专题气体的制取净化收集与检验.docx
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专题气体的制取净化收集与检验
专题7气体的制取、净化、收集与检验
一、实验室制取气体的思路与方法
1.制取气体的原理:
实验室制取气体选择药品通常有以下几个原则;①科学性,必须能通过化学反应制取所需气体。
②反应条件不能太苛刻,反应速度要适中,便于实验室操作,且也比较容易收集。
③价格要便宜
2.制取气体的装置:
根据反应物的状态和反应所需的条件选择气体的发生装置。
如:
(1)药品状态为固—固,且反应需要加热的,可选择实验室用加热高锰酸钾制氧气的方法制取。
(2)药品状态为固—液,且反应在常温下进行的,可选择实验室制二氧化碳的方法制取。
3.制取气体常用的发生装置和收集装置:
(选择装置时要注意各仪器的连接是否有误)
发生装置
收集装置
讲解:
(1)气体的发生装置要由反应物状态和反应条件来决定。
(2)气体的收集方法是由气体的性质了决定。
排水法可用于难溶于水且不与水反应的气体的收集,如O2、H2、CO、CH4等。
向上排气法可用于密度比空气大且又不与空气反应的气体的收集,如O2、CO2等。
向下排气法可用于密度比空气小且又不与空气反应的气体的收集,如H2、CH4等。
4.装置气密性的检查
【1】检查下图装置的气密性的方法
方法:
将导管一端浸入水中,用双手捂住试管外壁,(或用热毛巾捂住试管外壁,或用酒精灯微热试管等)若导管口产生气泡,说明装置气密性良好。
【2】检查下面有长颈漏斗的气体发生装置的气密性的方法
方法1:
先往长颈漏斗中加水至长颈漏斗下端液封,再用弹簧夹夹住橡皮管,继续加入适量水,若一段时间后,长颈漏斗内液面高度保持不变,则说明装置气密性良好,反之则装置漏气。
方法2:
向导管口吹气,漏斗颈端是否有水柱上升用橡皮管夹夹紧橡皮管,静置片刻,观察长颈漏斗颈端的水柱是否下落,若吹气时有水柱上升,夹紧橡皮管后水柱不下落,说明气密性良好。
【3】检查下面有液漏斗的气体发生装置的气密性的方法
方法一:
先将导管一端浸入水中,往分液漏斗中加入适量水,然后打开分液漏斗的旋塞,往锥形瓶中加入水,若导管口产生气泡,则说明装置气密性良好。
方法二:
关闭分液漏斗,将导管一端浸入水中,用双手(或热毛巾)捂住锥形瓶外壁,若导管口产生气泡,则说明装置气密性良好。
5、氧气、二氧化碳、氢气的实验室制取和工业制取
气体
氧气(O2)
二氧化碳(CO2)
氢气(H2)
制备药品
过氧化氢溶液
和二氧化锰
高锰酸钾
氯酸钾和二氧化锰
大理石(或石灰石)
和稀盐酸
锌粒和稀硫酸
反应原理
反应类型
反应物状态
反应条件
发生装置
气体溶解性
气体密度
收集装置
(纯净的)或(干燥的)
(唯一的)
或
净化
可用浓硫酸或碱石灰干燥
用NaHCO3溶液除去HCl,
用浓硫酸干燥
用NaOH溶液除去HCl
杂质,用浓硫酸干燥
收集方法
检验方法
点燃气体,检
验其生成产物。
淡蓝色火焰,
生成H2O
验满或验纯
用向上排空气法收集时
用排水法收集时
用拇指堵住倒置已收集满氢气的试管,靠近火焰后移开手指,若听到“噗”的一声,说明已纯。
注意事项
⑴先检查装置的
气密性
⑵用排水法收集时,待气泡连续均匀排出时才收集
⑶导管置集气瓶口
⑴先检查装置气密性
⑵试管口略向下倾斜
⑶试管口放一团棉花
⑷先移出导气管,后
停止加热,以防倒吸
⑸正放
⑴不能用稀硫酸,因反应生成CaSO4附着在大理石表面,阻止反应继续进行。
⑵长颈漏斗的末端应插到液体中(分液漏斗不强调)
⑶正放保存
⑴先检查装置气密性
