高考化学一轮总复习 11第3讲 气体制备 实验方案设计与评价课件 新课标

课课 堂堂 反反 馈馈课课 堂堂 探探 究究考考 点点 突突 破破 课课 时时 作作 业业 单元综合测试单元综合测试堂堂课课探探 究究解读考纲 考点考纲解读1气体的制取1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用药品、仪器、反应原理和收集方法等)。2根据反应物的状态及反应条件等，灵活选用气体的发生装置。3能对所制得的气体进行净化、干燥，对有毒气体进行尾气处理。2实验方案的设计与评价1.能根据试题要求设计、评价或改进实验方案。2了解控制实验条件的方法。3能绘制和识别典型的实验仪器装置图。3实验数据的分析与处理能分析或处理实验数据，得出合理结论。基础回扣 一、O2的制备1实验室制O2(1)制备方法用KClO3和MnO2或用KMnO4制取化学方程式：_，_。用H2O2和MnO2制取化学方程式：_。(2)收集方法用_法或_法。(3)验满方法：_，观察是否复燃。若用排水法收集O2时，若_，证明O2已收集满。2工业制O2采用_法。二、CO2的制备1实验室制CO2(1)发生反应的化学方程式为：_。(2)净化方法：用_除去HCl。(3)收集方法：用_法收集。(4)验满方法：_，证明CO2已收集满。三、H2的制备1实验室制备H2(1)化学方程式：_。(2)收集方法：_法或_法。2工业制法：电解水、水煤气法等。四、Cl2的制备1实验室制Cl2(1)发生反应的化学方程式为：_。(2)净化方法：用_除去HCl，再用_除去水蒸气。(3)收集及验满方法：采用_法或_法，用湿润的_来检验。(4)尾气处理：多余的Cl2排放到空气中会造成环境污染，须用_吸收除去。2工业制Cl2采用电解饱和食盐水法，化学方程式为：_。五、NH3的制备1实验室制NH3(1)发生反应的化学方程式为：_。(2)除杂：用_除去混有的水蒸气。(3)收集：只能用_法。(4)验满：用湿润的_置于试管口，若试纸_，说明已收集满。将蘸有_的玻璃棒置于试管口，若有_产生，说明已收集满。(5)尾气吸收：用_吸收多余的NH3。2工业制NH3发生反应的化学方程式为：_。六、化学实验方案设计的基本要求1科学性：_准确、实验操作程序和方法必须正确。2安全性：实验设计时应尽量避免使用_药品和进行具有一定危险性的实验操作。3可行性：实验设计应条件允许，效果明显，操作方便。4简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用较_的实验装置，用较_的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。5经济性：在能达到实验目的的前提下尽量选用常见的、容易得到的仪器和药品。七、实验操作的顺序1连接仪器。按气体发生_干燥相关实验_顺序连接好实验仪器。2检验装置的_。3装药品，进行实验操作。八、评价化学实验方案的一般原则一个实验方案的优劣主要以_是否科学合理、_是否简单可行，另外还要从_和_两个角度去评价。二、1.(1)CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O(2)饱和NaHCO3溶液(3)向上排空气(4)将燃烧的木条放入瓶口立即熄灭三、1.(1)ZnH2SO4=ZnSO4H2(2)排水向下排空气答案D解析此题考查实验方案的评价，A项中CO2与NaOH溶液反应产物中可能含NaHCO3；B项中AgNO3溶液价格昂贵；C项中Fe点燃会产生Fe3O4，与H2SO4溶液反应得混合物。2如图是实验室常见的气体制取、干燥和收集装置。若用过氧化氢和催化剂二氧化锰制取干燥的氧气，则合理的装置组合为()A BC D答案C3课题式课堂教学是研究性学习的一种方式，其基本教学模式为：提出课题确定研究方案解决问题总结和评价如图甲是关于“一氧化碳的化学性质”的课题式课堂教学中解决问题阶段，也是甲同学设计的证明CO具有还原性的实验装置。(1)实验时应先点燃_处(填“A”或“B”)的酒精灯。(2)硬质试管中反应的化学方程式为_。(3)乙同学认为甲装置有待优化，如尾气可先储存在瓶内，然后再处理。如图乙是他设计的贮气瓶，尾气应从_(填“a”或“b”)口通入(其他装置略)。(4)丙同学质疑：CO能否使澄清石灰水变浑浊？因此，他设计在CO通入CuO之前，应先通入澄清石灰水以比较排除CO与澄清石灰水反应，试对此作 出 评 价 。 你 认 为 丙 的 设 计 是 否 有 必 要 _ _ _ _ _ _ _ _ ， 理 由 是_。(5)如果开始时通入的是CO和CO2的混合气体，则应如何设计才能达到实验目的？_。(6)实验完成后，应怎样结束实验操作？_。