2027届高三化学一轮复习课件：8.4 以气体制备为主体的实验探究

8.4 以气体制备为主体的实验探究 2026-2027学年一轮复习 化学实验是高考命题的重中之重。其中以常见气体制备为主体的实验探究是高考的热点，具体的考查内容有: ①常见装置的连接及制备装置、收集装置的选择； ②制备气体实验装置中各仪器的作用； ③气密性检查的规范表达； ④化学实验安全防护措施； ⑤气体的性质探究； ⑥尾气吸收的处理方法等。 一、常见气体的制备原理——实验室制法 1.O2 2H2O2 2H2O + O2 ↑ 2. H2 Zn + H2SO4(稀) = ZnSO4 + H2↑ （若有盐酸则需除杂） 3.CO2 CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 ↑ + H2O（不能用硫酸） 2Na2O2+2H2O＝4NaOH＋O2↑ 4.Cl2 其他制取Cl2的原理: ①16HCl+2KMnO4==2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑ ②6HCl(浓)+KClO3==KCl+3H2O+3Cl2↑ ③4HCl+Ca(ClO)2==CaCl2+2H2O+2Cl2↑ Cl2的工业制备：氯碱工业 2NaCl+2H2O === Cl2↑+ H2↑+2NaOH 电解 一、常见气体的制备原理——实验室制法 5. NH3 或Δ 向碱石灰或氧化钙中滴加浓氨水 NH3·H2O+CaO ＝ NH3↑+Ca(OH)2 6. SO2 Na2SO3 + H2SO4(浓、70％) = Na2SO4 + SO2↑ + H2O Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2 ↑ + 2H2O 7. H2S FeS（s） + H2SO4 (稀) = FeSO4 + H2S↑ 8. NO 9.NO2 3Cu+8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 工业制法：3H2 +N2 2NH3(g) 400~500 ℃ 10 ~30 MPa 铁触媒 70％原因：硫酸浓度太大，C(H+)太少，SO2产量减少；硫酸浓度太小，SO2溶解。 一、常见气体的制备原理——实验室制法 12.C2H2的实验室制法 11.C2H4的实验室制法 10. HCl 2NaCl + H2SO4(浓) = Na2SO4 +2 HCl Δ NaCl(固)+H2SO4(浓)= NaHSO4+HCl↑ Δ 工业制法：H2 +Cl2 = 2HCl 点燃 13. CO实验室制法 14. CH4实验室制法 CH3COONa+NaOH ＝ Na2CO3+CH4↑ Δ CaO 二、以气体制备为主体的实验探究 实验室制氯气 气体的密度与溶解性 1、发生装置 类型 反应装置图 适用气体 操作注意事项 固体加热型   O2、 NH3等 ①试管要干燥； ②试管口略低于试管底； ③加热时先均匀加热再固定加热 (4)粉末状固体加热时需在试管口处塞小团棉花，防止堵塞导管，如KMnO4分解 固、液加热型 或液、液加热型   Cl2、 HCl等 ①烧瓶加热时要隔陶土网； ②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片(或沸石) （1）一般发生装置 1、发生装置 类型 反应装置图 适用气体 操作注意事项 固、液不加热型 或液、液 不加热型   H2、CO2、 SO2、 NO、 NO2等 ①使用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下； ②使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速； ③启普发生器只适用于块状固体和液体反应，且气体不溶于水。 优点：随开随用，随关随停！ 启普发生器不能加热，不能用于强烈的放热反应不能用于剧烈放出气体的反应如乙炔。 