内容正文:
实验微专题1 气体的制备与跨学科实践
课标要求
1.理解实验室制取氧气、二氧化碳、氢气的原理。
2.学会运用简单的装置和方法制备、收集、检验气体。
3.能用口头、书面的形式明确地表述过程和结果,并与他人交流讨论。
知识网络
1.气体制备的基本流程
确定反应原理、选择药品 → 确定发生装置 → 净化装置 → 收集装置 → 尾气处理装置。
2.跨学科实践
(1)基于特定需求设计和制作简易供氧器;
(2)基于碳中和理念设计低碳行动方案。
考点突破
考
点
1
常见气体(O2、CO2、H2)的制取及净化
一、气体制取的反应原理(书写下列反应的化学方程式)
1.加热高锰酸钾制取氧气: ;
2.分解过氧化氢制取氧气: ;
3.实验室用大理石和稀盐酸制取CO2: ;
4.实验室用锌粒与稀硫酸制取H2: 。
[交流讨论]
1.实验室制取CO2药品的选择:
(1)不能用浓盐酸代替稀盐酸,原因是浓盐酸易 ,生成的二氧化碳中会混有氯化氢气体,使制得的气体不纯。
(2) (填“能”或“不能”)用稀硫酸代替稀盐酸,原因是
。
(3) (填“能”或“不能”)用碳酸钠(或碳酸钾)代替大理石(或石灰石),原因是粉末状固体与稀盐酸接触面积大,反应剧烈,不利于反应的控制和气体的收集。
二、制取气体的装置
1.装置的类型及操作注意事项
装置
类型
发生装置
收集装置
固固加热型
固液无需加热型
排水法
向上排空气法
向下排空气法
装置
示意
图
选择
依据
反应物为固体,反应需
反应物为 ,反应无需加热
气体难(或不或不易)溶于水,且不与水发生反应
气体的密度比空气 ,且不与空气的成分发生反应
气体的密度比空气 ,且不与空气的成分发生反应
操作
注意
事项
①试管口应略向下 ;
②导管不能伸入试管中太长;
③若该装置用于加热高锰酸钾制取氧气,还需在试管口塞一团
①长颈漏斗的下端管口必须 ;
②块状固体大小应适当,不能过碎,防止反应剧烈,不易控制
①集气瓶要充满水;
②导管口有气泡冒出时,不应立即收集,当观察到导管口 开始收集
导管伸到接近集气瓶 ,同时应在瓶口盖上
2.发生装置气密性检查的操作
(1)试管作反应容器的装置气密性检查(装置如右图):
。
(2)锥形瓶作反应容器的装置气密性检查(装置如右图):
①图1装置:用弹簧夹夹住橡胶管,向长颈漏斗内注水至形成一段水柱,静置,若 ,则装置气密性良好;
②图2装置:向长颈漏斗内注水至液封下端,橡胶管连接上注射器,向外缓慢地拉注射器活塞,若 ,则装置气密性良好。
3.固液常温型制气装置的对比分析
(1)装置①的优点: 。
(2)装置②③④⑤的共同优点:都能便于添加 (填“固体”或“液体”)药品。
(3)装置③和④还有的优点:能控制 ,获得平稳气流。
(4)装置⑤还有的优点:能控制 ,可节约药品。类似功能的还有如下装置:
4.气体的净化与干燥装置
装置
净化
(1)若图A中盛放的试剂为 溶液,可除去CO2、HCl、H2S等气体;若图A中盛放的试剂为 溶液,可除去CO2中的HCl。
(2)若图B或C中盛放的固体为碱石灰(NaOH与CaO固体混合物),可除去CO2、HCl、H2S等气体。
(3)若图D中盛放灼热的氧化铜,可除去H2等气体;若图D中盛放灼热的铜网,可除去O2。
干燥
(4)若图A中盛放的试剂为 ,可干燥H2、O2、CO2等气体,不可干燥的气体为NH3。
(5)若图B或C中盛放的固体为碱石灰,可干燥H2、O2、N2等气体,不可干燥的气体为CO2、SO2、HCl等;若图B或图C中盛放的固体为无水氯化钙,不能干燥NH3。
注意
事项
检验、净化顺序:先净化后收集,先验水后验其他,先除杂后干燥。
