内容正文:
大单元三 第三单元 元素及其化合物知识的整合与提升
第1讲 常见气体的制备
【高考考向预测】
常见气体制备涵盖氧气、氢气、二氧化碳、氯气、氨气、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等气体的反应原理、发生装置、除杂、干燥、收集、验满及尾气处理,侧重装置选择、试剂搭配、操作正误判断与异常现象分析,常融合实验综合题、选择题、工艺流程题考查;近三年为高考化学实验高频考点,考频极高;预测2027年偏向结合化工情境考查混合气体制备与分离,强化非常规装置创新应用、尾气处理方案设计及实验误差分析。
【双基自测●明考向】
1.实验室制取氨气时,可选用无水氯化钙作为干燥剂。
2.收集一氧化氮气体可以采用向上排空气法。
3.实验室用二氧化锰和浓盐酸加热制取氯气,多余氯气可用氢氧化钠溶液吸收。
4.制取二氧化碳时,可用稀硫酸代替稀盐酸与大理石反应。
5.干燥二氧化硫气体可以使用浓硫酸。
6.用排水法收集氧气时,应先熄灭酒精灯再移出导管。
7.实验室制备氢气,可用锌粒和稀硝酸反应制取。
8.氨气密度小于空气,可采用向下排空气法收集。
9.二氧化氮气体既可以用排水法,也可以用排空气法收集。
10.制备氯气、氨气的发生装置均需要加热。
【核心梳理●明考点】
考点一 气体制备装置
1.常见气体的发生装置
(1)固体+固体气体
发生装置如图a,制备气体:O2、NH3等。
(2)固体(液体)+液体气体
发生装置如图,制备气体:Cl2、CH2==CH2等。
(3)固体+液体(不加热)――→气体
发生装置如图,制备气体:选择合适的试剂和装置能制取中学化学中常见的气体,如NH3(生石灰、浓氨水)、O2(MnO2、H2O2溶液)、Cl2(KMnO4、浓盐酸)、SO2(Na2SO3、浓硫酸)等。
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
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
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。
【考点突破●明方向】
1.(2025·河北模拟)利用下列装置可以制取并收集纯净气体(尾气处理装置省略,乙中装浓硫酸)的是( )
选项
制备气体
药品
A
NO
Cu、稀硝酸
B
SO2
饱和NaHSO3溶液、75%浓硫酸
C
H2
粗锌、稀硫酸
D
Cl2
KMnO4、浓盐酸
2.(2025·重庆一中月考)下列根据实验目的设计的装置连接中,正确的是( )
A.制备收集NH3:连接b→d→e→g
B.制备收集Cl2:连接a→f→c→e→d
C.制备收集SO2:连接b→c→g
D.制备收集H2S:连接b→c→e→d
3.(2025·海南模拟)某小组在实验室做HCl红色喷泉实验,下列原理、装置或操作错误的是( )
A.制备HCl气体
B.干燥HCl
C.收集干燥的HCl
D.启动红色喷泉
4.(2024·河北卷)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
5.(2024·浙江6月选考)下列说法不正确的是( )
A.装置①可用于铜与浓硫酸反应并检验气态产物
B.图②标识表示易燃类物质
C.装置③可用于制取并收集氨气
D.装置④可用于从碘水中萃取碘
6.(2023·天津卷)实验室制备和收集相应气体可使用下图装置的是( )
A.Fe与稀硝酸反应制NO
B.MnO2与浓盐酸共热制备Cl2
C.NaOH与浓氨水制备NH3
D.Na2SO3与浓硫酸制备SO2
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。
【考点突破●明方向】
1.某同学设计利用如图装置制备硫酸锰。
(1)盛放70%H2SO4的仪器名称是 ,其中导管a的作用是
。
(2)单向阀b的作用是 。
(3)装置Ⅱ中反应的化学方程式:
,
其中“多孔球泡”的作用是 。
(4)装置Ⅲ烧杯中的溶液是 ,倒扣漏斗的作用是 。
2.某实验小组设计如图所示装置制备焦亚硫酸钠(Na2S2O5),部分夹持装置省略。
已知:Ⅰ.Na2SO3+SO2===Na2S2O5
Ⅱ.Na2S2O5易溶于水,微溶于乙醇。性质活泼,受潮易分解,露置空气中易被氧化成硫酸钠。
(1)仪器组装结束,检查装置气密性并加入实验药品,开始实验需进行的第一步操作是 。
(2)装置Ⅱ中的试剂最好选用 ,
该装置的作用是 。
(3)装置Ⅳ用于处理尾气,可选用的合理装置为 (填字母)。
3.(2024·浙江1月选考)H2S可用于合成光电材料。某兴趣小组用CaS与MgCl2反应制备液态H2S,实验装置如图,反应方程式为CaS+MgCl2+2H2O===CaCl2+Mg(OH)2+H2S↑。
