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三、常见气体的制备与收集高三化学实验复习（二）北京四中 年级：高三科目：化学编稿老师：潘廷宏 审稿老师：潘廷宏责编: 广毅录入：刘艳娥 应掌握O2、H2、CO2、Cl2、HCl、SO2、NO、NO2、H2S、NH3、CH4、C2H4等13种气体的实验室制法。其中包括药品选择、反应原理、仪器装置、操作要点、净化干燥、收集、检验、尾气处理等一系列的基本知识和基本操作技能。1气体的发生装置一般根据反应物状态和反应条件设计气体发生装置，通常气体的发生装置有如下几种（见下图） 固态反应物加热产生气体有液体反应物不加热产生气体有液体反应物加热产生气体 2气体的收集方法 根据气体的密度、溶解性、稳定性可将气体的收集方法分为三种 （1）排水集气法 适用于不溶于水或微溶于水且不与水发生反应的气体。优点是收集的气体纯度高，易判断是否收集满。若有些气体虽在水中有一定的溶解性或与水微弱反应，也可通过往水中加入电解质，抑制与水反应。如用排饱和食盐水的方法可收集浓度较高的Cl2。（装置见图75a） （2）向上排空气集气法 适用于不跟空气发生反应且密度比空气大的气体。（装置见图75b） （3）向下排空气集气法 适用于不跟空气发生反应且密度比空气小的气体。（装置如图75c） 3常见气体制备原理，装置选择 气体反应原理发生装置收集装置注意事项O22KMnO4 +MnO2+O22KClO32KC+3OAa或b共同点：气密性的检查试管口稍向下倾斜若用排水法，做完实验先撤导气管，后撤酒精灯不同点：收集氨气仪器要干燥CH4无水CH3COONa和碱石灰共热Aa或cNH32NH4Cl+Ca(OH)2 2NH3+2H2O+CaCl2AcH2较活泼金属（如Zn, Fe）与稀强酸（如H2SO4，HCl但勿用HNO3或浓H2SO4）的置换反应Ca或c用长颈漏斗时要液封制SO2(Na2SO3粉末)、NO2（剧烈放热多）、C2H2(CaC2遇H2O粉化)不能用启普发生器制CO2不用H2SO4（因CaSO4微溶）制H2S不能用硝酸或浓H2SO4（防氧化）CO2CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2OCbSO2无水Na2SO3粉与中等浓度H2SO4进行复分解反应BbNO2Cu和浓HNO3Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2+2H2OBbC2H2电石与水进行反应CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2BaCl2MnO4+4HCl(浓) MnO2+Cl2+2H2O2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O2NaCl+MnO2+2H2SO4 Na2SO4+MnSO4+Cl2+2H2OE或Da或b排水法完毕应先撤导管后撤火反应物都是液体要加碎瓷片防爆沸制乙烯要控制温度在170收集Cl2可用排饱和食盐水HCl食盐与浓H2SO4（不挥发性酸与挥发性酸的盐）进行复分解反应E或DbNO3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO+4H2OEaC2H4 Fa 4尾气的处理装置 具有毒性或污染性的尾气必须进行处理，常用处理尾气装置，如图76 一般常用吸收液吸收这些有害气体，a、b为溶解度不是很大的尾气处理装置，c、d为溶解度大且吸收速率很快的尾气处理装置，难以吸收的尾气如CO，应于末端燃烧除去，如e。