简易装置中长颈漏斗下端插入液面以下： （1）一般发生装置 1、发生装置——(2)发生装置的创新设计 ①“固(液)+液 气体”装置的创新 图A的改进优点是能控制反应液的温度。 图B的改进优点是使蒸馏烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等，便于液体顺利流下。 ②“固+固→气体”装置的创新 改进的目的:用于加热易熔化的固体物质的分解，这样可有效地防止固体熔化时造成液体的流下，如草酸晶体受热分解制取CO2气体。 1、发生装置——(2)发生装置的创新设计 ③“固+液 气体”装置的创新 2、除杂装置 （1）除杂试剂选择的依据 主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性。 （2）除杂原则 ①不损失主体气体（不能大量损失）；②不引入新的杂质气体； ③在密闭装置内进行；④先除易除的杂质气体。 （3）气体除杂的注意事项 ①需净化的气体中含有多种杂质时，除杂顺序: 一般先除去酸性气体，如氯化氢气体、CO2、SO2等，水蒸气要在最后除去。 注意：用溶液除杂时先除杂后干燥，用Δ法除杂时先除水后除杂。 ②除杂时要保证杂质完全除掉。如除CO2最好用NaOH溶液而不用Ca(OH)2溶液。 （4）物质除杂的一般思路：将杂质转化为沉淀、气体、水或主体成分 如：非金属元素常转化为气体，金属元素常转化为沉淀或主体成分 2、除杂装置 常见气体的除杂方法——洗气法、灼烧法、沉淀法 气体(杂质) 除杂试剂 化学方程式或原理 CO2(HCl) SO2(HCl) H2S(HCl) Cl2(HCl) CO2(SO2) CO2(H2S) 饱和NaHCO3溶液 HCl+NaHCO3=== NaCl+H2O+ CO2 饱和NaHSO3溶液 HCl+NaHSO3=== NaCl+H2O+ SO2 HCl+NaHS=== NaCl+H2S 饱和NaHS溶液 饱和NaHCO3溶液 SO2+2NaHCO3 === Na2SO3+ H2O+2CO2 饱和NaCl溶液 HCl极易溶于水，Cl2在饱和NaCl溶液中的溶解度小 CuSO4溶液 H2S+CuSO4 === CuS↓+H2SO4 2、除杂装置 气体(杂质) 除杂试剂 化学方程式或原理 CO2(CO) CO2(O2) N2(O2) CO(CO2) N2(NH3) O2(NH3) C2H2(H2S) CH4 (H2C == CH2、HC≡CH) 灼热CuO CO+CuO Cu+CO2 灼热铜网 2Cu+O2 2CuO NaOH浓溶液或C CO2+2NaOH === Na2CO3+H2O 浓硫酸 NH3+H2SO4=== NH4HSO4 CuSO4溶液或NaOH H2S+CuSO4 === CuS↓+H2SO4 溴水 CH2== CH2+Br2→ CH2BrCH2Br； HC≡CH+2Br2 →CHBr2—CHBr2 （5）除杂装置 2、除杂装置 冷凝除杂 杂质气体被冷却后变为液体，主要气体不变为液体 3、气体干燥装置 （1）干燥剂的类型 类型 酸性干燥剂 碱性干燥剂 中性干燥剂 常见 干燥剂 浓硫酸（液）、 P2O5、 硅胶（固）  碱石灰、生石灰 无水CaCl2 适用范围 浓硫酸：能干燥酸性气体、中性气体如Cl2、CO2、SO2、NO、HCl、O2、H2等； 不能干燥碱性、还原性气体，如：NH3 H2S HI NO2等 干燥碱性、中性气体如NH3； 不能干燥酸性气体，如Cl2、CO2、SO2、HCl 不能干燥乙醇和氨气 3、气体干燥装置 装置 洗气瓶   球形干燥管 U形管 类型 液态、长近短出 固态、大进小出 固态、两端都可以 常见 干燥剂 浓硫酸 (酸性、强氧化性) 无水氯化钙(中性) 碱石灰(碱性) （2）干燥装置 4、常见气体的收集方法 （1）一般收集方法 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，又不与水反应的气体   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 2.排液集气装置 装置Ⅰ中从a管进气b管出水，可收集难溶于水的气体，如H2、O2等。