已知:①H2S的沸点是-61 ℃,有毒;
②装置A内产生的H2S气体中含有酸性气体杂质。
请回答:
(1)仪器X的名称是 。
(2)完善虚框内的装置排序:A→B→ →F→G
(3)下列干燥剂,可用于装置C中的是 。
A.氢氧化钾 B.五氧化二磷
C.氯化钙 D.碱石灰
(4)装置G中汞的两个作用是:①平衡气压;② 。
(5)下列说法正确的是 。
A.该实验操作须在通风橱中进行
B.装置D的主要作用是预冷却H2S
C.加入的MgCl2固体,可使MgCl2溶液保持饱和,有利于平稳持续产生H2S
D.该实验产生的尾气可用硝酸吸收
【真题再现●明考向】
1.(2025·河北,7)如图所示装置(加热、除杂和尾气处理装置任选)不能完成相应气体的制备和检验的是( )
A.电石与饱和NaCl溶液
B.Na2SO3固体与70%的浓H2SO4
C.大理石与稀HCl
D.Al2S3固体与水
2.(2024·重庆,6)某小组用下图中甲作为气体发生装置,其他装置根据实验需求选用(加热及夹持装置略)。下列说法错误的是( )
A.若制取NH3,则a为浓氨水,b可为氧化钙
B.若制取Cl2,则乙可盛饱和食盐水以除去HCl
C.若制取Cl2,则丙可作气体收集装置
D.若制取NH3,则丁可盛水用作尾气处理装置
1.(2024·广东卷)1810年,化学家戴维首次确认“氯气”是一种新元素组成的单质。兴趣小组利用以下装置进行实验。其中,难以达到预期目的的是( )
A
B
制备Cl2
净化、干燥Cl2
C
D
收集Cl2
验证Cl2的氧化性
2.(2024·贵州卷)下列装置不能达到实验目的的是( )
A.图①可用于实验室制NH3
B.图②可用于除去C2H2中少量的H2S
C.图③可用于分离CH2Cl2和CCl4
D.图④可用于制备明矾晶体
3.(2023·北京卷)完成下述实验,装置或试剂不正确的是( )
A.实验室制Cl2
B.实验室收集C2H4
C.验证NH3易溶于水且溶液呈碱性
D.除去CO2中混有的少量HCl
4.(2022·北京卷)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( )
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
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
【限时训练】
(60分钟)
基础落实
选择题只有1个选项符合题意
1.用下列装置制取并收集NO2气体,其中最合理的是( )
2.下列实验仪器或药品选用错误的是( )
制取并收集氨气
除去Cl2中的HCl
A
B
吸收易溶于水的气体
检查装置气密性
C
D
3.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
4.(2025·八省联考四川卷)下列装置或操作不能达到相应实验目的的是( )
A.制备干燥的NH3
B.制备无水FeCl3
C.除去CO2中
少量的HCl
D.萃取并分离溴水中的溴
5.实验室制备柠檬酸铁铵的流程如下:
FeCO3柠檬酸亚铁柠檬酸铁柠檬酸铁铵柠檬酸铁铵晶体
下列实验装置或操作不能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取FeCO3
B.用装置乙制取NH3
C.用装置丙制取氨水
D.用装置丁分离出柠檬酸铁铵晶体
6.“化学多米诺实验”是利用化学反应中气体产生的压力,使多个化学反应依次发生,装置如图所示。若在①~⑥中加入表中相应试剂,能实现“化学多米诺实验”且会使⑤中试剂褪色的是( )
选项
A
B
C
D
①中试剂
稀硫酸
浓氨水
双氧水
盐酸
②中试剂
Zn
碱石灰
MnO2
大理石
③中试剂
浓盐酸
水
饱和食盐水
浓硫酸
④中试剂
Ca(ClO)2
Al2S3
CaC2
NaCl
⑤中试剂
FeCl2溶液
酸性KMnO4溶液
浓溴水
KMnO4溶液
⑥中试剂
NaOH溶液
NaOH溶液
KMnO4溶液
水和CCl4
7.实验室常见气体制备装置及收集方法如图:
(1)实验室中可用装置a制取O2或NH3,反应的化学方程式分别为 ,
。
(2)实验室中可用装置b制到O2、NH3、Cl2、CO2、SO2、NO2等气体,则制取Cl2的化学方程式为
,
制取NO2的化学方程为 。
若利用该装置用浓氨水和NaOH固体制取NH3,其原理是
。
(3)实验室用过氧化氢溶液及少量MnO2制取O2,可选用 (填字母)装置收集O2。
能力提升
8.三氯化碘(ICl3)被广泛应用于药物合成,其熔点33 ℃、沸点77 ℃,易水解。氯气与单质碘需在温度稍低于70 ℃下反应制备ICl3。实验室制备ICl3的实验装置如图所示。
下列说法正确的是( )