⑵先验纯再收集
⑶不能用浓硫酸
⑷长颈漏斗的末端应插到液体中
⑸倒放保存
工业制取
分离液态空气(依氧气和氮气的沸点不同)
加压、蒸发——物理变化。
高温煅烧石灰石
CaCO3
CO2↑+CaO
分离水煤气H2和CO
注明:
1.固液不加热装置——凡是反应物为固体和液体且反应不需加热的发生装置图均可用图①、③、④。
2.固固加热装置——凡是反应物都为固体且反应需要加热的发生装置图可用图②。
二、实验室制取气体的操作程序及步骤
实验室制取气体在选择好药品、仪器后操作的一般程序是:
⑴组装仪器;一般按从左到右,从下到上的顺序进行;⑵检查装置气密性;⑶装药品;若是固体跟液体反应,一般是先装入固体再加入液体;⑷准备收集装置;若用排水法收集气体时,应在制取气体之前将集气瓶装满水;⑸制取气体;⑹收集气体并验满;⑺拆洗仪器。
三、气体的干燥与净化
(一)、常见装置(如图)
图A图B图C
1、多功能瓶(图A)
(1).集气:
(贮气)
①排气法:
密度比空气大a→b
密度比空气小b→a
②若瓶中为水,排水法:
b→a
(2).洗气:
(长进短出)瓶内装浓硫酸或氢氧化钠溶液。
(3).量气:
(短进长出)
瓶内装满水,气体从b端进入,a端接量筒,通过测量量筒内水的体积从而测得生成气体的体积。
(4).安全瓶:
(长进短出)
点燃可燃气体时,瓶内装少量水,将点燃的气体与从发生装置产生的气体分隔开。
2、球形干燥管(图B):
一般放碱石灰(CaO和NaOH固体)等干燥剂,在实验中可根据增重测吸收物质的质量,在有些实验中,放置在最后可防止空气中的CO2和H2O进入实验装置中,影响实验结果。
3、U形管(图C):
可用于干燥气体或吸收气体
(二)、气体净化的几种方法
1、吸收法:
用吸收剂将杂质气体吸收除去。
如,除去CO中混有的少量CO2,可先用浓NaOH溶液吸收CO2,再用浓硫酸等干燥剂除去水蒸气。
常见气体吸收剂见下表:
吸收剂
吸收的气体杂质
吸收剂
吸收的气体杂质
水
可溶性气体:
HCl、NH3等
NaOH固体
CO2、HCl、H20
无水CuSO4
H2O
碱石灰
CO2、HCl、H20
灼热的铜网
O2
NaOH溶液
CO2、HCl
灼热的CuO
H2、CO
浓硫酸
H20
2、转化法:
通过化学反应,将杂质气体转化为所要得到的气体。
如,除去CO2中的少量CO,可将混合气体通过足量的灼热CuO,CO+CuO△Cu+CO2
3、气体的干燥
气体的干燥是通过干燥剂来实现的,选择干燥要根据气体的性质,一般原则是:
酸性干燥剂不能用来干燥碱性气体,碱性干燥剂不能用来干燥酸性气体,干燥装置由干燥剂状态决定。
常见的干燥剂见下表
干燥装置
洗气瓶(盛液体)
球形干燥管(固体干燥剂)
U形管(固体干燥剂)
仪器
干燥剂
浓硫酸
固体NaOH、生石(CaO)、
碱石灰等
无水CaCl2、
无水硫酸铜(CuSO4)
固NaOH、
生石灰(CaO)、
碱石灰等
无水CaCl2、
无水硫酸铜(CuSO4)
能干燥
的气体
SO2、CO2、HCl;H2、O2、CO、N2、CH4
NH3;
H2、O2、CO、N2、CH4
SO2、CO2、HCl;H2、O2、CO、
N2、CH4
NH3;
H2、O2、CO、N2、CH4
SO2、CO2、HCl;H2、O2、CO、N2、CH4
不能干燥
的气体
NH3
SO2、CO2、
HCl
NH3
SO2、CO2、
HCl
NH3
<指出>①、气体的净化通常最后一步是除去水蒸气(即干燥在最后)食品袋内干燥剂通常是生石灰,双吸剂是铁粉,吸收氧气和水分,氢氧化钠固体是双吸剂,可吸收空气里的水和二氧化碳。