【例1】(2025·广东)CO2的制取及性质
(1)制取CO2组装一套便于添加稀盐酸的发生装置,需用到下图中的仪器有 (填字母)。
(2)性质实验
操作
现象
性质
X为澄清石灰水时,现象为
CO2能与石灰水反应
X为 时,现象为
CO2能与水反应生成酸性物质
低处的蜡烛先熄灭,高处的蜡烛后熄灭
;CO2不燃烧,也不支持燃烧
解题指引:
(1)发生装置的必要组合为反应容器(d)、带导管的胶塞(a或b)。组装发生装置时可根据实验要求添加其他辅助仪器。因反应无需加热,所以不用酒精灯,但要求便于添加稀盐酸,需使用到长颈漏斗,故需选择带导管的双孔胶塞。
(2)CO2能使澄清石灰水变浑浊;紫色石蕊溶液遇酸性物质变成红色;低处的蜡烛先熄灭,反映了CO2密度比空气大的物理性质,不可燃烧与不支持燃烧的化学性质。
变式练习
1.(2026·扬州)实验室模拟超细碳酸钙的制备及测定。
(1)制备CO2。用石灰石和稀盐酸制备CO2:
①反应的化学方程式为 。
②下列装置中(如图1所示),仪器M的名称为 ,制备CO2时应选用的装置是 (填字母)。
(2)制备超细碳酸钙。利用硫酸钙(CaSO4)悬浊液、氨水(NH3·H2O)和CO2制备碳酸钙,发生反应2NH3·H2O+CO2+CaSO4CaCO3+(NH4)2SO4+H2O。
①硫酸钙微溶于水。配制硫酸钙悬浊液时,需持续搅拌,目的是
。
②已知CO2在水中的溶解度较小,易被氨水吸收。制备碳酸钙时,向硫酸钙悬浊液中加入氨水和CO2的合理顺序是 (填字母)。
A.先通入CO2,再加入氨水 B.先加入氨水,再通入CO2
(3)碳酸钙样品成分测定。某碳酸钙样品含有少量添加成分,为分析样品的成分,取一定量的样品和纯净的CaCO3固体,分别加热,测定两种物质在温度升高时的质量变化,得到其残留率(残留率=×100%)随温度的变化如图2所示。
①表示纯净的CaCO3固体在温度升高时残留率变化的曲线为 (填“a”或“b”)。
②曲线a在260~400 ℃时残留率下降,原因是 。
2.按实验要求完善装置图或补充必要有试剂药品。
实验
要求
使用向上排空气法收集O2
除去混杂在CO2中的HCl和水蒸气
除去混杂在CO中的CO2,并收集CO
实验
装置
3.(2026·陕西)如图甲是实验室制取氧气的实验装置,乙是某学习小组设计的自制简易供氧器。
(1)写出标有字母a的仪器的名称: 。
(2)甲、乙中制取氧气的化学反应方程式是 。
(3)甲中实验时长颈漏斗必须伸入液面以下的目的是 。
(4)乙中为了便于观察氧气的流速以增加吸氧的安全性,塑料吸管需要伸入液体X中,X应该是 。
考
点
2
多功能瓶的使用
易错易混提醒:
1. 收集气体(图1)
(1)收集密度比空气大的气体,如收集二氧化碳应从 (填“a”或“b”,下同)端通入。
(2)收集密度比空气小的气体,如收集氢气应从 端通入。
(3)用排水法收集气体(装置中装满水),如收集氧气应从 端通入。
2.气体的检验、干燥或净化(图2)
(1)检验二氧化碳,装置中盛放的试剂为 (填药品名称,下同),气体应该从 (填“c”或“d”,下同)端通入。
(2)干燥氧气或二氧化碳,装置中盛放的试剂为 ,气体应从 端通入。
(3)除去二氧化碳中的氯化氢,装置中装入的试剂为 ,气体应从 端通入。
(4)除去一氧化碳中的二氧化碳,装置中装入的试剂为 ,气体应从 端通入。
3.测定气体体积(图3)
收集一定体积的二氧化碳,需先加入水再加入少量植物油,其中植物油的作用是 ,该装置的 (填“e”或“f”)端连接量筒。
4.除杂并收集到气体(图4)
集气瓶中装满氢氧化钠溶液,除去CO中混有的CO2,可以收集到的气体是 。