A.装置甲中固体可以用二氧化锰
B.装置乙仅起到除杂的作用
C.装置丁可以采用水浴加热
D.将戊换成丙可以达到相同的效果
9.如图所示是实验室常用的气体制备、净化和收集装置。若依据反应H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O制取一氧化碳,则合理的装置组合为( )
A.①⑤⑧ B.③⑤⑦
C.②⑤⑥ D.③④⑧
10.实验室常见气体制备及收集装置如图。
(1)实验室中可用装置a制取O2或NH3,反应的化学方程式分别为 , 。
(2)实验室中可用装置b制取O2、NH3、Cl2、CO2、SO2、NO2等气体,则制取Cl2的化学方程式为 ,制取NO2的化学方程式为 。
若利用该装置用浓氨水和NaOH固体制取NH3,其原理是 。
(3)实验室用过氧化氢溶液及少量MnO2制取O2,可选用 (填字母)装置收集O2。
11.某实验小组设计制备一定量KI的实验(加热及夹持装置已省略)如下:
反应Ⅰ:3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O
反应Ⅱ:3H2S+KIO3===3S↓+KI+3H2O
(1)实验开始前,先进行装置气密性检查:将C中导管下端管口浸入液面以下,塞紧瓶塞,微热A装置,若 ,则气密性良好。
(2)在装置B中先滴入KOH溶液,待观察到三颈烧瓶中溶液颜色由 色变为 色,停止滴入KOH溶液;然后打开装置A中分液漏斗活塞,待三颈烧瓶和烧杯中产生气泡的速率接近相等时停止通气,反应完成。
(3)实验中不能用稀硝酸代替稀硫酸的根本原因是
。
(4)装置B中所得KI溶液经分离提纯后得到KI粗产品,为测定KI的纯度,称取1.0 g样品溶于水,然后用0.050 0 mol·L-1酸性KMnO4标准溶液滴定(2Mn+16H++10I-===2Mn2++5I2+8H2O),杂质不与酸性KMnO4溶液反应。平行滴定三次,滴定到终点平均消耗酸性KMnO4标准溶液20.00 mL,则样品的纯度为 (保留两位有效数字)。
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大单元三 第三单元 元素及其化合物知识的整合与提升
第1讲 常见气体的制备
【高考考向预测】
常见气体制备涵盖氧气、氢气、二氧化碳、氯气、氨气、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等气体的反应原理、发生装置、除杂、干燥、收集、验满及尾气处理,侧重装置选择、试剂搭配、操作正误判断与异常现象分析,常融合实验综合题、选择题、工艺流程题考查;近三年为高考化学实验高频考点,考频极高;预测2027年偏向结合化工情境考查混合气体制备与分离,强化非常规装置创新应用、尾气处理方案设计及实验误差分析。
【双基自测●明考向】
1.实验室制取氨气时,可选用无水氯化钙作为干燥剂。
【答案】×
【解析】氯化钙会与氨气形成络合物,不能干燥氨气,常用碱石灰。
2.收集一氧化氮气体可以采用向上排空气法。
【答案】×
【解析】NO 易与空气中氧气反应,只能用排水法收集。
3.实验室用二氧化锰和浓盐酸加热制取氯气,多余氯气可用氢氧化钠溶液吸收。
【答案】√
【解析】氯气可与 NaOH 溶液反应,能有效处理尾气。
4.制取二氧化碳时,可用稀硫酸代替稀盐酸与大理石反应。
【答案】×
【解析】生成微溶的硫酸钙,覆盖固体表面,使反应停止。
5.干燥二氧化硫气体可以使用浓硫酸。
【答案】√
【解析】二者不发生反应,浓硫酸可干燥二氧化硫。
6.用排水法收集氧气时,应先熄灭酒精灯再移出导管。
【答案】×
【解析】操作顺序颠倒会引发倒吸,需先移导管再熄灭酒精灯。
7.实验室制备氢气,可用锌粒和稀硝酸反应制取。
【答案】×
【解析】稀硝酸具有强氧化性,与金属反应不产生氢气。
8.氨气密度小于空气,可采用向下排空气法收集。
【答案】√
【解析】氨气常温下不与空气反应,且密度比空气小。
9.二氧化氮气体既可以用排水法,也可以用排空气法收集。
【答案】×
【解析】二氧化氮能与水反应,只能用向上排空气法收集。
10.制备氯气、氨气的发生装置均需要加热。
【答案】√
【解析】二氧化锰与浓盐酸制氯气、铵盐和碱制氨气,反应都需要加热。
【核心梳理●明考点】
考点一 气体制备装置
1.常见气体的发生装置
(1)固体+固体气体
发生装置如图a,制备气体:O2、NH3等。
(2)固体(液体)+液体气体
发生装置如图,制备气体:Cl2、CH2==CH2等。
(3)固体+液体(不加热)――→气体
发生装置如图,制备气体:选择合适的试剂和装置能制取中学化学中常见的气体,如NH3(生石灰、浓氨水)、O2(MnO2、H2O2溶液)、Cl2(KMnO4、浓盐酸)、SO2(Na2SO3、浓硫酸)等。
