第四章 专题讲座二
1.气体制备实验的基本思路
2.重要气体的发生装置
依据制备气体所需的反应物状态和反应条件,可将制备气体的发生装置分为三类:
(1)固体+固体――→气体
发生装置:
制备气体:O2、NH3、CH4等。
(2)固体+液体或液体+液体――→气体
发生装置:
△△
制备气体:Cl2、C2H4等。
(3)固体+液体(不加热)―→气体
发生装置:
制备气体:选择合适的药品和装置能制取中学化学中常见的所有气体。
3.气体制备装置的改进 (1)
改进的目的:用于加热易溶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倒流,如用草酸晶体受热分解制取CO2气体。
(2)“固体+液体―→气体”装置的创新
(3)“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的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体压强相等,便于液体顺利流下。
4.气体的除杂方法
(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。
除杂原则:①不损失主体气体;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。 (2)气体干燥净化装置
当CO2中混有O2杂质时,应选用上述Ⅰ~Ⅳ中的Ⅳ装置除O2,除杂试剂是Cu粉。 5.气体的收集方法
6.集气装置的创新——排液集气装置
装置(Ⅰ)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)储气式集气。气体从橡胶管进入,可将水由A瓶排入B瓶,在瓶A中收集到气体。
7.尾气处理的原因、方法及装置
(1)原因:有些气体有毒或有可燃性,任其逸散到空气中,会污染空气或者引发火灾、爆炸等灾害。
(2)处理方法:一般根据气体的相关性质,使其转化为非气态物质或无毒物质,如酸性有毒气体用碱溶液吸收,可燃性气体用点燃等措施。
(3)尾气处理装置(见下图a、b、
c)
①实验室制取Cl2时,尾气的处理可采用b装置。
②制取CO时,尾气处理可采用ac装置。
③制取H2时,尾气处理可采用ac装置。
题组一 气体的制备与收集
1.下列制备和收集气体的实验装置合理的是(
)
答案 D
解析 氯化铵和氢氧化钙反应制取氨气,生成物中有水,如果试管口高于试管底,会发生水倒流现象而炸裂试管且集气试管口要塞一团棉花,故A错误;铜和稀硝酸反应制取一氧化氮,反应不需加热,一氧化氮的密度接近空气的密度,和空气中的氧气易发生反应生成二氧化氮,所以不可用向下排空气法收集,即进气管短,出气管长,一氧化氮有毒,在水中的溶解度很
小,应该用排水法收集,故B错误;锌粒和稀硫酸反应制取氢气,属于固体、液体不加热型,生成的氢气的密度小于空气的密度,所以不可用向上排空气法收集,故C错误;用过氧化氢与二氧化锰制O2,属于固体、液体不加热型,生成的氧气不易溶于水,所以可采用排水集气法收集,故D正确。
2.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气体,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。
3.(1)如图是实验室制取某些气体的装置。
①该制气装置在加入反应物前,应事先进行的操作是。
②若用该装置制取O2,反应物除了可选择二氧化锰和(填试剂名称)外,还能选择(填试剂化学式)和水。
③利用该装置还可制取(填字母)等气体。
a.H2b.CO2c.NH3d.SO2
(2)此装置中加入漂白粉和浓盐酸也可以制取Cl2。
①写出该反应的离子方程式:
。
②若使用在空气中放置的漂白粉和浓盐酸发生反应,则制取的Cl2中可能含有的杂质为。 答案 (1)①检查装置气密性 ②双氧水(或过氧化氢) Na2O2 ③abcd
(2)①ClO+Cl+2H===Cl2↑+H2O
②HCl、CO2、H2O(g)
解析 (1)制备气体的装置在加入反应物之前均应先检查装置的气密性。该装置所制气体应满--+
足固体(液体)和液体不需加热制备气体。符合此条件的制备氧气的反应可为H2O2在MnO2作催化剂时分解,或Na2O2与H2O反应。该装置可制备的气体有H2、CO2、O2、NH3等。(2)ClO-、Cl在酸性条件下可发生归中反应生成Cl2。漂白粉在空气中放置会部分变为CaCO3,浓-
盐酸有很强的挥发性,因而制取的Cl2中常含有HCl、CO2和H2O(g)。
题组二 仪器的组装
