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(共35張PPT)
第67講　常見氣體的實驗室制備、
凈化和收集
1.了解常見氣體制備原理、裝置及改進。
2．能根據氣體的性質及制備原理設計實驗流程。
必備知識
關鍵能力
必備知識
1.氣體制備實驗的基本思路
2．重要氣體的發生裝置
依據制備氣體所需的反應物狀態和反應條件，可將制備氣體的發生裝置分為三類：
(1)固體＋固體氣體
發生裝置：
制備氣體：O2、NH3、CH4等。
(2)固體＋液體或液體＋液體氣體
發生裝置：
制備氣體：Cl2、C2H4等。
(3)固體＋液體(不加熱)―→氣體
發生裝置：
制備氣體：選擇合適的藥品和裝置能制取中學化學中常見的氣體。
3．氣體制備裝置的改進
(1)“固體＋固體氣體”裝置的改進
改進的目的：用于加熱易熔化的固體物質的分解，這樣可有效地防止固體熔化時造成液體的倒流，如草酸晶體受熱分解制取CO2氣體。
(2)“固體＋液體(不加熱)―→氣體”裝置的改進
(3)“固(液)體＋液體氣體”裝置的改進
圖A的改進優點是能控制反應液的溫度。
圖B的改進優點是使圓底燒瓶和分液漏斗中的氣體壓強相等，便于液體順利流下。
4．氣體的除雜
類型 液態干燥劑 固態干燥劑 固態干燥劑 固體，加熱
裝置
常見干燥劑 濃H2SO4(酸性、強氧化性) 無水氯化鈣(中性) 堿石灰(堿性) 除雜試劑Cu、CuO、Mg等
5.氣體的收集方法
(1)常見氣體的收集方法
收集方法 收集氣體的類型 收集裝置 可收集的
氣體(舉例)
排水法 難溶于水或微溶于水，又不與水反應的氣體 O2、H2、NO、CO等
排空氣法 向上排 空氣法 密度大于空氣且不與空氣中的成分反應 Cl2、SO2、NO2、CO2
向下排 空氣法 密度小于空氣且不與空氣中的成分反應 H2、NH3
(2)集氣裝置的創新——排液集氣裝置
①裝置(Ⅰ)：從a管進氣b管出水可收集難溶于水的氣體。
若將廣口瓶中的液體更換，還可以收集以下氣體：
飽和食鹽水——收集Cl2。
飽和NaHCO3溶液——收集CO2。
飽和NaHS溶液——收集H2S。
四氯化碳——收集HCl或NH3。
②裝置(Ⅱ)：氣體從橡膠管進入，可將水由A瓶排入B瓶，在A瓶中收集到氣體。
6．尾氣處理
(1)實驗室制取Cl2時，尾氣的處理可采用b裝置。
(2)制取CO時，尾氣處理可采用a、c裝置。
【易錯診斷】　判斷正誤，錯誤的說明理由。
第一組：判斷下列試劑使用是否正確。
1．圖1實驗室制Cl2：
____________________________________________________________。
2．圖2實驗室制SO2：
____________________________________________________________。
3．圖3實驗室制CO2：
____________________________________________________________。
4．圖4實驗室制NH3：
____________________________________________________________。
錯誤。應該用濃鹽酸，稀鹽酸與二氧化錳不反應。
錯誤。稀硫酸與銅不反應。
錯誤。稀硫酸與碳酸鈣反應生成的硫酸鈣附著在碳酸鈣表面，隔絕反應物之間的接觸，反應停止。
錯誤。加熱時NH4Cl分解生成NH3和HCl，降溫后NH3和HCl又化合為NH4Cl固體。
第二組：判斷氣體的吸收或收集方法是否正確。
1．圖1吸收NH3：
____________________________________________________________。
2．圖2吸收Cl2：