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
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
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。
【考点突破●明方向】
1.(2025·河北模拟)利用下列装置可以制取并收集纯净气体(尾气处理装置省略,乙中装浓硫酸)的是( )
选项
制备气体
药品
A
NO
Cu、稀硝酸
B
SO2
饱和NaHSO3溶液、75%浓硫酸
C
H2
粗锌、稀硫酸
D
Cl2
KMnO4、浓盐酸
【答案】C
【解析】NO不能用排空气法收集,A项不符合题意;据图可知,“控制反应”要求有块状难溶固体与液体反应,饱和NaHSO3溶液和75%浓硫酸都是液体,不能控制反应,B项不符合题意;粗锌是颗粒,与稀硫酸反应产生氢气,氢气可以用浓硫酸干燥,可用向下排空气法收集氢气,C项符合题意;浓盐酸会挥发出HCl,不能得到纯净氯气,D项不符合题意。
2.(2025·重庆一中月考)下列根据实验目的设计的装置连接中,正确的是( )
A.制备收集NH3:连接b→d→e→g
B.制备收集Cl2:连接a→f→c→e→d
C.制备收集SO2:连接b→c→g
D.制备收集H2S:连接b→c→e→d
【答案】B
【解析】实验室制备NH3,可用浓氨水和CaO固体反应:NH3·H2O+CaO===Ca(OH)2+NH3↑,浓氨水易挥发,CaO固体与水反应放出大量的热,导致温度升高,使得氨气在水中的溶解度进一步减少,以气体的形式逸出,制得氨气,不需要额外加热,可选择b装置,制得的氨气中含有水蒸气,可用碱石灰干燥,选择d装置,氨气密度比空气小,需用向下排空气法收集,所以需短管进,长管出,可选择e装置,但由于NH3极易溶于水,因此处理NH3需要防倒吸,综合可知,连接b→d→e可制备收集氨气,A错误;实验室用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下制取氯气,应该用a装置制备氯气,浓盐酸具有挥发性导致生成的氯气中含有HCl,HCl极易溶于水,NaCl溶液抑制氯气溶解,所以可以用饱和食盐水除去氯气中的HCl,应该用酸性干燥剂干燥,所以可以用浓硫酸干燥;Cl2密度大于空气,应该用向上排空气法收集,用碱性物质处理尾气,所以连接顺序是a→f→c→e→d,B正确;实验室利用亚硫酸钠固体和70%浓硫酸反应制备SO2,反应不需加热,选择b装置,SO2和H2O反应生成亚硫酸,不能用排水法收集SO2,所以g装置不合适,C错误;实验室制备H2S,利用硫化亚铁(FeS)固体和稀盐酸反应生成FeCl2和H2S,制取H2S的反应物为固体和液体,反应不需要加热,可选择b装置,但H2S具有还原性,浓硫酸具有强氧化性,两者发生氧化还原反应,所以c装置不合适,D错误。
3.(2025·海南模拟)某小组在实验室做HCl红色喷泉实验,下列原理、装置或操作错误的是( )
A.制备HCl气体
B.干燥HCl
C.收集干燥的HCl
D.启动红色喷泉
【答案】C
【解析】将浓硫酸滴入NaCl固体中,发生反应:2NaCl+H2SO4(浓)===Na2SO4+2HCl↑,反应原理为利用难挥发性酸制易挥发性酸,A正确;浓硫酸具有吸水性,且不与HCl反应,所以可使用浓硫酸干燥HCl气体,B正确;HCl的密度比空气大,则气体应短进长出,C错误;HCl溶于水后溶液显酸性,甲基橙溶液在酸性条件下变红,烧瓶内气体的压强小于大气压强,从而产生红色喷泉,D正确。
4.(2024·河北卷)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】利用固体NH4Cl和熟石灰混合加热制取氨气,需要使用固固加热制气装置;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。
5.(2024·浙江6月选考)下列说法不正确的是( )
A.装置①可用于铜与浓硫酸反应并检验气态产物
B.图②标识表示易燃类物质
C.装置③可用于制取并收集氨气
D.装置④可用于从碘水中萃取碘
【答案】C
【解析】A.铜与浓硫酸反应方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+2H2O+SO2↑,可用装置①制取,气态产物为SO2,可利用SO2的漂白性进行检验,故A正确;B.图②标识表示易燃类物质,故B正确;C.NH3的密度比空气小,应用向下排空气法进行收集,故C错误;D.萃取是利用物质在不同溶剂中溶解性的差异进行分离混合物,装置④可用于从碘水中萃取碘,故D正确。
6.(2023·天津卷)实验室制备和收集相应气体可使用下图装置的是( )
A.Fe与稀硝酸反应制NO