若将广口瓶中的液体更换，还可以收集以下气体: ①饱和食盐水——收集Cl2。 ②饱和NaHCO3溶液——收集CO2。 ③饱和NaHS溶液——收集H2S。 ④四氯化碳——收集HCl或NH3。 装置Ⅱ为储气式集气。气体从橡胶管进入，可将水由瓶A排入B瓶，在瓶A中收集到气体。 5、尾气处理方法 (1)原则——对有毒、有害、易燃易爆、大气污染物等气体必须用适当的方法予以吸收、点燃使之变为无毒、无害的气体，再排放到空气中。例： 方法 吸收法 用水吸收 NH3、HCl(注意防倒吸) 用烧碱溶液吸收 Cl2、HCl、H2S、SO2、NO2 用硫酸铜溶液或醋酸铅溶液吸收 H2S 点燃法 用点燃法除去 CO、H2、CH4 收集法 用收集法处理 NO(或与氧气混合后 通入NaOH溶液)、CO、H2、CH4 5、尾气处理方法 (2)防倒吸——当气体极易溶且溶解速率很快时，要防倒吸 如 NH3、HCl、SO2 肚容式 倒扣漏斗式 安全瓶式 分液式 悬空式 三、常见气体制备及性质探究的仪器连接 1.气体制备 例：Cl2的实验室制备 三、常见气体制备及性质探究的仪器连接 （2）气体制备 例：制备FeCl3或AlCl3固体（易潮解、易升华）时，可将收集Cl2的装置改为“硬质玻璃管并加热”，同时在尾气处理装置前加一个干燥装置。 饱和食盐水 浓硫酸 三、常见气体制备及性质探究的仪器连接 （3）气体制备及性质探究的仪器连接 例：SO2的实验室制备系统 性质探究 例：乙烯的实验室制备系统 例：乙炔的实验室制备系统 例：氨气的实验室制备系统 1．下列说法正确的是 (　 ) A．装置①可用于制取并收集氨气 B．装置②使用电石和饱和食盐水制备C2H2 C．装置③用于二氧化锰和浓盐酸反应制氯气 D．装置④收集NO 全训题点考法 √ 2．(2023·北京卷)完成下述实验，装置或试剂不正确的是 (　 ) √ 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 (　 )   气体 试剂 制备装置 收集方法 A O2 KMnO4 a d B H2 Zn+稀H2SO4 b e C NO Cu+稀HNO3 b c D CO2 石灰石+稀H2SO4 b c √ 4.根据实验目的设计如下装置的连接中，正确的是 (　 ) A．制备收集HCl：连接a→c→g B．制备收集NO：连接b→c→e→d C．制备收集NH3：连接b→d→e→c D．制备收集Cl2：连接a→f→c→e→d √ 5.某同学想要用如图装置制备氨气并验证氨气的某些化学性质，其设计具有合理性的部分是 (　 ) A．用装置甲制取氨气 B．用装置乙干燥氨气 C．用装置丙验证氨气具有还原性 D．用装置丁可以防倒吸 √ 6．下列装置的作用正确的是 (　 ) A．装置①干燥NH3 B．装置②干燥H2 C．装置③吸收尾气中的Cl2 D．装置④除去CO2中混有的少量HCl √ 7.实验室用MnO2和浓盐酸反应生成Cl2后，按照净化、收集、性质检验及尾气处理的顺序进行实验。下列装置(“→”表示气流方向)不能达到实验目的的是 (　 ) √ 8.实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示(省略了净化装置)。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中收集的气体 d中的物质 A 浓氨水 CaO NH3 H2O B 浓硫酸 Na2SO3 SO2 NaOH溶液 C 浓硝酸 Cu NO2 H2O D 浓盐酸 MnO2 Cl2 NaOH溶液 √ 四、气密性检查的规范表达 方法 微热法 液差法 外压法 原理 升高烧瓶中气体的温度，使气体膨胀 增大压强，缩小试管中气体的体积 增大或减小试管中气体的物质的量 图例       具体 操作 塞紧橡胶塞，将导气管末端插入盛有水的烧杯中，用手捂热(或用酒精灯微热)烧杯 塞紧橡胶塞，用止水夹夹住导气管的橡胶管部分，从长颈漏斗向试管中注水 塞紧橡胶塞，打开止水夹，推动或拉动注射器 现象 说明 烧杯中有气泡产生，停止微热，冷却后导气管末端形成一段水柱，且保持一段时间水柱不下降 注水后长颈漏斗中的液面高于试管中的液面(如图所示)，且保持一段时间液面差不会改变 推动注射器之后导管中出现一段液柱，且液面差不改变；拉动注射器后试管中产生气泡 四、气密性检查的规范表达 其他 方法 连接好仪器，向乙管中注入适量水，使乙管液面高于甲管液面。 