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第3讲　常见气体的实验室制备、净化和收集
1．掌握常见气体的制备原理、实验装置及其改进方法。
2．能根据气体的性质及制备原理设计实验流程。
考点1　常见气体的制备、净化、收集和尾气处理
1．气体发生装置的基本类型
制取装置 气体 反应原理
固＋固气 O2 2KClO32KCl＋3O2↑
NH3 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
固＋液气 Cl2 MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
HCl NaCl＋H2SO4(浓)NaHSO4＋HCl↑
固(块状)＋液―→气 H2 2H＋＋Zn===H2↑＋Zn2+
CO2 CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
H2S FeS＋2H＋===Fe2+＋H2S↑
固＋液―→气 O2、H2、 CO2、NH3、 Cl2、SO2、 CH≡CH O2：H2O2溶液与MnO2 H2：Zn与稀硫酸 CO2：CaCO3与稀盐酸 NH3：浓氨水与CaO Cl2：浓盐酸与 SO2：亚硫酸钠与较浓硫酸 CH≡CH：CaC2与水 (饱和食盐水)
液＋液 气 CH2===CH2 C2H5OHCH2===CH2↑＋H2O
　制备气体时，选择发生装置的依据是什么？
2．气体净化(干燥)装置
装置示意图
适用范围 试剂与杂质气体反应，与主要气体不反应；装置③用固体吸收还原性或氧化性杂质气体 杂质气体被冷却后变为液体，主要气体不变为液体
3．气体的收集方法
收集方法 收集气体的类型 收集装置 可收集的气体(举例)
排水法 难溶于水或微溶于水，且不与水反应的气体 O2、H2、NO、CO等
排空气法 向上 排空 气法 密度大于空气且不与空气中的成分反应 Cl2、SO2、NO2、CO2
向下 排空 气法 密度小于空气且不与空气中的成分反应 H2、NH3
4．尾气处理的原因、方法及装置
(1)原因：有些气体有毒或有可燃性，任其逸散到空气中，会污染空气或者引发火灾、爆炸等灾害。
(2)处理方法：一般根据气体的相关性质，使其转化为非气态物质或无毒物质，如酸性有毒气体用碱性溶液吸收，可燃性气体用点燃等措施。
(3)尾气处理装置(见图a、b、c)
5．防倒吸装置
6．常见气体典型制备装置
(1)Cl2的实验室制备
(2)SO2的实验室制备
(3)NH3的实验室制备
[备考提醒]气体制备实验的基本思路
气体的制备、净化与收集
1．根据装置和下表内的物质(省略夹持、净化以及尾气处理装置，图1中虚线框内的装置如图2所示)，其中能完成相应实验目的的是(　　)
选项 a中的物质 b中的物质 实验目的、试剂和操作
实验目的 c中的物质 进气方向
A 稀硝酸 Cu 收集贮 存NO 水 N→M
B 浓硝酸 Na2SO3 检验SO2 的氧化性 品红溶液 M→N
C 浓氨水 碱石灰 收集贮 存NH3 饱和NH4Cl 溶液 N→M
D 浓盐酸 MnO2 检验Cl2 的氧化性 Na2S溶液 M→N
2．(人教必修第二册习题改编)用如图所示装置制备氨并验证氨的还原性，其中不能达到实验目的的是(　　)
A．用装置甲生成氨
B．用装置乙干燥氨
C．用装置丙验证氨的还原性
D．用装置丁和戊分别收集氨和氮气
气体制备实验装置的连接
3．某兴趣小组设计用铁粉将NO还原为N2(同时生成FeO)，下列说法不正确的是(　　)
已知：①浓硝酸可氧化NO；②NaOH溶液能吸收NO2，不吸收NO。
A．装置的连接顺序为a→f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d
B．装置戊中发生的化学方程式为2NO＋2Fe2FeO＋N2
C．装置丁的作用是除去挥发出来的硝酸和产生的NO2
D．装置乙的作用是干燥，防止水蒸气进入戊中干扰反应
4．已知：①ClO2是一种易溶于水而难溶于有机溶剂的黄绿色气体，沸点为10.0 ℃，氧化性比氯气强；
②ClO2极易爆炸分解，若用空气、二氧化碳、氮气等气体稀释时，爆炸性降低；
③在干燥空气稀释条件下，可用干燥的氯气与亚氯酸钠(NaClO2)固体反应制备二氧化氯。
某化学课题小组在实验室用以下装置制备和收集ClO2。
(1)制备和收集ClO2时导管口的连接顺序为________________________________。
(2)装置A中导管k的作用为____________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)装置B中盛装NaClO2固体的仪器名称为__________；装置B中反应的化学方程式为_____________________________________________________________。
(4)通入干燥空气的作用是______________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[思维模型]接口连接三个细节
(1)净化装置应“长”进“短”出，如图1。
(2)量气装置应“短”进“长”出，如图2。
(3)干燥管应“粗”进“细”出，如图3。