点点考考突突 破破1气体制备的思路及操作顺序(1)气体制备的思路，可从下面几个方面来归纳：反应原理气体发生装置除杂提纯干燥收集检验尾气处理(2)操作顺序组装仪器：自下而上，从左到右，气体净化时，先净气装置，后干燥装置；检验装置的气密性；装药品，进行实验操作；记录实验现象、数据；拆卸、洗涤仪器：自右而左，从上到下。2常见气体制备的发生装置实验室制备气体发生装置选择的依据是反应物的状态及反应条件。反应装置类型反应装置图适用气体操作注意事项固、固加热型O2、NH3等试管要干燥试管口略低于试管底加热时先均匀加热再固定加强热固、液加热型或液、液加热型Cl2、HCl等烧瓶加热时要垫上石棉网反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片固、液不加热型或液、液不加热型H2、CO2、SO2、NO、NO2等使用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下启普发生器只适用于块状固体和液体反应，且气体不溶于水使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速(1)启普发生器具有随开随用、随关随停的特点，实验室中没有启普发生器时，我们可以设计成如下装置：(2)刚开始排出的气体不能收集，只有当气体连续并比较均匀地放出时才能收集，否则收集的气体中混有空气。例1实验室制备、收集干燥的SO2，所需仪器如下。装置A产生SO2，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a_f。装置D的作用是_，装置E中NaOH溶液的作用是_。思路点拨解析发生装置中生成的SO2混有水蒸气，要先用浓H2SO4干燥后再用向上排空气法收集，在制备有毒气体时应连接尾气处理装置，SO2在NaOH溶液中溶解度较大，故D为安全瓶，防止倒吸。答案decb防止倒吸吸收多余SO2方法技巧制备气体的实验装置的选择要将化学反应原理、气体净化、收集和尾气处理与常见仪器的性能结合起来，按从左到右的顺序逐一分析而定。变式训练1右图是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是()A大理石和稀硫酸制取二氧化碳B锌粒和稀硫酸制氢气C浓盐酸和二氧化锰制氯气D电石和水制取乙炔答案B解析根据题中所给装置特点，制取气体的反应应该具备以下特点：反应不需加热，反应不能太剧烈，因此C、D选项不合理，硫酸钙微溶于水，A项中生成的CaSO4附着于大理石表面时，可能阻止反应进行，故A不符合，选B。2如图、是常见的气体发生装置；、是气体收集装置；根据要求回答下列问题。(1)若用MnO2与浓盐酸反应制取氯气，应选用装置_，用 化 学 方 程 式 表 示 的 制 取 氯 气 的 反 应 原 理 是_。(3)若选用为氯气的收集装置，应该在试管口放置一团棉花，该棉花团应用_溶液浸湿，其作用是_。(4)若选用为氯气收集装置，则氯气应从_口通入，用化学方法检验氯气收集满了的方法是_。1气体的收集方法根据气体的密度、溶解性、稳定性可将气体收集装置分为三类：(1)排水集气法，如图。难溶或微溶于水且与水不发生反应的气体，均可用排水法收集，如CH4、C2H2、O2、H2等。刚开始排出的气体不能收集，只有等导气管口急促而连续地冒气泡时，才能收集，否则收集的气体中混有空气。(2)向上排空气法，如图。跟空气不发生反应且密度比空气大的气体，均可用向上排空气法收集，如O2、CO2、Cl2、HCl、SO2、NO2等。(3)向下排空气法，如图。跟空气不发生反应且密度比空气小的气体，均可用向下排空气法收集，如H2、NH3等。2气体的净化与干燥(1)气体的净化根据杂质气体与所制气体的性质，选择合适的试剂和装置，将杂质气体吸收或转化为所需要的气体，从而达到净化的目的。(2)气体的干燥常见的干燥装置以及使用时的限制见下表。液态干燥剂固态干燥剂装置常见干燥剂浓硫酸(酸性、强氧化性)无水氯化钙(中性)碱石灰(碱性)不可干燥的气体碱性气体NH3及还原性气体H2S、HBr、HI等NH3Cl2及酸性气体HCl、H2S、SO2、CO2、NO2等3.尾气的吸收制取、收集有毒气体结束时，应增加尾气吸收装置，使化学实验“绿色”化。如氯气应用NaOH溶液吸收。常见的尾气处理装置见下表。序号(1)(2)(3)装置适用范围一般用于溶解度不大的气体的吸收一般用于极易溶解于水的气体的吸收一般用于可燃性气体的处理举例CO2、NO2、Cl2等用NaOH溶液吸收HCl、NH3等用水吸收CO、H2等例2下列四种气体(括号内是混有的少量杂质)，其中可用如图所示装置进行净化和干燥的是()ACO2(HCl)BC2H6(C2H4)CCO2(SO2) DNH3(N2)解析CO2能被碱石灰吸收，A、C项不正确，溴水不能除去N2，D项不正确，故选B。