____________________________________________________________。
3．圖3吸收SO2：
____________________________________________________________。
4．圖4收集NH3：
____________________________________________________________。
錯誤。不能防止倒吸。
錯誤。應該用NaOH溶液吸收Cl2。
錯誤。應該用NaOH溶液吸收SO2。
錯誤。NH3從另一支導氣管中逸出，集氣瓶中無法收集到NH3。
關鍵能力
【教考銜接】
典例1 [2022·廣東卷，8]實驗室用MnO2和濃鹽酸反應生成Cl2后，按照凈化、收集、性質檢驗及尾氣處理的順序進行實驗。下列裝置(“→”表示氣流方向)不能達到實驗目的的是(　　)
答案：D
解析：濃鹽酸易揮發，制備的氯氣中含有HCl，可用飽和食鹽水除去HCl，Cl2可用濃硫酸干燥，A裝置能達到實驗目的，故A不符合題意；氯氣的密度大于空氣，用向上排空氣法收集，B裝置能收集氯氣，故B不符合題意；濕潤的紅布條褪色，干燥的紅色布條不褪色，可驗證干燥的氯氣不具有漂白性，C裝置能達到實驗目的，故C不符合題意；氯氣在水中的溶解度較小，應用NaOH溶液吸收尾氣，D裝置不能達到實驗目的，故D符合題意。
典例2 [2021·海南卷，2]用如圖裝置制取干燥的氣體(a、b表示加入的試劑)，能實現的是(　　)
選項 氣體 a b
A H2S 稀H2SO4 FeS
B O2 H2O2溶液 MnO2
C NO2 濃HNO3 鐵片
D NH3 濃氨水 CaO
答案：B
解析：H2S與濃硫酸反應，故不能用濃硫酸干燥，故A錯誤；發生反應2H2O2 2H2O＋O2↑，濃硫酸干燥氧氣，故B正確；鐵片和濃硝酸常溫下發生鈍化，故不能制取二氧化氮氣體，故C錯誤；氨氣與濃硫酸反應，故不能用濃硫酸干燥氨氣，故D錯誤。
典例3 [2023·全國乙卷，9]下列裝置可以用于相應實驗的是(　　)
A B C D
制備CO2 分離乙醇和乙酸 驗證SO2酸性 測量O2體積
答案：D
解析：Na2CO3固體比較穩定，受熱不易分解，所以不能采用加熱碳酸鈉的方式制備二氧化碳，A錯誤；乙醇和乙酸是互溶的，不能采用分液的方式分離，應采用蒸餾來分離，B錯誤；二氧化硫通入品紅溶液中，可以驗證其漂白性，不能驗證酸性，C錯誤；測量氧氣體積時，裝置選擇量氣管，測量時要恢復到室溫，兩邊液面高度相等，D正確。
【對點演練】
考向一　氣體的制備、凈化和收集
1．根據實驗目的設計的如下裝置的連接中，正確的是(　　)
A．制備收集C2H4：連接a→c→g
B．制備收集NO：連接b→c→e→d
C．制備收集NH3：連接b→d→e→c
D．制備收集Cl2：連接a→f→c→e→d
答案：D
解析：制備C2H4沒有控制溫度的溫度計，A錯誤；NO與O2反應，不能用排空氣法收集，B錯誤；濃硫酸吸收多余的NH3，易發生倒吸，C錯誤；飽和食鹽水除去HCl氣體，濃硫酸吸收水蒸氣，堿石灰吸收多余的Cl2，D正確。
2．實驗室合成硫酰氯要先制取干燥氯氣。制備干燥純凈的氯氣所用儀器如圖：
上述儀器的連接順序：e接____，____接____，____接____，____接____(按氣流方向，用小寫字母表示)。
d
c
a
b
i
h
g
考向二　氣體制備裝置的改進與創新
3．下列氣體發生裝置，當加入適當的塊狀固體和液體時不具有隨開隨用隨關隨停功能的是(　　)
答案：D
解析：A、B、C可以利用壓強差控制反應；D沒有隔離板，所以不能控制反應的發生與停止。