此处还可以用塑料袋盛装尾气。 5气体的净化和干燥 气体的净化、干燥装置一般常用的有洗气瓶、干燥管、U形管和双通加热管几种。如图77 （1）洗气瓶（如图c）中一般装入液体除杂试剂。除杂试剂应通过化学反应将杂质吸收或将杂质气体转化为所制取的气体。常见除杂试剂有： 强碱溶液：如NaOH溶液可吸收CO2、SO2、H2S、Cl2、NO2等呈酸性的气体。 饱和的酸式盐溶液，可将杂质气体吸收转化，如： 饱和NaHCO3溶液能除去CO2中混有的HCl、SO2等强酸性气体 饱和NaHSO3溶液能除去O2中混有HCl、SO3等气体 饱和NaHS溶液能除去H2S中混有的HCl气体 浓H2SO4：利用它的吸水性，可除去H2、SO2、HCl、CO、NO2、CH4等气体中混有的水蒸气。但由于浓H2SO4有强氧化性，不能用来干燥具有强还原性气体：如H2S、HBr、HI等。 酸性KMnO4溶液：利用它的强氧化性，可以除去具有还原性的气体，如除去混在CO2气体中的SO2、H2S等。 （2）干燥管、U形管一般装入固体的干燥剂。常见的固体干燥剂有： 酸性干燥剂，用来干燥酸性气体。如P2O5、硅胶、浓H2SO4等。 碱性干燥剂，用来干燥碱性气体。如CaO、碱石灰等。 中性干燥剂、既能干燥碱性气体又能干燥酸性气体。如CaCl2（但CaCl2不能干燥NH3，因易形成CaCl28NH3合物）。 （3）双通加热管一般装入固体除杂剂，除杂试剂和混和气体中的某一组份反应。例如：Cu和混和气体中O2反应而将O2除去。 另外还常用固体的无水CuSO4装入干燥管中，通过颜色变化检验水蒸气的存在。用Na2O2固体也可将CO2、H2O（气）转化为O2。 例5用如图78所示装置可以收集以下气体：H2、Cl2、CH3、HCl、NH3、NO、SO3。 （1）若集气瓶是干燥的，气体从A进入，可收集的气体有_，气体从B进入，可收集气体_。 （2）若将集气瓶盛满水，收集气体并测量气体的体积，可以收集并测量体积的气体有_；此时气体应由_管进入，由_管通向量筒。 例679图是一套实验室制气装置，用于发生、干燥和收集气体。下列各物质中能利用这套装置进行实验的是 A铜屑和稀硝酸 B二氧化猛和浓盐酸 C电石和水 D碳酸钙和稀盐酸 E硫化亚铁和稀硝酸 例7在烧瓶A中放入一些新制的白色水硫酸铜粉末和约10mL酒精，锥形瓶B中盛放浓盐酸，分液漏斗C和广口瓶D分别盛浓硫酸，干燥管F中填满新制的碱石灰，用烧杯H作水浴器（如图710） 打开分液漏斗C，将浓硫酸缓缓加进B，则D瓶的出气管口不断产生气体，几分钟后烧瓶A中的硫酸铜变蓝色，若此时用水浴加热，F端排出的气体待纯净后还能点燃，产生特殊颜色的火焰，已知C2H5OH沸点为78.5，C2H5Cl沸点为12.27，请回答： （1）B中逸出的气体是_ （2）D瓶的作用是_ （3）A瓶内硫酸铜的作用是_ （4）E导管的作用是_ （5）F口可点燃的气体是_ （6）A中发生效应的化学方程式_ 四、物质的分离、提纯 1分离和提纯的原则：首先应分析各组分的物理和化学性质，然后再选择适宜的方法，且一般要遵循提纯过程中不引入新的杂质；不减少欲被提纯的物质；被提纯物质与杂质容易分离；被提纯物质要复原；除杂试剂应过量且过量试剂必须除尽；分离与提纯方法简便易行等原则。 2分离提纯常用到方法物理方法：过滤法，蒸发浓缩法，结晶、重结晶法，蒸馏、分馏法，分液法，萃取法，吸附法，升华法，水洗法，液化法，渗析法，盐析法。 