【例2】同学们利用装修后剩下的大理石碎片进行相关实验。
A B C D
(1)一位同学设计了装置A制取CO2,该装置穿过橡胶塞的粗铜丝可以上下移动,该装置的优点是 ,大理石碎片应放在 中,A中反应的化学方程式为 。根据气体制备的一般原则,A中的粗铜丝能否用铁丝代替? (填“能”或“不能”),原因是 。
(2)如用装置B干燥CO2,则B中所盛干燥剂是 ,若用A和B装置来验证二氧化碳的性质,B中盛放澄清的石灰水,实验过程中观察到B中有气泡冒出,但澄清的石灰水未变浑浊,试分析其可能的原因 。
(3)如用装置C收集CO2,则CO2应从 (填字母)端口通入。
(4)装置D用于通入CO2将水压入量筒中以测量收集的CO2的体积,植物油的作用是 。若D中液体未装满,对收集气体的体积的测量有无影响? (填“有”或“无”)。
解题指引:
多功能瓶收集气体时遵循“上轻下重”的原则。装置正放,用排空气法收集密度比空气大的气体,气体从长管导入(“下重”),密度比空气小的气体从短管进(“上轻”);排水法收集时,气体从短管导入(“上轻”)。若装置倒放,用排空气法收集密度比空气大的气体,从短管导入(“下重”),密度比空气小的气体从长管导入(“上轻”);排水法收集时,从长管导入(“上轻”)。
变式练习
4.(2026·长沙模拟改编)功能瓶是一个由导管、胶塞、集气瓶组成的装置,因用途广、使用方便被称为多功能瓶。如图实验利用多功能瓶可以达到目的的是( )
A.收集H2 B.检验CO2 C.除去NH3中水分 D.收集O2
5.(2026·大庆)如图是实验室制取气体的几种常用装置,请回答下列问题:
(1)写出图中标号①仪器的名称 。
(2)实验室用过氧化氢溶液与二氧化锰制氧气,为了控制反应速率,应选用的发生装置为 (填字母)。
(3)实验室用高锰酸钾制氧气的化学方程式为 ,用装置D收集氧气,验满的方法为 。
(4)甲烷是天然气的主要成分,若用E收集甲烷,气体的进气口为 (填“c”或“d”)。
考
点
3
补画装置图
图示
补画
要点
长颈漏斗末端伸入液面以下,形成液封
①收集密度比空气小的气体;
②导管伸至集气瓶底部
①收集密度比空气大的气体;
②导管伸至集气瓶底部
收集密度比空气大的气体,应长进短出
收集密度比空气小的气体,应短进长出
排水法收集气体,应短进长出
检验、干燥或除去杂质气体,应长进短出
【例3】下图是以锌粒和稀硫酸反应制备H2,并用排水法收集。请把图补画完整。
解题指引:
画图时注意长颈漏斗下端要浸入液面以下,排水法收集气体,气体从短管进,水从长管排出。
变式练习
6.氢化钙(CaH2)常温下能与水反应生成H2,是野外工作人员便携燃料的来源。课外小组同学利用锌与稀盐酸反应产生的H2与金属钙反应制取CaH2(如图)。请回答:
(1)写出锌与盐酸反应的化学方程式 。氢气中混有的杂质可能是 、 等。
(2)洗气瓶中m、n依次应选下列试剂的 、 (填序号)。
Ⅰ.NaHCO3溶液 Ⅱ.NaOH溶液 Ⅲ.浓硫酸
(3)为防止钙被氧化,在加热钙之前必须进行的操作是 。
(4)为防止空气中的O2、CO2、水蒸气与玻璃管中Ca或CaH2反应,必须在导管末端再连接的装置是 。
直击中考
1.(2024·广东)【基础实验与跨学科实践】
(1)实验室制取O2及性质检验
Ⅰ.图1中仪器a的名称是 。
Ⅱ.用高锰酸钾制取O2,应选择图1中的发生装置 (填字母),化学方程式为 。
Ⅲ.收集一瓶O2并进行性质检验。
操作
现象
结论
硫燃烧时, (填字母),生成刺激性气味的气体
a.产生大量白烟
b.生成黑色固体
c.发出蓝紫色火焰
O2只有氧化性
