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高中化学常见气体的制备(1) 2


高中化学常见气体的制备

河南省淮阳第一高级中学

陈瑞

高考考纲要求
一、掌握常见气体的实验室制法 (包括试剂、仪器、原理、收集)。 二、能够灵活的运用气体制备实验 的规律和方法解决新问题。

常见的气体
H2、O2、Cl2、HCl、H2S、 CH4、 C2H4、C2H2

、NH3、 SO2 、 NO、 NO2、CO、CO2共14种气体

一、 气体制取的反应原理
固体 + 固体 加热
固体 + 液体 常温 1. O2 2KClO3 = 2KCl+3O2↑ 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ Δ MnO2 Δ = 2KMnO4 = K2MnO4+MnO2+O2↑ ?2H2O2 Δ 2H2O+O2↑
Δ 2. NH3 2NH4Cl+Ca(OH)2 = CaCl2+2NH3↑+2H2O NH3· 2O+CaO = NH3↑+Ca(OH)2 H
MnO2

3. CH4 CH3COONa+NaOH = Na2CO3+CH4↑ Δ

CaO

4. H2

Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑

5. CO2 CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O

6. H2S FeS+H2SO4(稀)=FeSO4+H2S↑

固体 + 液体 常温

7. SO2 9. NO

?Na2SO3+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2↑+H2O ?3Cu+8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Δ

8. NO2 ?Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 10. C2H2 ?CaC2+2H2O→Ca(OH)2+CH≡CH↑ 11. Cl2 ?MnO2+4HCl(浓) = MnCl2+Cl2↑+2H2O 2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O Δ 12. HCl ?NaCl(固)+H2SO4(浓)= NaHSO4+HCl↑ 强热 2NaCl(固)+H2SO4 Na2SO4+2HCl↑ 13. C2H4 ?C2H5OH
170℃ 浓H2SO4
Δ

固体 + 液体 加热

CH2=CH2↑+H2O

14. CO

HCOOH

浓H2SO4

CO ↑ +H2O

二、气体制取装置的设计
1、装置连接顺序
发生 装置 净化 装置 干燥 装置 收集 装置 吸收 装置

及反 反应 应物 条状 件态

的气 性体 质及 杂 质

选气 择体 干的 燥性 剂质

及气 密体 度水 溶 性

选气 择体 吸的 收毒 剂性

2、实验操作的先与后
A、装配仪器时:先下后上;先左后右

B、加入试剂时:先固后液
C、实验开始时:先查仪器的气密性, 再加药品,后点酒精灯; D、有些实验为防倒吸,往往最后停止加热. E、有些实验为防氧化往往最后停止通气。

F、仪器拆卸的一般过程:从右到左,自上而下,先拆主体,
后拆部件。

1、气体的发生装置
? 1.1 设计依据 反应物的状态和反应的条件 ? 1.2 装置的分类
(1)固+固 加热
① ②

可制O2、NH3、CH4等

(2)固+液(液+液)加热
可制Cl2、HCl、C2H4、 CO、NO、SO2等

(3)块固+液
(4)固+液

常温
常温





可制CO2、H2S、H2

可制CO2、H2S、H2 、O2、 NH3、C2H2等

1.2.1 固+固,加热
? 该实验装置要注意: ? (l)试管口应稍向下倾斜,以防止 产生的水蒸气在管口冷凝后倒流而 引起试管破裂。 ? (2)铁夹应夹在距试管口l/3处。 ? (3)胶塞上的导管伸入试管里面不 能太长,否则会妨碍气体的导出。

标准装置

可制O2、NH3、CH4

1.2.2 固+液(液+液),加热
? 实验时要注意:
? ①先把固体药品加入烧瓶,然后加 入液体药品,再加热。 ? ②要正确使用分液漏斗。

标准装置

可制Cl2、HCl、C2H4、 CO、NO、SO2等

1.2.2 固+液(液+液),加热

变化装置

1.2.3 固+液
? 块状固体与液体的混合物在常温下反应制备气 体可用启普发生器制备,当制取气体的量不多 时,也可采用简易装置。

标准装置

1.2.3 固+液
启普发生器变化:

1.2.3 固+液
其它装置:

2、气体的收集装置
? 2.1 判断原则
?(1)易溶或与水反应的气体:排空气法 ?(2)与空气成分反应或与空气密度相近的气体: 排水(液)法 ?(3)可溶性气体考虑用排液法 ?(4)两种方法皆可用时,排水法收集的气体较纯。

2、气体的收集装置
(1)排空气法 收集比空气 重的气体

收集比空气 轻的气体

2、气体的收集装置
(2)排水(液)法

2、气体的收集装置
(3)贮气瓶
(4)贮气袋

3、气体的净化装置
? 3.1 总原则
?(1)一般除杂在前,干燥在后。若是燃烧除杂,则干燥在 前。 ?(2)吸收剂只能吸收气体中的杂质,而不能与被提纯的气 体反应。但可与杂质气体反应生成欲净化的气体。 ?(3)除杂反应要迅速、定量,不选择可逆反应或条件苛刻 的反应。