化学方法：酸、碱处理法、沉淀法、氧化还原法、热分解法、离子交换法、电解法。 分离提纯中一般先考虑物理方法后考虑化学方法。当多种物质混合进行分离时，往往物理方法和化学方法要同时使用。 例8除去二氧化碳中混有的少量二氧化硫气体，可选用的试剂是（ ） A高锰酸钾溶液 B饱和碳酸钠溶液 C饱和小苏打溶液 D石灰水 例9下列各组混合物的分离或提纯方法正确的是（ ） A用过滤法分离Fe(OH)3胶体和FeCl3溶液的混和物 B用结晶法提纯NaCl和KNO3的混合物中KNO3 C用蒸馏法分离乙醇和乙酸的混合物 D用加热法分离碘和氯化铵的混合物 例10为了除去粗盐中Ca2+、Mg2+、SO及泥沙，将粗盐溶于水，然后进行下列五项操作：过滤 加过量的NaOH溶液 加适量盐酸 加过量Na2CO3 加过量BaCl2溶液。正确的操作顺序：A BC D五、物质的检验物质的检验包括鉴别、鉴定、推断等，鉴别是利用不同物质的性质差异，通过实验，将它区别开来；鉴定是根据物质的特性，通过实验，检验出该物质的成分，确定它是否为这种物质。推断是根据已知实验及现象、分析判断，确定被检的是什么物质，并指出可能存在什么，不可能存在什么。1常见气体的检验 气体常用的反应和现象注意问题空气木条能燃，但不能使带火星的木条复燃NO2N2O气体也能“助燃” O2能使带火星的木条复燃 H2点燃火焰呈浅蓝色，只生成H2O，不纯者点燃有爆鸣声点燃可燃性气体时一定要验纯用玻璃导管点燃有时看不到蓝色火焰，因Na+燃烧有黄色火焰 CO点燃火焰呈蓝色，生成物只有CO2 H2S点燃火焰呈蓝色，不完全燃烧生成硫；遇Pb(Ac)2，或Pb(NO3)2湿试纸变黑，有臭鸡蛋味 CH4点燃火焰呈浅蓝色，生成CO2或水；不使溴水或KMnO4酸性溶液褪色遇到多种可燃性气体除点燃外，还要利用特征或燃烧产物的性质加以区别（如H2S有臭鸡蛋味，也能使溴水褪色或KMnO4酸性溶液褪色，但有硫沉淀）。 C2H4点燃火焰较高，有微黑烟；使溴水或酸性KMnO4溶液褪色 C2H2点燃，火焰明亮有较浓黑烟；使溴水或酸性KMnO4溶液褪色 NH3使湿润红色石蕊试纸变蓝，遇蘸浓盐酸的玻璃棒有白烟在空气中不燃，但在纯氧中可燃，4NH3+3O2(纯)=2N2+6H2O NO开瓶盖或遇空气立即变成红棕色NO在空气中不存在 NO2红棕色，但溶于水为无色溶液，遇AgNO3溶液无沉淀；使蓝色石蕊试纸变红两者都能使KI淀粉试纸变蓝，不能用它区别（O3也能）Br2蒸气溶于水成橙黄色溴水，与AgNO3溶液出浅黄色沉淀；使蓝色石蕊试纸变红 Cl2黄绿色，使KI淀粉湿试纸变蓝；使品红湿试纸褪色与石灰水无沉淀 SO2使澄清石灰水出现白色沉淀后澄清，使品红溶液褪色，加热后恢复原色，使酸性KMnO4溶液或溴水褪色SO2具有刺激性气体、CO2无气味，它们都可使石蕊由蓝变红，SO2更显著，不用此鉴别SO2和CO2通入石灰水的现象一样 CO2使澄清石灰水出现白色沉淀后澄清，但不使品红溶液KMnO4酸性溶液溴水等溶液褪色 HCl使湿润蓝色石蕊试纸变红，遇蘸氨水的玻璃棒出白烟，遇AgNO3溶液白色沉淀HI、HBr气体同HCl，但遇AgNO3溶液分别出AgI, AgBr的黄色及浅黄色沉淀 N2不发生上述所有情况或现象只有镁能在其中点燃生成Mg3N2 2常见阳离子检验 离子试剂或方法现 象离子方程式H+石蕊甲基橙Na2CO3蓝色红色橙色红有气泡2H+CO=H2O+CO2K+焰色反应浅紫色火焰（秀过蓝色钴玻璃）1 Na+焰色反应黄色火焰1 NH 加OH，加热有气体产生使润湿的红色石蕊度纸变蓝；遇沾有浓HCl的玻璃有白烟NH+OH