②、选择吸收装置时,要注意进、出气体导管的连接方法,若用“洗气瓶”,要注意“长进短出”,若用干燥管要注意“大进小出”。
先除去气体中含有的其他杂质,干燥除去水蒸气的操作放在最后。
4、尾气的吸收及处理——环保意识
①.溶液吸收:
如CO2、SO2、HCl、NH3等可用NaOH溶液吸收(极易溶气体要防止倒吸)。
②.点燃处理:
如CO、CH4、H2S等可燃性气体可接一个尖嘴导管,将其点燃。
③.气球收集:
如有毒的CO、H2S、Cl2等可在导管末端接上一个气球收集。
④.防倒吸装置:
如易溶的气体可收集到倒立的漏斗中。
四、气体的检验方法及现象
气体
检验方法
现象
O2
将带火星的木条插入有关容器内
木条复燃
H2
点燃,在火焰上方罩一个冷而干燥的小烧杯
发出淡蓝色火焰,烧杯壁上有水珠凝结
依次通过灼热的氧化铜和白色的无水硫酸铜
黑色氧化铜变红,白色硫酸铜变蓝
CO2
通入澄清石灰水中
澄清的石灰水变浑浊
CO
点燃,在火焰上方罩一个冷而干燥的小烧杯,再向烧杯内倒入澄清石灰水,振荡
发出蓝色火焰,烧杯壁上没有水珠凝结,石灰水变浑浊
依次通过灼热的氧化铜和澄清石灰水
黑色氧化铜变红,澄清的石灰水变浑浊
CH4
点燃,在火焰上方罩一个冷而干燥的小烧杯,再向烧杯内倒入澄清石灰水,振荡
发出蓝色火焰,烧杯壁上有水珠凝结,石灰水变浑浊
HCl
通入水里,滴入硝酸银溶液和稀硝酸
生成不溶解于稀硝酸的白色沉淀
H2O
通过白色的无水硫酸铜
白色无水硫酸铜变蓝
注意:
1、上述气体中氧气、二氧化碳、氯化氢、水可以直接检验,而其它气体需要转化成另外的物质后检验。
2、检验气体时先检验直接检验的气体,后检验间接检验的气体,有水存在时先检验水。
[解题策略指导]:
一定要熟知常见气体的制取、干燥、除杂、装置的连接顺序和性质的检验。
除杂和干燥的先后顺序:
①若用洗气装置除杂,一般除杂在前,干燥在后;②若用加热装置除杂,一般是干燥在前,除杂在后。
洗气瓶和干燥管中气体的进出口顺序:
①用洗气瓶除杂和干燥时,气体应长进短出;②用球型干燥管除杂或干燥时,气体应大进(即大管口进气)小出(即小管口出气),以利于气体充分干燥。
检验多种气体的先后顺序:
有多种气体需要检验时,应尽量避免前步检验对后步检验的干扰。
先检验直接检验的气体,后检验间接检验的气体,有水存在时先检验水,如被检验的气体中是否含有二氧化碳和水蒸气时,应先检验水(用无水硫酸铜检验),后检验二氧化碳(用澄清石灰水检验),最后干燥水(用浓硫酸干燥)。
记住常见物质的特征反应:
CO2能使澄清石灰水变浑浊,白色的无水硫酸铜遇H2O变蓝。
要验证H2和CO等还原性气体,可先将净化后的气体通过灼热的CuO,再检验其产物。
检验H2的存在是通过其与CuO反应生成H2O,检验H2O时一定要将产物先通过无水CuSO4检验。
要验证CO和CO2的混合气体,可先将混合气体通入澄清石灰水,后通过灼热的CuO,再检验CO。
类型之一制取气体实验装置的选择
例1.化学是一门以实验为基础的学科,化学所取得的丰硕成果,是与实验的重要作用分不开的。
结合下列实验装置图回答问题:
(1)写出图中带标号仪器的名称:
① ② 。
(2)若实验室对你开放,请从图1中选择合适的装置,制取一种你熟悉的气体。
你想制取的气体是 ,选择的发生装置是 (填序号,下同),选择的收集装置是 ,选择此收集装置的理是 。
(3)装置B虽然操作简便,但无法控制反应速率。
请从图2中选取 (填序号)取代B中的单孔塞,以达到控制反应速率的目的。
[解析]此题考查了气体制取中装置选择的问题。