答案B规律方法(1)除杂和干燥时，杂质气体应能被试剂吸收且不产生另一种杂质气体。(2)当气体中含有多种杂质时，若采用洗气装置，通常是除杂质在前，干燥在后，若用加热装置除杂时通常是干燥在前，除杂在后。变式训练3下图是实验室制取气体的装置，其中发生装置相同，干燥和集气装置有两套，分别用图1和图2表示，下列选项中正确的是()答案D解析O2密度比空气大，应用向上排空气法收集，用图2，A项错；CO2的密度比空气大，应用向上排空气法收集，用图2，B项错；铜和稀硝酸产生NO，因易发生2NOO2=2NO2，不能用排空气法收集，C项错。发生装置中的药品干燥和集气装置A二氧化锰和双氧水图1B大理石和稀盐酸图1C铜和稀硝酸图2D氧化钙和浓氨水图11化学实验方案设计的思路2实验设计的步骤明确目的、原理选择仪器、药品设计装置、步骤记录现象、数据分析得出结论。3化学实验方案设计的仪器选用及连接顺序4实验操作的顺序连接仪器检查气密性装药品进行实验。一般顺序：气体发生除杂质干燥相关实验尾气处理。5实验设计的注意事项(1)药品和装置是部分或刚好给出还是有剩余若药品和装置只部分给出，则应需要作必要的补充，若有剩余，则应进行筛选和淘汰。(2)题目条件有无特殊要求如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。(3)实验过程中的隐蔽性操作如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽略。(4)药品、仪器的规格有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最难答准确，如有些药品的准确描述为：硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也应注意某些仪器的规格。(5)会画简单的实验装置图一般可用“示意装置图”表示。6实验设计的安全问题常见的安全问题有：防倒吸、防爆炸、防氧化、防吸水、冷凝回流、易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却、仪器拆卸的科学性与安全性等。具有特殊作用的实验装置的改进问题。例如，为保证分液漏斗中液体顺利流出，可用橡皮管连接成连通装置。7化学实验方案的评价(1)从可行性方面对实验方案做出评价科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求，在实际操作时能否做到可控易行，评价时，从以下4个方面分析：实验原理是否正确、可行；实验操作是否安全、合理；实验步骤是否简单、方便；实验效果是否明显。(2)从“绿色化学”视角对实验方案做出评价“绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。据此，对化学实验过程或方案从以下4个方面综合评价：反应原料是否易得、安全、无毒；反应速率是否较快；原料利用率以及合成物的产率是否较高；合成过程中是否造成环境的污染。(3)从“安全性”方面对实验方案做出评价化学实验从安全角度需考虑的主要因素如下：净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃先验纯等)；防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等)。(4)防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的)。(5)冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)。(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却。(7)仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)。(8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。特别提醒实验方案的评价具有一定的开放性，表现在仪器和药品功能的拓展，实验方法和手段的改进，化学实验原理的拓展等，虽看似陌生，但落脚点低，只要平时多思多悟，就能适应实验角度的变化，提高解题能力。例3某学习小组针对如何测定镀锌铁皮镀锌层厚度提出如下一些方案：方案1.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，通过测量氢气的体积，计算铁皮上的锌的质量。方案2.