B.MnO2与浓盐酸共热制备Cl2
C.NaOH与浓氨水制备NH3
D.Na2SO3与浓硫酸制备SO2
【答案】D
【解析】A.NO与O2反应生成NO2,不能用排空气法收集NO,故不选A;B.二氧化锰与浓盐酸共热制备Cl2,反应需要吸热,缺少加热装置,故不选B;C.氨气的密度比空气小,需要用向下排空气法收集NH3,故不选C;D.Na2SO3与浓硫酸反应生成SO2,SO2密度比空气大,用向上排空气法收集SO2,故选D。
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。
【考点突破●明方向】
1.某同学设计利用如图装置制备硫酸锰。
(1)盛放70%H2SO4的仪器名称是 ,其中导管a的作用是
。
(2)单向阀b的作用是 。
(3)装置Ⅱ中反应的化学方程式:
,
其中“多孔球泡”的作用是 。
(4)装置Ⅲ烧杯中的溶液是 ,倒扣漏斗的作用是 。
【答案】(1)恒压滴液漏斗 平衡气压,便于硫酸顺利滴下 (2)防止倒吸 (3)SO2+MnO2===MnSO4 增大反应物的接触面积,加快反应速率,增大二氧化硫的吸收效率 (4)氢氧化钠溶液 防止倒吸
2.某实验小组设计如图所示装置制备焦亚硫酸钠(Na2S2O5),部分夹持装置省略。
已知:Ⅰ.Na2SO3+SO2===Na2S2O5
Ⅱ.Na2S2O5易溶于水,微溶于乙醇。性质活泼,受潮易分解,露置空气中易被氧化成硫酸钠。
(1)仪器组装结束,检查装置气密性并加入实验药品,开始实验需进行的第一步操作是 。
(2)装置Ⅱ中的试剂最好选用 ,
该装置的作用是 。
(3)装置Ⅳ用于处理尾气,可选用的合理装置为 (填字母)。
【答案】(1)打开装置Ⅰ的弹簧夹,通入N2排出装置中的空气,然后关闭弹簧夹 (2)饱和亚硫酸氢钠溶液 通过观察气泡调控SO2的生成速率;作安全瓶 (3)bd
3.(2024·浙江1月选考)H2S可用于合成光电材料。某兴趣小组用CaS与MgCl2反应制备液态H2S,实验装置如图,反应方程式为CaS+MgCl2+2H2O===CaCl2+Mg(OH)2+H2S↑。
已知:①H2S的沸点是-61 ℃,有毒;
②装置A内产生的H2S气体中含有酸性气体杂质。
请回答:
(1)仪器X的名称是 。
(2)完善虚框内的装置排序:A→B→ →F→G
(3)下列干燥剂,可用于装置C中的是 。
A.氢氧化钾 B.五氧化二磷
C.氯化钙 D.碱石灰
(4)装置G中汞的两个作用是:①平衡气压;② 。
(5)下列说法正确的是 。
A.该实验操作须在通风橱中进行
B.装置D的主要作用是预冷却H2S
C.加入的MgCl2固体,可使MgCl2溶液保持饱和,有利于平稳持续产生H2S
D.该实验产生的尾气可用硝酸吸收
【答案】(1)圆底烧瓶 (2)E→C→D (3)BC (4)液封 (5)ABC
【解析】A作为H2S的发生装置,为避免倒吸不能骤冷,所以D、E都是冷却H2S的装置,C装置干燥H2S,F冷却并收集H2S,G作为平衡气压和液封,防止空气中的水蒸气进入,据此回答。(1)仪器X的名称是圆底烧瓶;(2)制备气体的装置包括发生装置,除杂、干燥装置,收集装置和尾气处理,由于不能骤冷,要逐步冷却,所以B连E,E连C,C连D,D连F;(3)H2S是酸性气体,不可以用碱性干燥剂,所以不可以用氢氧化钾和碱石灰,故选BC;(4)装置G中汞的两个作用是:①平衡气压;②起液封作用,防止空气中的水蒸气进入;(5)A.H2S有毒,该实验操作须在通风橱中进行,故A正确;B.气体不能骤冷,装置D的主要作用是预冷却H2S,故B正确;C.加入的MgCl2固体,可使MgCl2溶液保持饱和,有利于平稳持续产生H2S,故C正确;D.该实验产生的尾气不可用硝酸吸收,硝酸的氧化性虽然可以把H2S氧化为S单质,但是稀硝酸产生的NO或者浓硝酸产生的NO2,会污染空气,故D错误;故选ABC。
本讲感悟
疑点:
盲点:
【真题再现●明考向】
1.(2025·河北,7)如图所示装置(加热、除杂和尾气处理装置任选)不能完成相应气体的制备和检验的是( )
A.电石与饱和NaCl溶液
B.Na2SO3固体与70%的浓H2SO4
C.大理石与稀HCl
D.Al2S3固体与水
【答案】C
【解析】电石与饱和NaCl溶液反应制备乙炔,乙炔可与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应而使酸性KMnO4溶液褪色,A不符合题意;Na2SO3固体与70%的浓H2SO4反应制备SO2,SO2可与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应而使酸性KMnO4溶液褪色,B不符合题意;大理石与稀HCl反应制备CO2,CO2不能使酸性KMnO4溶液褪色,C符合题意;Al2S3固体遇水发生水解反应生成Al(OH)3和H2S,H2S可与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应而使酸性KMnO4溶液褪色,D不符合题意。