静置片刻，若液面保持不变，证明装置不漏气，反之则漏气 五、化学实验安全防护措施 1．化学药品安全使用标识 2．实验意外的预防 防爆炸 点燃可燃气体(如H2、CO、CH4、C2H2、C2H4等)或用CO、H2还原Fe2O3、CuO之前，要检验气体纯度 防暴沸 配制硫酸的水溶液或硫酸的酒精溶液时，要将密度大的浓硫酸缓慢倒入水或酒精中；加热液体混合物时要加沸石(或碎瓷片) 防失火 实验室中的可燃物质一定要远离火源 五、化学实验安全防护措施 2．实验意外的预防 防中毒 化学药品可通过呼吸道、消化道、五官以及皮肤的伤口侵入人体引起中毒，实验中应注意采取合理的措施，尽量在通风处进行。如制取有毒气体(如Cl2、CO、SO2、H2S、NO2、NO)时，应在通风橱中进行 防倒吸 加热法制取并用排水法收集气体或吸收溶解度较大气体时，要注意熄灯顺序或加装安全瓶 防堵塞 如加热KMnO4制O2，细小的KMnO4粉末可能引起导管堵塞，要在试管口放一团棉花  防泄漏 防气体泄漏主要是检查装置的气密性；防液体泄漏主要是检查滴定管、分液漏斗、容量瓶等是否漏水及其处理 五、化学实验安全防护措施 3．意外事故的处理 化学药品很多是有毒或有腐蚀性的，不能用手接触药品，不要把鼻孔凑到容器口去闻药品(尤其是气体)的气味，不得品尝任何药品的味道。误食重金属盐中毒，应立即服食大量的鲜牛奶、豆浆或鸡蛋清。物品着火时，应冷静判断情况，根据不同药品着火的情况，选用适当措施灭火。 金属钠、钾起火 用沙土盖灭 酒精灯不慎碰倒起火 用湿抹布盖灭 浓碱沾到皮肤上 用大量水冲洗，再涂硼酸 浓硫酸沾到皮肤上 先用干布拭去，再用大量水冲洗，涂NaHCO3溶液 浓溴沾到皮肤上 用酒精擦洗 不慎将酸溅到眼中 用大量水冲洗，边洗边眨眼睛 重金属盐中毒 喝大量豆浆、牛奶，并及时送医院 水银洒在桌面上 用硫粉覆盖，或用胶头滴管吸回试剂瓶 1.(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 √ 2.(2025·河北卷)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溶液 C.大理石与稀HCl溶液 D.Al2S3固体与水 √ 3.(2024·湖北卷)碱金属的液氨溶液含有的蓝色溶剂化电子[e(NH3)n]-是强还原剂。锂与液氨反应的装置如图所示(夹持装置略)。下列说法错误的是 (　　) A.碱石灰有利于NH3逸出 B.锂片必须打磨出新鲜表面 C.干燥管中均可选用P2O5 D.双口烧瓶中发生的变化是Li+nNH3==Li++[e(NH3)n]- √ 解析:碱石灰吸水放热，有利于NH3逸出，A正确；锂易与空气中的氧气等反应在表面形成氧化膜，故锂片使用前必须打磨，B正确；P2O5不能用于干燥氨气，C错误；氨气在双口烧瓶中冷却变为液氨，由题给条件可知，Li与液氨反应产生[e(NH3)n]-，由原子守恒及电荷守恒可得反应的方程式:Li+nNH3== Li++[e(NH3)n]-，D正确。 4.(2023·山东卷·节选)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8 ℃，熔点为-126.5 ℃，易水解。实验室根据反应Si+3HCl SiHCl3+H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题: (1)制备SiHCl3时进行操作:(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为___________ _______________；判断制备反应结束的实验现象是________________________ _____________。