NH3+2H2O+NH3+HCl=NH4ClAg+加Cl，稀HNO3白色沉淀，不溶于稀HNO3Ag2+Cl=AgClMg2+NaOH溶液白色沉淀，碱过量沉淀不溶Mg2+2OH=Mg(OH)2Ba2+加入稀H2SO4白色沉淀Ba2+SO=BaSO4Fe2+加NaOH白色沉淀灰绿色红褐色Fe2+2OH=Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3加KSCN和氯水无现象，再加氯水溶液变红色2Fe2+Cl2=2Fe3+2ClFe3+SCN=Fe(SCN)2+Cu2+加NaOH蓝色沉淀Cu2+2OH=Cu(OH2)2Al3+加NaOH先生成白色沉淀，OH过量白色沉淀溶解Al3+3OH=Al(OH)3Al(OH)3+OH=AlO+2H2OFe3+加NaOH红褐色沉淀Fe3+3OH=Fe(OH)3加KSCN变红色Fe3+SCN=Fe(SCN)2+加苯酚溶液显紫色Fe3+6(C6H5OH)=Fe(C6H5O)3+6H+3常见阴离子检验 离子试剂或方法现 象离子方程式OH石蕊试液酚酞试液甲基橙试液变蓝变红变黄1 S2Pb(NO3)2溶液黑色沉淀Pb2+S2=PbS稀HCl或稀H2SO4有臭鸡蛋气体2H+S2=H2SSO 加Ba2+、稀HNO3产生白色沉淀，不溶于稀HNO3（SO也会有相同的现象）Ba2+SO=BaSO4SO 加H+、品红溶液有气体产生，使品红褪色（HSO的现象相同）SO2H+=H2O+SO2PO 加AgNO3溶液稀HNO3生成黄色沉淀，溶于稀HNO3PO+3Ag+=Ag3PO4CO H+，澄清石灰水有气体产生，石灰水变浑浊（HCO的现象相同）CO+2H+=H2O+CO2CO2+Ca2+2OH=CaCO3+H2OAlO3滴加稀酸先有白色沉淀后又溶解AlO+H+H2O=Al(OH)3Al(OH)3+3H+=Al3+3H2ONO Cu屑，浓H2SO4加热有红棕色NO2产生，溶液变蓝（稀溶液不行）2NO+Cu+2H2SO4 Cu2+2SO+2NO2+2H2OClAg+，稀HNO3产生白色沉淀，不溶于稀HNO3Cl+Ag+=AgClBrAg+，稀HNO3淡黄色沉淀，不溶于稀HNO3Br+Ag+=AgIAg+，稀HNO3新制氯水，淀粉溶液黄色沉淀，不溶于稀HNO3滴入新制Cl2，振荡后再滴入淀粉溶液，变蓝I+Ag+=Agl2I+Cl2=2Cl+I2I2遇淀粉变蓝例1某同学设计下列方法对A盐的水溶液进行鉴定。 由此得出的以下结论中，错误的是AD溶液中可能存在Fe(SCN)2+BC溶液中有Fe3+CB为AgBr浅黄色沉淀DA一定为无氧酸盐FeBr3例12某混合气体可能含有CO、CO2、NH3、HCl、H2和水蒸气中的一种或几种，当依次通过澄清石灰水（无浑浊现象）、氢氧化钡溶液（有浑浊现象）、浓硫酸、灼热的氧化铜（变幻）和无水CuSO4（变蓝），则可断定该混合气一定有（ ）AHCl、CO2、H2BCO、H2、H2OCCO、H2、NH3 DHCl、CO、H2O六、常见试剂的保存为了防止试剂变质及意外事故发生，在存放试剂中，应对容器及外部环境作出恰当选择。1试剂瓶的选择颜色：一般试剂均存放于无色瓶中，但见光易分解的物质则应放在棕色瓶中：如浓硝酸、卤化银、氯水、溴水、碘水、硝酸银、H2O2、KMnO4、KI等。材料：一般可存放在玻璃瓶中，对玻璃有腐蚀作用的则存放在塑料瓶中，如HF酸塞子：必须用胶塞：显碱性的溶液NaOH、Na2CO3、Na2SiO3、KOH等。