集气瓶中NaOH溶液的作用是
(2)制作氧自救呼吸器
查阅资料:超氧化钾(KO2)为黄色固体,可分别与CO2、H2O反应生成O2和白色固体,产氧效率高,适合作生氧剂。
原理分析:4KO2+2CO2 2K2CO3+3O2,4KO2+2H2O 4X+3O2↑,则X的化学式为 。
动手实践:设计并制作氧自救呼吸器,如图2所示。使用一段时间后,观察到生氧剂由 (填颜色变化)时,则基本失效。
2.(2026·安徽)小明和小安同学在实验室选用下列装置制取并收集氧气。
回答下列问题:
Ⅰ.小明同学使用H2O2溶液进行实验。
(1)仪器①的名称是 。
(2)反应的化学方程式为 。
Ⅱ.小安同学使用KMnO4固体进行实验。
(3)在实验方案中,下列图标需要标注的是 (填字母序号,下同)。
(4)向试管中加入KMnO4正确的操作是 。
(5)氧气收集完毕,将导管从水槽中取出,再熄灭酒精灯的原因是
。
3.(2025·广州改编)学习小组开展跨学科实践活动,设计装置利用H2和O2模拟工业制备H2O2,再制备供氧剂CaO2用于水产养殖。
Ⅰ.H2和O2的实验室制取
(1)仪器a的名称是 。
(2)实验室利用锌粒和稀硫酸反应制取并收集H2,需选用的装置分别是 (填标号)。利用装置C干燥H2,可加入的试剂是 (填名称)。
(3)利用KMnO4分解制取O2,反应的化学方程式为 。
Ⅱ.设计装置模拟工业制备H2O2。反应过程分两步进行,流程和部分装置如下:
(4)关闭K2,打开K1,利用上述装置进行反应①。加热前需先通一段时间H2,以排尽装置内的空气,原因是 。检验装置内空气已排尽的操作和现象是 。
Ⅲ.制备供氧剂用于水产养殖
查阅资料后动手实践:往CaCl2溶液中通入足量NH3后加入H2O2溶液,保持 0~5 ℃充分反应,过滤、水洗并烘干后得到CaO2。
(5)原理分析:补充完整制备CaO2的化学方程式CaCl2+2NH3+H2O2 CaO2↓+2 。
(6)供氧剂使用:水产养殖中,CaO2与水缓慢反应释放出O2为鱼类供氧,反应的另一产物属于微溶于水的碱,该产物的化学式为 。
4.(2026·绥化)根据如图所示装置,回答下列问题。
(1)写出仪器①的名称 。
(2)A装置中,试剂要平铺在试管底部,目的是 。
(3)选用A装置作为实验室制取氧气的发生装置,写出该反应的化学方程式 ,反应的基本类型是 。若选用C装置收集氧气,判断氧气已经收集满的现象是 。
(4)实验室要制取纯净、干燥的二氧化碳气体,选用的装置依次为 。
(5)长途运输鱼时使用过氧化钙(CaO2)作供氧剂,查阅资料可知,过氧化钙与水反应生成氧气和一种碱,写出该反应的化学方程式 。
(6)实验室可以选用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气,为了验证CaO2是否也适用于实验室制取氧气,化学兴趣小组设计了如下实验。
取适量CaO2放入大试管中,注入足量水,发现固体表面有细小的气泡产生,连接集气瓶,第二天瓶内收集到少量气体,振荡后仍有少量气泡产生,据此同学们认为CaO2不适合用于实验室制取氧气,知道了CaO2适合作供氧剂的原因是 。
5.(2026·遂宁)我国在联合国大会上承诺:努力争取2060年前实现“碳中和”——CO2排放量和转化量相等,为人类社会可持续发展贡献中国力量。
Ⅰ.了解二氧化碳排放
CO2排放量增加可能会导致大气温室效应加剧,引发全球气候变化。
Ⅱ.制备CO2
根据下列实验装置图,回答问题:
(1)仪器①的名称是 。
(2)实验室用C装置收集CO2时,气体应从 端通入(填“a”或“b”),写出实验室制取CO2的化学方程式 。