4．工業上用螢石(主要成分是CaF2)、濃硫酸、氫氧化鋁和碳酸鈉溶液通過濕法制備冰晶石，某化學實驗小組模擬工業上制取Na3AlF6的裝置圖如圖，下列敘述錯誤的是(　　)
A．該裝置均可采用由聚四氟乙烯材料制
備的儀器
B．裝置Ⅰ發生的化學反應方程式為
CaF2＋H2SO4CaSO4＋2HF↑
C．裝置Ⅲ的作用是安全瓶，防止倒吸
D．Na2CO3溶液和HF加入先后順序，先加Na2CO3溶液再通HF氣體
答案：D
解析：該裝置均可采用由聚四氟乙烯材料制備的儀器，不能用普通玻璃，會被生成的HF腐蝕，A正確；裝置Ⅰ為高沸點的硫酸制備低沸點的HF，發生的化學反應方程式為CaF2＋H2SO4CaSO4＋2HF↑，B正確；HF易溶于水且會與氫氧化鈉溶液反應，需要防倒吸，裝置Ⅲ的作用是安全瓶，防止倒吸，C正確；先通HF氣體溶解氫氧化鋁，再加Na2CO3溶液，D錯誤。
5．[2023·湖北卷，13]利用如圖所示的裝置(夾持及加熱裝置略)制備高純白磷的流程如下：
紅磷(s)無色液體與P4(g)白磷(s)
下列操作錯誤的是(　　)
A．紅磷使用前洗滌以除去表面雜質
B．將紅磷轉入裝置，抽真空后加熱外管以去除水和氧氣
C．從a口通入冷凝水，升溫使紅磷轉化
D．冷凝管外壁出現白磷，冷卻后在氮氣氛圍下收集
答案：C
解析：紅磷表面有被氧化生成的五氧化二磷，五氧化二磷可以溶于水，因此紅磷在使用前應洗滌，A正確；將紅磷轉入裝置，抽真空后加熱外管，除去紅磷表面的水分，同時除去殘余的少量氧氣，B正確；由儀器構造可知，應從b口通入冷凝水，C錯誤；白磷易被空氣中的氧氣氧化，因此在收集白磷時應將反應裝置冷卻，再在氮氣氛圍的條件下收集白磷，D正確。第67講　常見氣體的實驗室制備、凈化和收集
1.了解常見氣體制備原理、裝置及改進。
2．能根據氣體的性質及制備原理設計實驗流程。
1.氣體制備實驗的基本思路
2．重要氣體的發生裝置
依據制備氣體所需的反應物狀態和反應條件，可將制備氣體的發生裝置分為三類：
(1)固體＋固體氣體
發生裝置：
制備氣體：O2、NH3、CH4等。
(2)固體＋液體或液體＋液體氣體
發生裝置：
制備氣體：Cl2、C2H4等。
(3)固體＋液體(不加熱)―→氣體
發生裝置：
制備氣體：選擇合適的藥品和裝置能制取中學化學中常見的氣體。
3．氣體制備裝置的改進
(1)“固體＋固體氣體”裝置的改進
改進的目的：用于加熱易熔化的固體物質的分解，這樣可有效地防止固體熔化時造成液體的倒流，如草酸晶體受熱分解制取CO2氣體。
(2)“固體＋液體(不加熱)―→氣體”裝置的改進
(3)“固(液)體＋液體氣體”裝置的改進
圖A的改進優點是能控制反應液的溫度。
圖B的改進優點是使圓底燒瓶和分液漏斗中的氣體壓強相等，便于液體順利流下。
4．氣體的除雜
類型 液態干燥劑 固態干燥劑 固態干燥劑 固體，加熱
裝置
常見干燥劑 濃H2SO4(酸性、強氧化性) 無水氯化鈣(中性) 堿石灰(堿性) 除雜試劑Cu、CuO、Mg等
5.氣體的收集方法
(1)常見氣體的收集方法
收集方法 收集氣體的類型 收集裝置 可收集的 氣體(舉例)
排水法 難溶于水或微溶于水，又不與水反應的氣體 O2、H2、NO、CO等
排空氣法 向上排 空氣法 密度大于空氣且不與空氣中的成分反應 Cl2、SO2、NO2、CO2
向下排 空氣法 密度小于空氣且不與空氣中的成分反應 H2、NH3
(2)集氣裝置的創新——排液集氣裝置
①裝置(Ⅰ)：從a管進氣b管出水可收集難溶于水的氣體。
若將廣口瓶中的液體更換，還可以收集以下氣體：
飽和食鹽水——收集Cl2。
飽和NaHCO3溶液——收集CO2。
飽和NaHS溶液——收集H2S。
四氯化碳——收集HCl或NH3。