不能用胶塞，而用玻璃塞：有机溶剂苯、甲苯、CCl4等。会使橡胶“溶解”；强氧化剂浓H2SO4、HNO3、KMnO4、Br2水、Cl2水、HCl等会使像胶老化或橡胶发生反应。2外部环境需密封保存防止吸收空气中CO2或水蒸气：如碱石灰、NaOH、CaO、CaC2、P2O5、CaCl2、MgCl2、Na2O2、漂白粉、浓H2SO4。防止空气中O2将其氧化的强还原性物质，如：Na2SO3、FeSO4、KI、Na2S、H2S等。易挥发的液体试剂：浓（NH3H2O，浓HCl，浓HNO3）油封或水封的K、Ca、Na等活泼金属应浸在煤油中；Li保存在石蜡油中；少量白磷保存在水里，大量贮存在密闭的药品瓶里；液溴需加少量水水封。3其它除上述各点外，对于一些物质还应考虑其特性，使用FeSO4、FeCl2溶液时，内加铁粉或铁钉“防止Fe2+”被氧化为Fe3+。例题答案及分析例（1）从A口进入：Cl2、HCl、SO2，收集比空气重的气体，但不能用排空气法收集NO；（2）从B口进入：H2、CH4、NH3，收集比空气轻的气体。（2）H2、CH4、NO，由B口进入，由A口通到量筒中。例6答案为DANO不能用排空气法收集；BMnO2与浓HCl需加热；CC2H2比空气轻，不能用向上排空气方法；EFeS与稀NO3发生氧化还原反应，不能得到H2S，且H2S不能用浓H2SO4干燥，发生的反应为：FeS+4HNO3=Fe(NO3)3+S+NO+2H2O H2S+H2SO4=S+SO2+2H2O例7（1）B中逸出气体为氯化氢，因为浓H2SO4溶于水放出大量的热，使氯化氢挥发出来。（2）干燥氯化氢（3）检验有水生成（4）冷凝乙醇，减少乙醇损失（5）是C2H5Cl（6）C2H5OH+HCl C2H5Cl+H2O例8答案A、CAKMnO4溶液可将SO2氧化成H2SO4而除去 2KMnO4+5SO2+2H2O=2MnSO4+K2SO4+2H2SO4 离子方程式：2MnO+5SO2+2H2O=2Mn2+5SO4+4H+B饱和Na2CO3溶液可以除去SO2，但也可以除去CO2，Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2 Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3C饱和NaHCO3溶液可除去SO2，但不与CO2反应，2NaHCO3+SO2=Na2SO3+H2O+2CO2DCO2、SO2均和Ca(OH)2反应例9答案为B、C（A）Fe(OH)3胶体和FeCl3的混合物不是悬浊液，不能用过滤的方法分离提纯（B）可以通过降温结晶的方法提纯KNO3（C）C2H5OH和CH3CaOH沸点不同，可用蒸馏方法分离提纯（D）加热I2升华，NH4Cl分解成NH3和HCl例10答案为C、D该操作关键有二点：在加入BaCl2之后再加入Na2Cl3，用CO沉淀Ba2+，不然最后溶液中含有杂质Ba2+，在加入盐酸之前，先过滤，在滤液中加入适量盐酸，除去过量的OH和CO 。例11答案为（D）A中也可能含有Fe2+，因酸化的AgNO3溶液中含有H+和NO，将Fe2+氧化成Fe3+。例12答案为A通过Ba(OH)2溶液有浑浊现象，说明一定有CO2，但先通过石灰水时没有浑浊现象，说明一定含HCl，因为HCl与Ca(OH)2反应生成CaCl2和H2O，再通CO2则不产生CaCO3沉淀。通过浓H2SO4吸收水蒸气，通过灼热的CuO变红，说明可能含有H2或CO，再通过无水CuSO4变蓝，说明一定含H2，可能含CO，所以答案为A。