(3)若用装置B作为CO2制取的发生装置,除了废物利用的优点外,请再写出一个优点 。
Ⅲ.低碳行动方案
(4)全面推进美丽中国建设,倡导“低碳”生活,应从生活中的点滴做起。下列做法符合“低碳”理念的是 (填字母)。
A.双面使用纸张 B.多乘公交车出行 C.多用一次性餐具
6.(2026·石狮模拟)某小组以“气体制备”为主题开展了项目式学习活动。
Ⅰ.基础实验:二氧化碳的制取及多功能瓶的应用探究。
A B C D
请回答下列问题:
(1)在固液不加热条件下制备气体的发生装置中,B装置中的注射器相当于 (填仪器名称)。使用B、C装置组合可制取CO2,其反应的化学方程式为 。与A装置相比,B装置的优点是 。
(2)将气体从m口通入C装置,能进行许多实验。下列实验不能达到预期目的的是 (填序号)。
①收集CO2
②C中盛澄清石灰水,检验CO2
③C中盛满水,n口连接量筒,测CO2的体积
Ⅱ.跨学科实践
某项目小组设计了两个简易制氧装置,分别为图E和图F。
【查阅资料】过碳酸钠加水溶解会分解生成Na2CO3和H2O2;Na2CO3易溶于水。
【进行实验】
(3)在如图E左瓶中依次加入适量水、过碳酸钠和二氧化锰,观察到瓶中的黑色粉末翻腾、液体浑浊,瓶壁温热。右瓶水中导管口有气泡冒出。产生氧气的化学方程式为 。
【实验评价】
(4)图E右瓶中水的作用是 。
(5)图F有两个饮料瓶甲和乙,瓶中液体高度如图所示。其中一个瓶放入制氧剂后产生氧气,然后氧气从另一个瓶排出。其中 (填“甲”或“乙”)瓶为制氧瓶。
【选择制氧剂】市售制氧机一般以过氧化氢溶液或过碳酸钠固体为原料。为比较两种制氧剂效率该小组利用图E装置进行实验,并记录不同时间内所得氧气的体积得到图G。
(6)结合图G,分析该小组选用过碳酸钠固体作为便携式制氧机制氧剂的理由是 。
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实验微专题1 气体的制备与跨学科实践
考点突破
考点1 常见气体(O2、CO2、H2)的制取及净化
一、1.2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑
2.2H2O2 2H2O+O2↑
3.CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑
4.Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑
【交流讨论】
1.(1)挥发
(2)不能 稀硫酸与碳酸钙反应生成微溶的硫酸钙覆盖在块状大理石表面,会阻止反应的进一步进行
(3)不能
二、1.加热 固体和液体 大 小 倾斜
棉花 液封 有气泡连续均匀地冒出时
瓶底 毛玻璃
2.(1)将导管的一端放入水中,用手紧握试管,若导管口有气泡冒出,松手后导管口处形成一段稳定的水柱,则装置气密性良好
(2)①水柱高度不变(或形成稳定的液面差)
②长颈漏斗下端出现气泡
3.(1)装置简单,操作方便 (2)液体
(3)化学反应速率 (4)反应的发生与停止
4.(1)氢氧化钠 饱和碳酸氢钠
(4)浓硫酸
【例1】(1)ade
(2)澄清石灰水变浑浊 紫色石蕊试液 紫色石蕊试液变红 CO2的密度比空气大
【变式练习】
1.(1)①CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
②漏斗 C
(2)① 使硫酸钙均匀地分散在水中,从而形成相对稳定的悬浊液 ②B
(3)①b ②残留在碳酸钙表面的铵盐受热分解
2.