2.(2024·重庆,6)某小组用下图中甲作为气体发生装置,其他装置根据实验需求选用(加热及夹持装置略)。下列说法错误的是( )
A.若制取NH3,则a为浓氨水,b可为氧化钙
B.若制取Cl2,则乙可盛饱和食盐水以除去HCl
C.若制取Cl2,则丙可作气体收集装置
D.若制取NH3,则丁可盛水用作尾气处理装置
【答案】D
【解析】氧化钙和水反应放出大量热,促使氨水中一水合氨分解释放出氨气,A正确;饱和食盐水能抑制氯气溶解,且能吸收HCl,B正确;氯气密度大于空气,丙中气体长进短出,可作氯气气体收集装置,C正确;氨气极易溶于水,尾气处理时丁中没有防倒吸装置,D错误。
1.(2024·广东卷)1810年,化学家戴维首次确认“氯气”是一种新元素组成的单质。兴趣小组利用以下装置进行实验。其中,难以达到预期目的的是( )
A
B
制备Cl2
净化、干燥Cl2
C
D
收集Cl2
验证Cl2的氧化性
【答案】A
【解析】A.利用浓盐酸和二氧化锰反应制氯气需要加热,图中缺少加热装置,且分液漏斗内应盛装浓盐酸,不能达到预期目的,A符合题意;B.实验室制得的氯气中有HCl杂质,可以通过饱和食盐水洗气除杂,再通过无水氯化钙干燥,可以达到净化、干燥Cl2的目的,B不符合题意;C.氯气密度大于空气,可以用向上排空气法收集,可以达到预期目的,C不符合题意;D.H2可以在氯气中安静地燃烧,产生苍白色火焰,氯气将氢气氧化,验证了氯气的氧化性,D不符合题意。
2.(2024·贵州卷)下列装置不能达到实验目的的是( )
A.图①可用于实验室制NH3
B.图②可用于除去C2H2中少量的H2S
C.图③可用于分离CH2Cl2和CCl4
D.图④可用于制备明矾晶体
【答案】C
【解析】浓氨水与生石灰反应可生成NH3,NH3的密度小于空气密度,故可采用向下排空气法收集,A能达到实验目的;CuSO4与H2S发生反应:CuSO4+H2S===CuS↓+H2SO4,乙炔不与CuSO4反应,也不溶于水,故可用CuSO4溶液除去C2H2中的H2S,B能达到实验目的;蒸馏分离CH2Cl2和CCl4时,温度计的水银球应该置于蒸馏烧瓶的支管口处,C不能达到实验目的;将小晶体置于饱和明矾溶液中,可为溶液结晶提供晶核,促使明矾晶体析出,D能达到实验目的。
3.(2023·北京卷)完成下述实验,装置或试剂不正确的是( )
A.实验室制Cl2
B.实验室收集C2H4
C.验证NH3易溶于水且溶液呈碱性
D.除去CO2中混有的少量HCl
【答案】D
【解析】A.MnO2固体加热条件下将HCl氧化为Cl2,为固液加热的反应,该装置可用于制备Cl2,A项正确;B.C2H4不溶于水,可选择排水法收集,B项正确;C.挤压胶头滴管,水进入烧瓶将NH3溶解,烧瓶中气体大量减少压强急剧降低,打开活塞水迅速被压入烧瓶中形成红色喷泉,红色喷泉证明NH3与水形成碱性物质,C项正确;D.Na2CO3与HCl、CO2发生反应,不能达到除杂的目的,应该选用饱和NaHCO3溶液,D项错误。
4.(2022·北京卷)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( )
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
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。
高考热点总结
【限时训练】
(60分钟)
基础落实
选择题只有1个选项符合题意
1.用下列装置制取并收集NO2气体,其中最合理的是( )
【答案】C
【解析】铜与浓硝酸反应的产物是NO2,其密度比空气的大,因此应利用向上排空气法收集NO2,导气管应“长进短出”,这样才能将装置中的空气排尽,且能防止倒吸,只有C项符合。
2.下列实验仪器或药品选用错误的是( )
制取并收集氨气
除去Cl2中的HCl
A
B
吸收易溶于水的气体
检查装置气密性
C
D
【答案】A
【解析】A.NH4Cl受热分解生成氨气和氯化氢,在导管口遇冷又化合生成NH4Cl,不能用加热NH4Cl的方法制取氨气,故A错误;B.除去Cl2中的HCl用饱和氯化钠溶液,导气管长进短出,故B正确;C.吸收易溶于水的气体时应注意防倒吸,球形干燥管可以起到防倒吸的作用,故C正确;D.关闭弹簧夹,从长颈漏斗向锥形瓶中加水至浸没长颈漏斗下端管口,使长颈漏斗内液面高于锥形瓶内液面,且高度差保持不变,即可证明装置气密性良好,故D正确。