图示装置存在的两处缺陷是_______________________________ _______________________。  组装仪器并 管式炉中固体消失、 检查装置气密性 C和D之间缺少吸水装置，　 蒸馏烧　 瓶中无液体滴下 没有处理氢气的装置　 (2)已知电负性:Cl>H>Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为__________________________________________。  解析:已知电负性Cl>H>Si，则SiHCl3中Cl、H为-1价，Si为+4价，SiHCl3在浓NaOH溶液中反应生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平化学方程式为SiHCl3+5NaOH==Na2SiO3+H2↑+3NaCl+2H2O。 SiHCl3+5NaOH==Na2SiO3+H2↑+3NaCl+2H2O [典例]　煤的化学活性是评价煤气化或燃烧性能的一项重要指标，可用与焦炭(由煤样制得)反应的CO2的转化率α来表示。研究小组设计测定α的实验装置如下: (1)装置Ⅰ中，仪器a的名称是_________；b中除去的物质是____ (填化学式)。  分液漏斗 HCl [解析]　装置Ⅰ中仪器a是分液漏斗；稀盐酸与碳酸钙反应生成二氧化碳、氯化钙和水，由于盐酸易挥发，故制得的二氧化碳中含有氯化氢气体，碳酸氢钠能与氯化氢反应，故b中除去的物质是HCl。 (2)①将煤样隔绝空气在900 ℃ F加热1小时得焦炭，该过程称为______。  ②装置Ⅱ中，高温下发生反应的化学方程式为_________________。  干馏 C+CO2 2CO (3)装置Ⅲ中，先通入适量的气体X，再通入足量Ar气。若气体X被完全吸收，则可依据d和e中分别生成的固体质量计算α。 ①d中的现象是_________________。 ②e中生成的固体为Ag，反应的化学方程式为__________________________ _______________________。  ③d和e的连接顺序颠倒后将造成α______ (填“偏大”“偏小”或“不变”)。  有白色沉淀生成 CO+2[Ag(NH3)2]OH== (NH4)2CO3+2Ag↓+2NH3 偏大 迁移应用 2.(2026·长沙市一模)下列实验装置进行相应实验，设计正确且能达到实验目的的是 (　　) 解析:NO2与H2O反应生成NO，引入杂质NO，A错误；浓H2SO4溶液与Cu需加热才反应生成SO2，B错误；制NaHCO3时应将CO2通入溶有NH3的饱和食盐水中，D错误。 √ 3.钯(Pd)是贵金属元素之一，其在氢能领域的应用被确定为全球新的优先研究领域。某化学兴趣小组同学利用CO和PdCl2反应制取Pd，并测定PdCl2中Pd的含量，实验装置如图所示(部分仪器省略)。回答下列问题。 已知:①甲酸为无色易挥发的液体； ②A的三颈烧瓶中反应的化学方程式为HCOOH CO↑+H2O。 (1)仪器X的名称为_______________，与普通的分液漏斗相比，该仪器的优点为___________________________。  (2)装入试剂前，应先___________________；实验中浓硫酸除作催化剂外，还起_________的作用。  恒压滴液漏斗 平衡压强，使液体顺利滴下 检查装置的气密性 脱水剂 (3)B中NaOH溶液的作用为______________________________，写出NaOH 的电子式：_______________。  (4)C中产生黑色粉末状沉淀，且溶液的pH减小，则C中发生反应的离子方程式为______________________________。  除去挥发出的甲酸(或酸性物质) Na+[︰︰H]- CO+Pd2++H2O==CO2+Pd↓+2H+ (5)某同学指出该实验存在缺陷，改进措施为在上述装置末端连接________（填字母）装置。  解析:CO为污染性气体，该实验的缺陷为无尾气处理装置，改进措施为在题述装置末端连接b或c装置。 b或c $