反应物是固体,反应需要加热的选择A作为发生装置,固体和液体反应,反应在常温下进行的,选择B作为发生装置。
收集密度比空气大的气体,选择C装置收集,收集密度比空气小的气体,选择E装置收集,收集难溶于水的气体,选择D收集。
我们可用以上装置制取H2、O2或CO2,且均能选择B作为发生装置,收集氢气可选择DE收集,收集氧气可选择CD,收集二氧化碳只能选择C。
在图2中,能起到控制反应速率的为Ⅲ,因为注射器能控制滴加速率。
[答案]①酒精灯②长颈漏斗
(2)O2BC(或D)氧气密度比空气大(或氧气不易溶于水)(其他合理答案也可)(3)Ⅲ
变式题:
下列制取气体的方案,可以直接采用右图所示装置进行的是()
①用H2O2和MnO2制取O2②用CaCO3和稀盐酸制取CO2
③用KClO3和MnO2制取O2④用Zn和稀H2SO4制取H2
⑤用Na2CO3和H2SO4制取CO2
A.①④B.①②④C.①②⑤D.①②④⑤
类型之二实验操作的程序
例2.通过一年的化学学习,我们知道实验室中的组装仪器往往有多种用途。
根据下图所示装置回答问题。
(1)图中A装置常用于制氧气,其反应的化学方程式是________________________;
(2)若用
B装置对氧气进行干燥,则装置内放入的药品是_____________。
若在B装置中盛满水,用排水法收集(瓶口向上)一瓶氧气,气体从____端(填字母“a”、“b”)通入。
(3)某同学将实验室制得的二氧化
碳通入装有澄清石灰水的B装置,始终未出现浑浊,原因可能是_________________(答一条即可)。
[解析]本题考查气体的制备实验。
装置适用于反应物为固态,反应条件为加热的实验,若用于制氧气,其反应的化学方程式为:
2KMnO4
K2MnO4+MnO2+O2↑或2KClO3
2KCl+3O2↑;
(2)B装置可用于干燥、检验、收集气体。
若用B装置对氧气进行干燥,应加入的药品是浓硫酸,因为浓硫酸具有吸水性,且不与氧气反应;若在B装置中用排水法(瓶口向上)收集一瓶氧气,气体须从b端进入,这样便于水的排出。
如果气体从a端进入,将B装置中的水排出,液面下降,水不能继续排出,所以气体
须从b端进入。
(3)用B装置检验CO2,应长进短出,从a端进入,若澄清的石灰水始终不变浑浊,可能的原因是:
实验所用盐酸浓度大,挥发出
HCl气体,使得生成的CO2气体中混有HCl气体。
[答案]
(1)2KMnO4
K2MnO4+MnO2+O2↑碳酸氢铵受热分解
(2)浓硫酸b
(3)生成的CO2气体中混有HCl气体
变式题:
以下是我们熟悉的实验室制取气体的发生装置、收集装置以及净化装置(装置⑦中碱石灰为固体氢氧化钠和氧化钙的混合物)。
请根据装置图回答下列问题:
(1)将装置①中的固体加热时应先;若用装置⑥净化气体,则气体应从端通入(填“a”或“b”)。
(2)实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制氧气,应选用的发生装置为、收集装置为(填装置的编号),过氧化氢溶液应从中加入(填仪器名称),其中二氧化锰起作用。
(3)实验室常用加热氯化铵与氢氧化钙固体混合物的方法制取氨气。
通常情况下,氨气的密度比空气小且极易溶于水。
若要制得干燥的氨气,则装置的连接顺序为(填装置的编号)
类型
之三气体的干燥与净化
例3.将N2、CO、HCl三种混合气体依次通过NaOH溶液、浓硫酸、灼热的CuO,假设每次处理均能完全反应(或吸收)。
则最后排出的气体是()
A.N2、CO?
B.H2O(气)、N2?
?
?
?
C.N2、CO2?
?
?