②裝置(Ⅱ)：氣體從橡膠管進入，可將水由A瓶排入B瓶，在A瓶中收集到氣體。
6．尾氣處理
(1)實驗室制取Cl2時，尾氣的處理可采用b裝置。
(2)制取CO時，尾氣處理可采用a、c裝置。
【易錯診斷】　判斷正誤，錯誤的說明理由。
第一組：判斷下列試劑使用是否正確。
1．圖1實驗室制Cl2：
_____________________________________________________________________。
2．圖2實驗室制SO2：
______________________________________________________________________。
3．圖3實驗室制CO2：
_______________________________________________________________________。
4．圖4實驗室制NH3：
_______________________________________________________________________。
第二組：判斷氣體的吸收或收集方法是否正確。
1．圖1吸收NH3：
_____________________________________________________________________。
2．圖2吸收Cl2：
_______________________________________________________________________。
3．圖3吸收SO2：
_______________________________________________________________________。
4．圖4收集NH3：
_______________________________________________________________________。
【教考銜接】
典例1 [2022·廣東卷，8]實驗室用MnO2和濃鹽酸反應生成Cl2后，按照凈化、收集、性質檢驗及尾氣處理的順序進行實驗。下列裝置(“→”表示氣流方向)不能達到實驗目的的是(　　)
典例2 [2021·海南卷，2]用如圖裝置制取干燥的氣體(a、b表示加入的試劑)，能實現的是(　　)
選項 氣體 a b
A H2S 稀H2SO4 FeS
B O2 H2O2溶液 MnO2
C NO2 濃HNO3 鐵片
D NH3 濃氨水 CaO
典例3 [2023·全國乙卷，9]下列裝置可以用于相應實驗的是(　　)
A B C D
制備CO2 分離乙醇和乙酸 驗證SO2酸性 測量O2體積
【對點演練】
考向一　氣體的制備、凈化和收集
1．根據實驗目的設計的如下裝置的連接中，正確的是(　　)
A．制備收集C2H4：連接a→c→g
B．制備收集NO：連接b→c→e→d
C．制備收集NH3：連接b→d→e→c
D．制備收集Cl2：連接a→f→c→e→d
2．實驗室合成硫酰氯要先制取干燥氯氣。制備干燥純凈的氯氣所用儀器如圖：
上述儀器的連接順序：e接____，____接____，____接____，____接____(按氣流方向，用小寫字母表示)。
考向二　氣體制備裝置的改進與創新
3．下列氣體發生裝置，當加入適當的塊狀固體和液體時不具有隨開隨用隨關隨停功能的是(　　)
4．工業上用螢石(主要成分是CaF2)、濃硫酸、氫氧化鋁和碳酸鈉溶液通過濕法制備冰晶石，某化學實驗小組模擬工業上制取Na3AlF6的裝置圖如圖，下列敘述錯誤的是(　　)
A．該裝置均可采用由聚四氟乙烯材料制備的儀器
B．裝置Ⅰ發生的化學反應方程式為
CaF2＋H2SO4CaSO4＋2HF↑
C．裝置Ⅲ的作用是安全瓶，防止倒吸