3.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】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。
4.(2025·八省联考四川卷)下列装置或操作不能达到相应实验目的的是( )
A.制备干燥的NH3
B.制备无水FeCl3
C.除去CO2中
少量的HCl
D.萃取并分离溴水中的溴
【答案】B
【解析】A.浓氨水能与生石灰制备氨气,碱石灰能用于干燥碱性气体氨气,则题给装置能达到制备干燥氨气的实验目的,故A不符合题意;B.氯化铁在溶液中会水解生成氢氧化铁和盐酸,所以六水氯化铁在氮气氛围中直接加热会因氯化氢挥发使水解平衡不断右移直至趋于完全得到氢氧化铁,不能制得无水氯化铁,则题给装置不能达到制备无水氯化铁的实验目的,故B符合题意;C.氯化氢能与碳酸氢钠溶液反应生成氯化钠、二氧化碳和水,二氧化碳不溶于碳酸氢钠饱和溶液,则题给装置能达到除去二氧化碳中混有的氯化氢杂质的实验目的,故C不符合题意;D.四氯化碳不溶于水,密度比水大,能萃取溴水中的溴,则题给装置能达到萃取并分离溴水中的溴的实验目的,故D不符合题意。
5.实验室制备柠檬酸铁铵的流程如下:
FeCO3柠檬酸亚铁柠檬酸铁柠檬酸铁铵柠檬酸铁铵晶体
下列实验装置或操作不能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取FeCO3
B.用装置乙制取NH3
C.用装置丙制取氨水
D.用装置丁分离出柠檬酸铁铵晶体
【答案】B
【解析】由题给流程可知,碳酸亚铁溶于柠檬酸溶液得到柠檬酸亚铁溶液,向柠檬酸亚铁溶液中加入氧化剂,调节溶液pH,将柠檬酸亚铁转化为柠檬酸铁,向柠檬酸铁溶液中加入氨水制得柠檬酸铁铵,经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥制得柠檬酸铁铵。A项,硫酸亚铁溶液与加入的碳酸钠溶液反应生成碳酸亚铁沉淀,过滤得到废液和碳酸亚铁,A正确;B项,实验室用氯化铵和氢氧化钙加热制取氨气,氯化铵受热分解,生成的气体在试管口又生成氯化铵,不能得到氨气,B错误;C项,氨气易溶于水,所以需要有防倒吸装置,C正确;D项,最后制得的柠檬酸铁铵需要过滤得到,操作正确,D正确。
6.“化学多米诺实验”是利用化学反应中气体产生的压力,使多个化学反应依次发生,装置如图所示。若在①~⑥中加入表中相应试剂,能实现“化学多米诺实验”且会使⑤中试剂褪色的是( )
选项
A
B
C
D
①中试剂
稀硫酸
浓氨水
双氧水
盐酸
②中试剂
Zn
碱石灰
MnO2
大理石
③中试剂
浓盐酸
水
饱和食盐水
浓硫酸
④中试剂
Ca(ClO)2
Al2S3
CaC2
NaCl
⑤中试剂
FeCl2溶液
酸性KMnO4溶液
浓溴水
KMnO4溶液
⑥中试剂
NaOH溶液
NaOH溶液
KMnO4溶液
水和CCl4
【答案】C
【解析】A.稀硫酸与Zn反应生成氢气,氢气将③中浓盐酸压入④中,④中浓盐酸和Ca(ClO)2反应生成氯气,氯气进入⑤与氯化亚铁反应生成氯化铁,无法使⑤中试剂褪色,A错误;B.浓氨水和碱石灰反应生成氨气,氨气易溶于水,无法将水压入④中,B错误;C.双氧水在二氧化锰为催化剂的情况下分解生成氧气,氧气将饱和食盐水压入④中,饱和食盐水与CaC2反应生成乙炔,乙炔进入⑤中与浓溴水发生加成反应从而使浓溴水褪色,最后高锰酸钾吸收多余的乙炔,C正确;D.浓硫酸和NaCl需要加热才能反应生成HCl,因此不能使高锰酸钾溶液褪色,D错误。
7.实验室常见气体制备装置及收集方法如图:
(1)实验室中可用装置a制取O2或NH3,反应的化学方程式分别为 ,
。
(2)实验室中可用装置b制到O2、NH3、Cl2、CO2、SO2、NO2等气体,则制取Cl2的化学方程式为
,
制取NO2的化学方程为 。
若利用该装置用浓氨水和NaOH固体制取NH3,其原理是
。
(3)实验室用过氧化氢溶液及少量MnO2制取O2,可选用 (填字母)装置收集O2。
【答案】(1)2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑(或2KClO32KCl+3O2↑) Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O
(2)2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 把氨水滴加到NaOH固体上,NaOH溶于水放出热量可促进NH3·H2O的分解;NaOH溶于水电离产生的OH-促使平衡NH3+H2ONH3·H2ON+OH-逆向移动,导致放出NH3 (3)c或e
能力提升
8.三氯化碘(ICl3)被广泛应用于药物合成,其熔点33 ℃、沸点77 ℃,易水解。氯气与单质碘需在温度稍低于70 ℃下反应制备ICl3。实验室制备ICl3的实验装置如图所示。