4.(2013海南,6)下图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3,仪器连接顺序正确的是
(
)
A.a-b-c-d-e-f-g-h
B.a-e-d-c-b-h-i-g
C.a-d-e-c-b-h-i-g
D.a-c-b-d-e-h-i-f
答案 B
解析 装置顺序为制氯气、除杂(HCl、水蒸气)、反应制备、尾气处理,注意洗气瓶中导管为“长进短出”。
5.N2在诸多领域中用途广泛。某化学兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净N2的方法,进行了认真的准备。请你参与交流与讨论。
[查阅资料]N2的制法有下列三种方案:
方案1:加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。
方案2:加热条件下,以NH3还原CuO可制得N2,同时获得活性铜粉。
方案3:将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N2。
[实验准备]以实验室常见仪器(药品)等设计的部分装置如下图(部分夹持和加热仪器未画出)。
[分析交流]
(1)若以方案1制得N2,应选择的发生装置是。
(2)若按方案2制得干燥、纯净的N2,且需要的NH3以生石灰和浓氨水作原料,整套制气装置按气流从左到右的连接顺序是(填字母)。获得N2的反应原理是(写反应方程式)。
(3)若以排水法收集N2,其中会混入水蒸气。但也不宜用排空气法,其原因是
。
你提出的收集方法是。
答案 (1)A
△(2)E→D→B→C 2NH3+3CuO====3Cu+N2+3H2O
(3)N2与空气密度大小接近,收集的氮气中易混入氧气等成分 用真空气囊收集(其他合理答案也可)
解析 (1)方案1为加热两种液态物质,符合此条件的只有A装置。(2)方案2为固体和气体的反应,反应器应选择B,但要求通入的氨气干燥且纯净,利用浓氨水和生石灰反应制取氨气为固液不加热的装置,选择E,但同时有水蒸气生成,因此利用碱石灰来干燥,反应完毕后产生的水蒸气与没有参与反应的氨气与氮气一同导出,利用浓硫酸既可以除去水,又可以除去氨气。(3)排气法收集气体主要是利用气体密度的差别。因此可以利用直接排空内部空气的装置来收集氮气。
题组三 气体的干燥、除杂及尾气吸收
6.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(
)
答案 B
解析 A项,NH3的密度比空气的小,收集应用向下排空气法,不符合;C项,铜和稀硝酸反应不能产生NO
2,且
NO2的吸收不能用水,可以用NaOH溶液;D项,用浓盐酸与MnO2反应制Cl2需要加热,本装置不能满足。
7.双球洗气管是一种多用途仪器,常用于除杂质、气体干燥、气体吸收等实验操作。下图是一个以双球洗气管为尾气处理装置,用吸收剂X吸收气体Y的情形,其中符合事实的组合是( )
答案 B
解析 A项,氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度很小,不能被吸收,错误;B项,因HCl极易溶于水,则极易被吸收,正确;C项,二氧化硫能用浓硫酸干燥,但不能被吸收,错误;D项,NO有毒,不能直接排放在大气中,且NO不能与NaOH反应,不能被吸收,错误。 8.(2016辽宁六校期末)如图为常用玻璃仪器组成的七种实验装置,根据需要可在其中加入液体或固体试剂。下列说法错误的是( )
A.A、B装置既能用于收集Cl2,又能用于收集NO
B.装有浓硫酸的F装置可用于干燥CO2气体
C.C、E装置可用于尾气吸收,能防止液体倒吸到气体发生装置中
D.G装置可用于合成氨实验中,可干燥、混合并能大致观察H2和N2的体积比
答案 B
解析 A项,A装置可用排空气法收集Cl2,若A装置装满水,则可用于收集NO,B装置可用排饱和食盐水法收集Cl2,也能用于收集NO,正确;B项,F为U形干燥管装置,该装置只能盛装固体干燥剂,错误;C项,C装置中的烧杯可吸收尾气,洗气瓶起到缓冲作用,防止烧杯中的液体倒吸入气体发生装置中,E装置中间膨大部分可防止液体倒吸,正确;D项,G装置中装入浓硫酸,可干燥H2和N2混合气体,通过气泡多少可大致观察H2和N2的体积比,正确。
9.(2017西安调研)用下列装置进行对应的实验(部分仪器已省略),能达到实验目的的是(
)
答案 D
解析 A项,气体应“长进短出”;B项,HCl易溶于水会倒吸;C项,测馏分的温度,温度计水银球应在支管口附近。
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