考点2　常见仪器的组合与创新应用
1．实验仪器的“一器多用”
(1)常见实验装置的创新使用
装置 用途
测量气体的体积：长导管与另一导管连接伸入量筒底部，广口瓶中盛满水，气体“短进长出”。将广口瓶中的水排到量筒中来测量难溶于水的气体的体积(注意：在读取体积之前要通过调节量筒的高度使广口瓶内的液面与量筒内的液面相平)
安全防倒吸装置：①装置中长导管与另一导管连接伸入液体中，气体“短进长出”；②装置中，两短导管间加一长直玻璃管，气体从一个短导管进，从另一个短导管出
用于除去气体中的杂质气体或用于干燥气体，操作要求是长管进气，短管出气
瓶内注入一定量的液体，用于暂时贮存反应中产生的气体，操作要求是短管进气，长管出气。如用饱和食盐水可以储存少量Cl2
(2)球形干燥管的创新应用
装置图 解读
尾气吸收装置 (1)可用于一般尾气的吸收，如干燥管内盛碱石灰，可吸收HCl、Cl2、SO2等(如图a)； (2)可用于防倒吸装置，如极易溶于水的HCl、NH3等(如图b)
气体检验装置 如干燥管中盛装无水CuSO4时，可用于水蒸气的检验
辅助测定气体，防止外界因素干扰；定量测定气体时，有时需要考虑空气中的成分对测定产生的影响，所以在测定装置后，需接一个干燥管，目的是防止空气中的CO2、水蒸气对定量测定产生干扰
简易的发生装置 类似启普发生器原理，通过调节活塞，进而使产生的气体调控液面高度而决定反应是否继续
过滤装置 可用于水的净化等较简单的过滤
2．实验仪器的“多器一用”
(1)符合启普发生器原理的制气装置
　　　　
　　　
(2)可以测量气体体积的装置
(3)可用于冷凝或冷却的装置
(4)可用于气体干燥或除杂的装置
(5)防倒吸装置的创新(以用水吸收NH3为例)
　集气装置的创新——排液集气装置
(1)装置(Ⅰ)从________管进气________管出水可收集难溶于水的气体。若将广口瓶中的液体更换，还可以收集以下气体。
①收集Cl2——________________________________________________________。
②收集CO2——_______________________________________________________。
③收集H2S——_______________________________________________________。
④收集HCl或NH3——_________________________________________________。
(2)装置(Ⅱ)储气式集气。气体从橡胶管进入，可将液体由________瓶排入________瓶，在________瓶中收集到气体。
[备考提醒]防堵塞安全装置
实验仪器的创新使用
1．下列装置能达到实验目的的是(　　)
A．除去杂质气体CO2　B．收集并吸收多余的Cl2
C．模拟工业制备并检验氨D．吸收HCl制盐酸
2．下列装置中不能通过气压的变化控制反应的发生和停止的装置是(　　)
A B
C D
3．FeCl3(易升华)是常见的化学试剂，可通过下列实验制备FeCl3，下列说法错误的是(　　)
A．F的作用是尾气吸收，并防止空气中的水蒸气进入收集器
B．硬质玻璃管直接连接收集器的优点是不因FeCl3固体积聚而造成堵塞
C．实验室配制FeCl3溶液时应先将FeCl3固体溶于少量盐酸，再加水稀释
D．实验开始时，应先点燃D处酒精灯，后点燃A处酒精灯
[思维模型]“万能收集瓶”的使用
a口进气收集的气体密度比空气的大，如SO2、Cl2等b口进气收集的气体密度比空气的小，如H2、NH3等瓶内装水或溶液，b口进气收集气体
1．判断正误：正确的打“√”，错误的打“×”。
　　　
(1)制Cl2(　　)　　　(2)制SO2(　　)
　　　
(3)制CO2(　　)　　(4)制NH3(　　)
　　　
(5)吸收NH3(　　)　(6)吸收Cl2(　　)
　　　
(7)吸收SO2(　　) (8)收集NH3(　　)
2．(2024·河北卷)图示装置不能完成相应气体的发生和收集实验的是(加热、除杂和尾气处理装置任选)(　　)
选项 气体 试剂
A SO2 饱和Na2SO3溶液＋浓硫酸
B Cl2 MnO2＋浓盐酸
C NH3 固体NH4Cl＋熟石灰
D CO2 石灰石＋稀盐酸
用如图装置制取干燥的气体(a、b表示加入的试剂)，能实现的是(　　)
选项 气体 a b
A H2S 稀硫酸 FeS
B O2 H2O2溶液 MnO2
C NO2 浓硝酸 铁片
D NH3 浓氨水 CaO
3．(2023·北京卷)完成下述实验，装置或试剂不正确的是(　　)
A．实验室制Cl2
B．实验室收集C2H4
C．验证NH3易溶于水且溶液呈碱性
D．除去CO2中混有的少量HCl
4．(2025·河北卷)如图所示装置(加热、除杂和尾气处理装置任选)不能完成相应气体的制备和检验的是(　　)
A．电石与饱和NaCl溶液
B．Na2SO3固体与70%的浓H2SO4
C．大理石与稀HCl
D．Al2S3固体与水
实验室以CaCO3为原料，制备CO2并获得CaCl2·6H2O晶体。下列图示装置和原理不能达到实验目的的是(　　)
A．制备CO2　　　 B．收集CO2
C．滤去CaCO3　 D．制得CaCl2·6H2O
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