下列说法正确的是( )
A.装置甲中固体可以用二氧化锰
B.装置乙仅起到除杂的作用
C.装置丁可以采用水浴加热
D.将戊换成丙可以达到相同的效果
【答案】C
【解析】A.装置甲为固液不加热制备氯气,二氧化锰固体和浓盐酸加热制备Cl2,故A错误;B.装置乙的作用是除去氯气中的HCl,同时可作安全瓶,以监测装置丙中是否发生堵塞,故B错误;C.装置丁碘和氯气反应生成ICl3,三氯化碘熔点为33 ℃,沸点为73 ℃,最恰当的加热方式是用水浴加热,故C正确;D.ICl3易与水发生反应,同时可能还有Cl2未反应完,所以装置戊的作用是吸收多余的Cl2、防止外界水蒸气进入丁,换成氯化钙无法吸收多余的Cl2,故D错误。
9.如图所示是实验室常用的气体制备、净化和收集装置。若依据反应H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O制取一氧化碳,则合理的装置组合为( )
A.①⑤⑧ B.③⑤⑦
C.②⑤⑥ D.③④⑧
【答案】D
【解析】由反应物的状态和反应条件可选用③装置作为制取装置。除去CO2可选用④或⑤装置,要收集CO只能用⑧装置,故合理的装置组合为③④⑧或③⑤⑧。
10.实验室常见气体制备及收集装置如图。
(1)实验室中可用装置a制取O2或NH3,反应的化学方程式分别为 , 。
(2)实验室中可用装置b制取O2、NH3、Cl2、CO2、SO2、NO2等气体,则制取Cl2的化学方程式为 ,制取NO2的化学方程式为 。
若利用该装置用浓氨水和NaOH固体制取NH3,其原理是 。
(3)实验室用过氧化氢溶液及少量MnO2制取O2,可选用 (填字母)装置收集O2。
【答案】(1)2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑(或2KClO32KCl+3O2↑)
Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O
(2)2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 把氨水滴加到NaOH固体上,NaOH溶于水放出热量可促进NH3·H2O的分解;NaOH溶于水电离产生的OH-促使平衡NH3+H2O⥫⥬NH3·H2O⥫⥬N+OH-逆向移动,导致放出NH3 (3)c(或e)
11.某实验小组设计制备一定量KI的实验(加热及夹持装置已省略)如下:
反应Ⅰ:3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O
反应Ⅱ:3H2S+KIO3===3S↓+KI+3H2O
(1)实验开始前,先进行装置气密性检查:将C中导管下端管口浸入液面以下,塞紧瓶塞,微热A装置,若 ,则气密性良好。
(2)在装置B中先滴入KOH溶液,待观察到三颈烧瓶中溶液颜色由 色变为 色,停止滴入KOH溶液;然后打开装置A中分液漏斗活塞,待三颈烧瓶和烧杯中产生气泡的速率接近相等时停止通气,反应完成。
(3)实验中不能用稀硝酸代替稀硫酸的根本原因是
。
(4)装置B中所得KI溶液经分离提纯后得到KI粗产品,为测定KI的纯度,称取1.0 g样品溶于水,然后用0.050 0 mol·L-1酸性KMnO4标准溶液滴定(2Mn+16H++10I-===2Mn2++5I2+8H2O),杂质不与酸性KMnO4溶液反应。平行滴定三次,滴定到终点平均消耗酸性KMnO4标准溶液20.00 mL,则样品的纯度为 (保留两位有效数字)。
【答案】(1)C中导管口有气泡冒出,停止加热后C中导管内形成一段水柱
(2)棕黄(或黄) 无
(3)稀HNO3具有强氧化性,无法制取H2S
(4)83%
【解析】装置B中通过发生反应Ⅰ,生成KIO3和KI,A装置通过稀硫酸与FeS反应制取H2S气体,H2S通过导管进入装置B,发生反应Ⅱ,装置C为尾气处理装置,吸收多余的H2S。(1)当微热A装置时,若装置气密性良好,则C中导管口有气泡冒出,停止加热后C中导管内形成一段水柱;(2)在装置B中先滴入KOH溶液,会发生反应:3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O,所以三颈烧瓶中溶液颜色会由棕黄色变为无色;(3)稀HNO3具有强氧化性,与FeS反应无法制取H2S,所以不能用稀硝酸代替稀硫酸;(4)根据反应的离子方程式:2Mn+16H++10I-===2Mn2++5I2+8H2O,滴定到终点时,平均消耗酸性高锰酸钾溶液为20.00 mL,即消耗的酸性高锰酸钾物质的量为0.001 mol,则样品中碘离子的物质的量为0.005 mol,样品的纯度为×100%=83%。
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