3.(1)集气瓶 (2)2H2O22H2O+O2↑
(3)防止生成的气体从长颈漏斗逸出 (4)水
考点2 多功能瓶的使用
易错易混提醒
1.(1)a (2)b (3)b
2.(1)澄清石灰水 c (2)浓硫酸 c
(3)饱和碳酸氢钠溶液 c
(4)氢氧化钠溶液 c
3.防止二氧化碳溶于水或与水反应 f
4.CO
【例2】(1)可以随时控制反应的发生与停止
有孔塑料瓶 CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑ 不能 铁与盐酸能反应生成H2,制得的CO2中混入H2而不纯
(2)浓硫酸 所用盐酸浓度太大,挥发出的氯化氢气体混入CO2中(或澄清的石灰水已变质)
(3)c (4)隔离CO2与H2O,防止因CO2溶于水并与水反应而使测量结果不准确 无
【变式练习】
4.D
5.(1)酒精灯 (2)C
(3)2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
将带火星的木条放在b端导管处,若木条复燃,说明已集满 (4)d
考点3 补画装置图
易错易混提醒:补画有关多功能瓶的装置图时,应注意短管刚露出橡胶塞即可,长管应伸至多功能瓶底部。
【例3】
【变式练习】
6.(1)Zn+2HCl ZnCl2+H2↑ H2O HCl
(2)Ⅱ Ⅲ
(3)先通一段时间的氮气,排出装置中的空气
(4)装有碱石灰、铁粉的球形干燥管
直击中考
1.(1)Ⅰ.锥形瓶
Ⅱ.A 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑
Ⅲ.c 吸收反应生成的二氧化硫,防止其污染空气
(2)KOH 黄色变为白色
2.(1)长颈漏斗
(2)2H2O22H2O+O2↑ (3)b
(4) bc (5)防止水槽中的水倒吸入试管,使试管因骤然冷却而炸裂
3.(1)长颈漏斗 (2)AE 浓硫酸
(3)2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑
(4)氢气和空气混合加热时可能会发生爆炸 用向下排空气法收集一试管氢气,用拇指堵住管口,管口朝下,立即移近酒精灯火焰,听到“噗”的声音
(5)NH4Cl (6)Ca(OH)2
4.(1)长颈漏斗 (2) 增大试剂受热面积,使其受热均匀
(3)2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ 分解反应 集气瓶口有大气泡冒出
(4)BGFD
(5)2CaO2+2H2O2Ca(OH)2+O2↑
(6)与水反应速率较慢、持续时间长或与水反应能够持续缓慢地放出氧气
5.(1)铁架台 (2)a CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
(3)可以控制反应的发生和停止 (4)AB
6.(1)分液漏斗 CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑ 可以控制反应速率
(2)③ (3)2H2O22H2O+O2↑
(4)湿润氧气 (5)乙
(6)过碳酸钠固体制氧效率更高,固体比液体便于携带
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