D.HCI、CO
[解析]本题考查酸、碱、盐及氧化物之间的相互反应,属于中档题。
N2、CO、HCl三种混合气体依次通过NaOH溶液、浓硫酸、灼热的CuO时,发生的反应是:
HCl+NaOH====NaCl+H2OCO+CuO加热Cu+CO2故最后排出的气体是N2、CO2。
[答案]C
变式题:
【双选】某无色气体可能含有CO2、CO、H2中的一种或几种,依次进行以下实验(假设每步反应均完全进行);①通过赤热的炭层后,恢复到原状态,气体体积不变;②通过灼热的CuO时,固体变成红色;③通过白色CuS04粉末时,粉末变成蓝色晶体;④通人澄清石灰水中,石灰水变浑浊。
下列判断正确的是()
A.原混合气体中一定含有CO2、CO、H2
B.原混合气体中一定没有CO2,一定含有H2和CO
C.原混合气体中一定含有H2和CO2,可能含有CO
D.根据①④,可推断实验过程中一定有CO2生成
类型之四物质的除杂
例4.下列除杂质的方法不正确的是()
选项
物质(括号内为杂质)
除杂方法
A
N2(O2)
通过灼热的铜网
B
KCl(MnO2)
溶解、过滤、蒸发结晶
C
CO2(水蒸气)
通过盛浓硫酸的洗气瓶
D
CaO(CaCO3)
加入适量的稀盐酸
[解析]除杂质的原则是在除去杂质的同时不能引入新的杂质。
N2中混有O2,因为氮气的化学性质稳定,故可通过灼热的铜网将氧气除去;因为KCl溶于水,而MnO2不溶于水,故可采用溶解、过滤、蒸发结晶的方法;CO2中混有水蒸气,应选择不与二氧化碳反应的干燥剂,故可选择浓硫酸;而CaO中混有CaCO3,若选择稀盐酸,两种物质均能可稀盐酸反应,故不能选择稀盐酸,应选择高温煅烧的方法。
[答案]D
变式题:
下列选用的除杂试剂和实验操作都正确的是(括号内为杂质)()
A.NaCl(Na2CO3)加足量稀盐酸、蒸发、结晶
B.CaCl2(CaCO3)加足量稀硫酸、蒸发、结晶
C.Fe(Cu)加足量稀盐酸、过滤、洗涤、干燥
D.MnO2(KCl)
加足量水溶解、过滤、洗涤、干燥
1.某气体可能含有水蒸气、CO、H2中的一种或几种。
为了确定其成分,最佳的实验方案是将气体依次通过装置()
A.甲、乙、丙B.丙、乙、甲C.丙、甲、乙、丙D.丙、甲、丙、乙
2.以下各装置能完成相应实验的是()
①②③④
A.装置①:
高锰酸钾制氧气B.装置②:
由b进气收集O2或CO2气体
C.装置③:
制取氧气、氢气等气体D.装置④:
干燥,收集HCl气体
3.NO是大气污染物之一,但少量的NO在人体内具有扩张血管、增加记忆的功能。
通常状况下,NO密度比空气略大,极易与氧气反应,难溶于水。
实验室收集NO的装置是()
A.B.C.D.
