变蓝，说明还生成水，以此解答。(1)装置C的作用是干燥HCl和O2，若将该装置C改成U型管，U型管中只能盛放固体干燥剂，HCl是酸性气体，不能用CaO干燥，无水硫酸铜吸水效果差，则U型管中可盛放的试剂是无水CaCl2，故选B。(2)装置D中，在催化作用下HCl和O2发生氧化还原反应生成氯气和H2O，根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式为4HCl＋O22H2O＋2Cl2。(3)“地康法”相较于“电解法”生产氯气的两个不足：经济效益较低，地康法使用的催化剂和设备成本较高，且反应条件较为苛刻，导致整体生产成本较高，而电解法则通过电解饱和食盐水溶液来生产氯气，原料成本低，工艺成熟，生产效率高，经济效益显著；生产规模受限，地康法的生产规模相对较小，难以满足大规模工业生产的需求，而电解法则可以轻松实现大规模生产，满足市场需求。 学科网（北京）股份有限公司 $