将一定质量的镀锌铁皮(W1)投入到足量的FeSO4溶液中，一段时间后，取出铁皮，洗净、烘干、称量(W2)，计算铁皮上的锌的质量。方案3.将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，再在所得溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤、洗涤、烘干、灼烧沉淀，最后称量。(1)方案2的主要缺点是_。方案3的主要缺点是_。(2)方案1中用到测量气体体积的装置，如图装置中不能用于测量气体体积的装置是_。学习小组拟选用C装置作量气装置，则气体收集完毕，准备读数时，应注意：_。解析解答本题首先明确实验的目的，理解每种方案的原理，然后结合Zn、Fe性质的差异性，对实验方案做出评价。(1)方案2锌与铁的活动性差异不大，反应难以进行；方案3反应时间长，沉淀的获取和称量较为困难，精确度不高。(2)B装置不能排出液体；C装置要等到冷却到室温再进行读数，并且要上下移动右边管使左右两边的液面相平答案(1)锌与铁的活动性差异不大，反应几乎难以进行反应时间长，沉淀的获取和称量较为困难，精确度不高(2)B等到冷却到室温再进行读数，上下移动右边管使左右两边的液面相平下列有关判断中不正确的是()A溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液B若溶液B选用浓硝酸，则测得铜的质量分数偏小C溶液A和B均可选用稀硝酸D实验室中方案更便于实施答案C解析方案中A应选用盐酸、稀H2SO4或NaOH溶液，方案中B应选用NaOH溶液、盐酸或稀硫酸。若选用浓硝酸，则铜溶解铝钝化，导致剩余固体质量增大，Cu的质量分数偏小。若选用稀HNO3，Cu、Al均可与之反应，无剩余固体，不合理。5下列实验方案中合理的是()A鉴别氯化铝和氯化镁溶液：分别取少量原溶液滴加过量的氢氧化钠溶液B除去氯化铵溶液中的氯化铁：向溶液中滴加适量氢氧化钠溶液，过滤C除去苯中的溴：转入分液漏斗中，分液D将氯化铝溶液加热蒸发、低温烘干可得无水氯化铝固体答案A答案B解析A项中生成的FeCl3固体可能混有Fe，加水后Fe与部分FeCl3反应会生成FeCl2，A错误。C项中H2和Cl2光照会发生爆炸，C错误。D项中除H2与Cl2光照会发生爆炸外，铁高温燃烧会生成Fe3O4，D错误。堂堂课课反反 馈馈1按下列实验方法制备气体，合理而又实用的是()A锌粒与稀硝酸反应制备H2B加热NH4Cl制NH3C亚硫酸钠与浓硫酸反应制备SO2D大理石与浓硫酸反应制备CO2答案C解析稀硝酸具有强氧化性，与Zn粒反应生成NO，A错；NH4Cl受热分解产生NH3和HCl，二者遇冷又化合成NH4Cl，所以不适合制备NH3，B错；大理石与浓H2SO4反应缓慢且生成的CaSO4微溶，D错。2下列实验装置图正确的是()答案B解析A项，实验室制乙烯温度计应插入液面以下以测溶液的温度；C项中缺少除杂装置和酒精灯；D项收集乙酸乙酯时导管不能插入液面以下。3关于下列各装置图的叙述中，正确的是()A装置不能用于电解水B装置可用于收集H2、NH3、CO2、Cl2、HCl、NO等气体C装置中X若为苯，可用于吸收氨气或氯化氢，并防止倒吸D装置中X若为CCl4，可用于吸收氨气或氯化氢，并防止倒吸答案D解析装置可用于电解水，电解液可选用稀H2SO4或稀NaOH溶液等，A错误；装置不可收集NO气体，B错；苯的密度小于水的密度，苯在水的上层，无法防止倒吸，C错误。答案A5设计下列实验方案鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色粉末，不能达到预期目的的是()A分别向等物质的量的白色粉末中加等体积、等浓度的稀盐酸，比较生成气体的快慢B分别向等质量的白色粉末中加等体积适量的水，比较固体溶解量的多少C分别将等量的白色粉末配成溶液，然后加入澄清石灰水，比较是否有沉淀生成D分别将等量的白色粉末用图示装置进行实验，比较澄清石灰是否变浑浊答案C解析相同条件下，NaHCO3与盐酸反应生成气体快，A对；相同条件下，NaHCO3的溶解度小，B对；Na2CO3和NaHCO3与澄清石灰水反应都生成白色沉淀，C错；Na2CO3受热不分解，NaHCO3受热分解生成CO2，D对。6如图装置可用于收集气体并验证其某些化学性质，你认为正确的是()选项气体试剂现象结论ANH3酚酞试液溶液变红色NH3的水溶液显碱性BNO2KI淀粉溶液溶液变蓝NO2有氧化性CX澄清石灰水溶液变浑浊X是CO2DCl2紫色石蕊试液溶液先变红后褪色Cl2有酸性和漂白性答案B解析氨气极易溶于水，进行检验时，导管不能插入溶液中，否则会造成倒吸，收集NH3应用向下排空气法，A错；NO2通入KI淀粉溶液，溶液变蓝是由于NO2有氧化性，将碘离子氧化为碘单质，B对；能使澄清石灰水变浑浊的还有二氧化硫气体，C错；氯气使紫色石蕊试液先变红后褪色，是由于其和水反应生成酸且次氯酸具有漂白性，D错。