4.实验室有下图所示的仪器装置。
某同学准备利用这些仪器装置及相关试剂制取氧气。
下列有关说法正确的是()
A.用高锰酸钾制氧气时需要二氧化锰作催化剂
B.用过氧化氢溶液制取氧气时可用Ⅱ作发生装置
C.可选用Ⅳ收集氧气
D.用Ⅴ收集氧气时,应从导管a通入氧气
5.欲除去下列食物中混有的少量杂质(括号内为杂质),所选试剂正确的是
A.氮气(氧气)----木炭B.氢氧化钠溶液(碳酸钠)----澄清石灰水
C.二氧化碳(一氧化碳)----氧气D.氯化钾溶液(碳酸钾)----稀硫酸
6.有一气体混合物含有二氧化碳、一氧化碳、氮气和水蒸汽四种气体,现进行如下操作,请判断所得气体的组成情况(假设每步反应都进行完全)。
(1)依次通过NaOH溶液、浓H2SO4,最后得到的气体有 (填化学式);写出发生化学反应的方程式:
。
(2)依次通过浓H2SO4、炽热的氧化铁粉末,最后得到的气体有 (填化学式);写出发生化学反应的方程式:
。
7.根据下列实验装置图,回答问题:
(1)写出标有序号的仪器名称:
①_____________,②____________;
(2)在实验室中用过氧化氢溶液和二氧化锰混合制取氧气时,其中二氧化锰起______作用,发生反应的化学方程式为_____________________________________________;
(3)实验室制取二氧化碳气体,应选择的发生装置为_________(填写装置的字母代号,下同);应选用的收集装置是___________。
检验二氧化碳是否收集满的方法是:
将燃着的木条放在__________________,观察火焰是否熄灭。
8.CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体,科学家正在研究分离出空气中的CO2,然后在催化剂作用下将CO2和H2反应合成汽油、甲醇等有机物。
请回答以下问题:
(1)实验室中可选用制取氢气的装置。
简述实验中将锌粒加入容器的方法是
(2)某同学设计右图装置分离CO2和CO。
实验开始时关闭活塞b,打开活塞a,让混合气体从导管口进入,所得纯净气体从导管c逸出(假设完全反应),此时逸出的气体是。
混合气体通人完毕后,再关闭活塞a,打开活塞b,使分液漏斗中的稀硫酸进入广口瓶,此时逸出的气体是。
9.利用下列仪器进行实验(所有装置的气密性都已检查完毕)
(1)把过氧化氢溶液缓缓加入盛有二氧化锰的容器中制取并收集氧气,完成该实验你所选用的仪器有(填字母)。
写出发生反应的化学方程式。
这种方法与“把二氧化锰加入盛有过氧化氢溶液的试管中制氧气”相比有的优点。
(2)某同学继续探究“红砖粉末是否也可以作过氧化氢分解反应的催化剂?
”实验步骤和现象如下:
他分别向两支试管中加入等质量等溶质质量分数的过氧化氢溶液,向其中一支试管加入一药匙红砖粉末,然后将两支试管中的
气体导出通入水中比较产生气泡的快慢,发现加入红砖粉末的试管中反应较快。
将反应较快的试管内固体过滤出来,洗涤、烘干、称量。
用称量后的固体重复步骤
的实验,现象与步骤
完全相同。
试回答:
步骤
中他除了选用试管外还用到上面列出的仪器有(填字母)。
步骤
的实验目的是
。
该学生认为通过上述实验已证明红砖粉末可以作过氧化氢分解反应的催化剂,但老师认为该同学的实验还缺少一个关键步骤,请指出来。
10.(眉山市)某同学用下图装置验证某混合气体中一定含有水蒸气、二氧化碳和一氧化碳三种气体(假设每步操作中,参加反应的气体都完全反应或吸收)。
罨量汛酉罢囊水
DE
(1)该同学验证三种气体一定存在。
实验进行时,若要气体从左向右流动,则这几种仪器的连接顺序应是:
混合气体→()→()→D→()→()(填A、B、C或E);
(2)B装置中观察到的现象为
(3)混合气体通过A装置发生反应的化学方程式为
11.(济宁)
(1)水煤气是将水蒸气通过灼热的焦炭而生成的气体,主要成分是一氧化碳、氢气及少量的二氧化碳和水蒸气.
某课题组同学为验证水煤气的成分,做了以下准备:
(一)资料收集:
①H2+CuO
Cu+H2O②CO+CuO
Cu+CO2③无水硫酸铜遇水由白色变为蓝色
(二)设计实验装置
请分析上面信息后回答:
①你认为验证水煤气中各成分的顺序依次是 ;
②装置C的目的是 ,装置D的作用是 ;
③装置E内观察到的现象是 ;
④实验中两次用到装置A,其目的分别是 , ;
请你设计一种尾气处理方案:
12.(2安徽省)某石灰厂需要测定石灰石样品中CaC03的质量分数。
小刚设计了下图所示装置来完成实验(杂质不与酸反应):
(1)仪器①的名称是_______。
A装置中反应的化学方程式是________________
(2)c装置应当选择I、Ⅱ中的_________(填“I”或“Ⅱ”),其作用是______________。
(3)小华提出,要使测定结果更准确,应把A装置改成上面右图所示装置,并在反应
前、后通入空气,其目的是_____________________。
13.(达州市))达州盛产天然气,有“中国气都”之称的美誉。
天然气的主要成分是甲烷(CH4),我校化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的
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