D．Na2CO3溶液和HF加入先后順序，先加Na2CO3溶液再通HF氣體
5．[2023·湖北卷，13]利用如圖所示的裝置(夾持及加熱裝置略)制備高純白磷的流程如下：
紅磷(s)無色液體與P4(g)白磷(s)
下列操作錯誤的是(　　)
A．紅磷使用前洗滌以除去表面雜質
B．將紅磷轉入裝置，抽真空后加熱外管以去除水和氧氣
C．從a口通入冷凝水，升溫使紅磷轉化
D．冷凝管外壁出現白磷，冷卻后在氮氣氛圍下收集
67講　常見氣體的實驗室制備、凈化和收集
夯實·必備知識
易錯診斷
第一組
1．錯誤。應該用濃鹽酸，稀鹽酸與二氧化錳不反應。
2．錯誤。稀硫酸與銅不反應。
3．錯誤。稀硫酸與碳酸鈣反應生成的硫酸鈣附著在碳酸鈣表面，隔絕反應物之間的接觸，反應停止。
4．錯誤。加熱時NH4Cl分解生成NH3和HCl，降溫后NH3和HCl又化合為NH4Cl固體。
第二組
1．錯誤。不能防止倒吸。
2．錯誤。應該用NaOH溶液吸收Cl2。
3．錯誤。應該用NaOH溶液吸收SO2。
4．錯誤。NH3從另一支導氣管中逸出，集氣瓶中無法收集到NH3。
突破·關鍵能力
教考銜接
典例1　解析：濃鹽酸易揮發，制備的氯氣中含有HCl，可用飽和食鹽水除去HCl，Cl2可用濃硫酸干燥，A裝置能達到實驗目的，故A不符合題意；氯氣的密度大于空氣，用向上排空氣法收集，B裝置能收集氯氣，故B不符合題意；濕潤的紅布條褪色，干燥的紅色布條不褪色，可驗證干燥的氯氣不具有漂白性，C裝置能達到實驗目的，故C不符合題意；氯氣在水中的溶解度較小，應用NaOH溶液吸收尾氣，D裝置不能達到實驗目的，故D符合題意。
答案：D
典例2　解析：H2S與濃硫酸反應，故不能用濃硫酸干燥，故A錯誤；發生反應2H2O2 2H2O＋O2↑，濃硫酸干燥氧氣，故B正確；鐵片和濃硝酸常溫下發生鈍化，故不能制取二氧化氮氣體，故C錯誤；氨氣與濃硫酸反應，故不能用濃硫酸干燥氨氣，故D錯誤。
答案：B
典例3　解析：Na2CO3固體比較穩定，受熱不易分解，所以不能采用加熱碳酸鈉的方式制備二氧化碳，A錯誤；乙醇和乙酸是互溶的，不能采用分液的方式分離，應采用蒸餾來分離，B錯誤；二氧化硫通入品紅溶液中，可以驗證其漂白性，不能驗證酸性，C錯誤；測量氧氣體積時，裝置選擇量氣管，測量時要恢復到室溫，兩邊液面高度相等，D正確。
答案：D
對點演練
1．解析：制備C2H4沒有控制溫度的溫度計，A錯誤；NO與O2反應，不能用排空氣法收集，B錯誤；濃硫酸吸收多余的NH3，易發生倒吸，C錯誤；飽和食鹽水除去HCl氣體，濃硫酸吸收水蒸氣，堿石灰吸收多余的Cl2，D正確。
答案：D
2．答案：d　c　a　b　i　h　g
3．解析：A、B、C可以利用壓強差控制反應；D沒有隔離板，所以不能控制反應的發生與停止。
答案：D
4．解析：該裝置均可采用由聚四氟乙烯材料制備的儀器，不能用普通玻璃，會被生成的HF腐蝕，A正確；裝置Ⅰ為高沸點的硫酸制備低沸點的HF，發生的化學反應方程式為CaF2＋H2SO4CaSO4＋2HF↑，B正確；HF易溶于水且會與氫氧化鈉溶液反應，需要防倒吸，裝置Ⅲ的作用是安全瓶，防止倒吸，C正確；先通HF氣體溶解氫氧化鋁，再加Na2CO3溶液，D錯誤。
答案：D
5．解析：紅磷表面有被氧化生成的五氧化二磷，五氧化二磷可以溶于水，因此紅磷在使用前應洗滌，A正確；將紅磷轉入裝置，抽真空后加熱外管，除去紅磷表面的水分，同時除去殘余的少量氧氣，B正確；由儀器構造可知，應從b口通入冷凝水，C錯誤；白磷易被空氣中的氧氣氧化，因此在收集白磷時應將反應裝置冷卻，再在氮氣氛圍的條件下收集白磷，D正確。
答案：C

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