下列判断正确的是()A三种实验方案中都能制得纯净的铜B乙方案中加过量铁粉可以将四种阳离子全部还原C甲方案中的反应涉及置换、分解、化合、复分解四种反应类型D丙方案会产生环境污染答案D解析甲实验得到的沉淀中含有Fe(OH)3、Cu(OH)2，加热后得到Fe2O3和CuO，通H2还原后不能得到纯净的铜；乙实验中加入过量铁粉，过滤所得的滤渣中含有铁、铜等物质，最后也不能得到纯净的铜；丙实验中用盐酸溶解了滤渣中过量的铁，最后可以得到纯净的铜。因为锌比铁活泼 ，所以方案乙中加入的铁不能还原Zn2。甲方案中没有涉及化合反应。丙方案有可能产生汞和酸性废水，从而导致环境污染。8(1)如图是实验室制取某些气体的装置。 该 制 气 装 置 在 加 入 反 应 物 前 ， 应 事 先 进 行 的 操 作 是_。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)，还能选择_(填物质的化学式)和水。利用该装置还可制取_(选填下列字母序号)等气体。AH2BCO2CNH3(2)试指出以下银镜反应实验过程示意图的错误之处(可不填满，也可自添空格)。_；_；_。答案(1)检查装置气密性双氧水(或过氧化氢)Na2O2ABC(2)甲中加液次序相反丙中直接加热试管内液体(其他合理答案亦可)解析本题在解决问题(1)时，应明确制备各种气体的药品及其状态、实验条件(是否需要加热)等。(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)制备银氨溶液应将氨水逐滴滴加到AgNO3溶液中，滴至最初产生的沉淀恰好溶解为止。做银镜反应的实验时，应用水浴加热。(1)操作使用的试剂是_，所用主要仪器的名称是_。(2)加入溶液W的目的是_。用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg2。由表中数据可知，理论上可选择的pH最大范围是_。酸化溶液Z时，使用的试剂为_。开始沉淀时的pH沉淀完全时的pHMg29.611.0Ca212.2c(OH)1.8 molL1(3)实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体，下列装置中合理的是_。(4)常温下，H2SO3的电离常数Ka11.2102，Ka26.3103 ，H2CO3的电离常数Ka14.5107，Ka24.71011。某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3：将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H2SO3酸性强于H2CO3。该实验设计不正确，错误在于_。设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现象和结论)：_。(仪器自选)供选择的试剂：CO2、SO2、Na2CO3、Na2SO3、NaHCO3、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH试纸。方案二：将SO2气体依次通过NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水。品红溶液不褪色，且澄清石灰水变浑浊，证明H2SO3酸性强于H2CO3方案三：将CO2气体依次通过NaHSO3(或Na2SO3)溶液、品红溶液。品红溶液不褪色，证明H2SO3酸性强于H2CO3解析本题重点考查了物质的分离操作、离子的检验、实验的设计等知识点。(1)分析操作流程，卤水通过操作I后形成上、下层溶液，可推断操作方法为分液，下层溶液中能够制得Br2，说明使用的是CCl4(其密度比水大)，分液操作中主要仪器由分液漏斗和烧杯。(2)分析表中数据，得出能够使得Mg2沉淀而不除去Ca2，pH的最大范围为1112.2。由于盐酸易挥发，且在该实验中不引入杂质离子，所以酸化时用的试剂为盐酸。(3)仔细分析各组实验装置，由于CO2的密度比空气大，所以用向上排气法收集CO2，a错误；且发生装置中，c中不能够随关随停，错误。选择bd。(4)根据两种酸的电离平衡常数，由于两种气体在水中的溶解度不同，当饱和时，浓度不相同，无法进行比较pH的大小。可以采用将SO2气体通入到NaHCO3溶液中，然后将生成的气体通入澄清石灰水中，观察有浑浊现象，证明H2SO3的酸性比H2CO3强。温温示示提提馨馨课时作业课时作业堂堂清堂堂清 （点击进入）（点击进入）温温示示提提馨馨（点击进入）（点击进入）