?(4)杂质气体很难去除时,可先吸收欲净化的气体,再反 应放出欲净化的气体。
?(5)干燥剂的选择时不与被干燥的气体反应。

3、气体的净化装置
? 3.2 除杂装置
?(1)洗气瓶 ?(2)干燥管 ?(3)加热管
c d

3、气体的净化装置
? 3.2 干燥装置
? 3.2.1 干燥装置

?(1)洗气瓶 ?(2)干燥管

干燥剂的选择及使用原则
1、选择原则
①气体在被干燥的过程中不能被减少 ②不要引入新的杂质。

2、选择方法
酸性干燥剂(如:浓硫酸、P2O5等)不能用来干燥碱 酸、碱性 选择 干燥剂 据气体的 性气体; 氧化、还原性 碱性干燥剂 (如碱石灰、生石灰、固体NaOH等)不能用 来干燥酸性气体如Cl2。 干燥剂状态 干燥装置
有氧化性的干燥剂(如浓硫酸)不能干燥有还原性气体 保持一致 气体的酸碱性 干燥剂的酸碱性 (如H2S、HI等)。

3、气体的净化装置
? 3.2 干燥装置 ? 3.2.2 干燥剂的选择
液态干燥剂 固态干燥剂

装置
干燥剂

洗气瓶
浓硫酸

干燥管(球形、U形)
无水 CaCl2 P2O5 碱石灰

可干燥气 体
不可干燥 NH3 、H2S、 NH3 气体 HBr、 HI NH3
Cl2、HX、H2S、 SO2 、 NO2、CO2

4、尾气处理装置
?总原则
?(1)有毒、污染环境的气体不能直接排放。 ?(2)尾气吸收要选择合适的吸收剂和吸收装置。
?防倒吸:HCl、NH3、SO2 ?常用吸收剂:水,NaOH溶液,硫酸铜溶液

?(3)可燃性气体且难用吸收剂吸收:燃烧处理或 袋装。 直接排放 直接吸收 尾气的处理方法 防倒吸吸收 燃烧处理

4、尾气处理装置
(1)水溶解法
如:HCl、NH3等。

(2)碱液吸收法
如:Cl2、H2S、CO2、 SO2、NO2、NO等。

(3)燃烧或袋装处理法
如:CH4 、C2 H4、C2 H2、 H2、CO等。

4、尾气处理装置
(4)防倒吸吸收
标准装置
安全瓶装置

5、排水量气装置
标准 装置
注意事项: 左端水位与右 端水位相平

注意事项:

变化 装置

量筒内的水位与 水槽中水位相平 .

历年高考题选摘

从高考题型看,在第Ⅰ卷出现在选择题型 中的主要是基本实验的内容,从气体的制备, 离子的共存与识别,到物质的分离与提纯。 在第Ⅱ卷中出现的简答、填空和实验的分 析与设计,主要是考核实验的能力,如根据实 验现象和数据,对物质进行综合判断,选择和 连接实验设计所用的仪器,综合运用化学知识, 对实验设计的正确性以及对改进实验操作上的 评估。这对考核实验能力非常重要。

例1:
(1)在没有现成的CO2气体发生器的情况下,请你 选用下图中的部分仪器,装配成一个简易的、能随 开随用、随关随停的CO2气体发生装置。应选用的 仪器是(填入仪器的编号) 。 (2)若用上述装置制取CO2气体,而实验室只有稀 硫酸、浓硝酸、水、块状纯碱、块状大理石,比较 合理的方案应选用的药品是 。

答案:(a)、(c)、(d)、(e);浓硝酸、水、块状大理石。

[例2]:
利用下图所示装收集以下8种气体(图中烧瓶位置不得移 动):①H2 ②Cl2 ③CH4 ④HCl ⑤NH3 ⑥NO ⑦H2S ⑧SO2 (1)若烧瓶是干燥的,则由A口进气,可收集的气体有(用 数字表示,下同)________________. (2)若烧瓶充满水,可收集的气体有________,这时气体 由________口进入。 (3)若在烧瓶内装入浓硫酸进行干燥气体,则 可用此装置的气体有____________,这时气体 由________口进入。 (4)若烧瓶是干燥的,不能用此装置来收集的 气体是___。

【答】(1) ① ③⑤

(2)①③⑥,A
(4) ⑥

(3)①②③④⑥⑧,B

例3:

某集气瓶中充满了HI气体,试设计一个装置 表示:将这种气体排出烧瓶,并粗略证明它 确实是HI气体,写出有关反应的离子方程式。
【答】:往装有气体的瓶中注入浓磷酸,使气体排出,用 盛有适量水的烧杯吸收排出的气体(玻璃管下端接一个倒置 漏斗),一段时间以后,取少量烧杯中的溶液,测得PH值小 于7;加入用硝酸酸化的硝酸银溶液,如发现有黄色沉淀生 成,则可说明原气体是HI气体。

练习

1、利用右图和下列试剂制取下列 气体:A浓硫酸 B浓盐酸 C食盐 D二氧化锰 E氯酸钾 F过氧化氢

G高锰酸钾

H浓氨水

J氢氧化钠

试用各试剂序号回答: D、F 若要快速制备少量氧气,应选择 若要快速制备少量氯化氢,应选择 若要快速制备少量氨气,应选择
A、B H、J B、G

若要快速制备少量氯气,应选择

思考?
水蒸气通过灼热的煤之后所 产生气体是混合气体,其中含有CO、 H2、CO2、H2O(g)。请你设计一个 实验,以确认混合气体中含有CO和 H2,并画出简易装置图。


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