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第23讲　常见气体的制备、除杂、收集、尾气处理
第五章　非金属及其它化合物
复习要点　1.掌握常见气体H2、CO2、CO、Cl2、SO2、NO、NO2、NH3的制备原理、 装置及仪器、除杂、收集和尾气处理。2.以气体制备为载体，讨论气体的性质及物质 制备、实验操作。
核心要点
1. 气体发生装置
（1）设计原则
根据制备原理（化学方程式）、反应物状态和反应所需条件、制取气体的量等因素来 设计反应装置。
（2）气体发生装置的基本类型
制取装置 气体 反应原理
O2
NH3
制取装置 气体 反应原理
Cl2
HCl
制取装置 气体 反应原理
H2
CO2
H2S
制取装置 气体 反应原理
O2、H2、
CO2、NH3、
Cl2、SO2、
CH≡CH O2：H2O2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KMnO4
SO2：亚硫酸钠与较浓硫酸
CH≡CH：CaC2与水（饱和食盐水）
制取装置 气体 反应原理
2. 气体的除杂方法
（1）除杂试剂选择的依据：主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱 性、氧化性、还原性。
除杂原则：①不损失主体气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④先 除易除去的杂质气体；⑤先除杂后干燥。
（2）气体干燥、净化装置
类型 液态干燥剂 固态干燥剂 固体加热
装置
常见干燥或
除杂试剂 浓硫酸（具有酸性 和强氧化性） 无水氯化钙（呈中性）、碱 石灰（呈碱性） Cu、CuO、Mg等
（3）常见干燥剂及其应用
类型 液态干燥剂 固体干燥剂
装置 洗气瓶 球形干燥管或U形管
常见干燥剂 浓硫酸 无水氯化钙 碱石灰
可干燥的
气体 H2、O2、Cl2、SO2、CO2、 CO、CH4、N2等 H2、O2、Cl2、 SO2、CO2、 CH4、HCl等 N2、H2、O2、CH4、 NH3等
不可干燥的 气体 NH3、H2S、HBr、HI等 NH3等 Cl2、HCl、H2S、 SO2、CO2、NO2等
例如，当CO2中混有O2杂质时，应选用上述装置中的装置Ⅳ除O2，除杂试剂是Cu粉。
3. 气体的收集方法
（1）常见气体的收集方法
收集方法 排水法 向上排空气法 向下排空气法
气体特性 不溶于水 不与空气反应且密度比 空气的大 不与空气反应且密度比空气
的小
收集装置
实例 O2、H2、NO、 C2H2、CH4、 C2H4等 O2、H2S、CO2、NO2、Cl2、HCl、SO2等 NH3、CH4、H2等
（2）集气装置的创新——排液集气装置
装置Ⅰ：从a管进气，b管出水可收集难溶于水的气体，如H2、O2等。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。
饱和食盐水
饱和NaHCO3溶液
饱和NaHS溶液
四氯化碳
4. 尾气处理方法
（1）有毒和有污染的尾气必须适当处理。常见装置仪器有：
①吸收溶解度较小的尾气（如Cl2、H2S等）用装置A。
②吸收溶解度较大的尾气（如HCl、NH3等）用装置B或C。
③CO等气体可用点燃或收集于塑料袋（气球）中的方法除去，如装置D或E。
（2）防倒吸装置的理解与应用
①肚容式：吸收NH3、HCl等易溶于水的气体时，常用倒置的小漏斗、干燥管、双耳 球等防倒吸，装置如图所示：
②分液式：把导气管末端插入气体溶解度小的液体中，不会发生倒吸，气体进入上层 液体被充分吸收。像HCl、NH3均可用如图所示装置吸收：
5. 气体制备过程中反应条件的控制
（1）排气方法
防止空气中的成分O2、CO2、水蒸气干扰实验，常用其他稳定的气体（如N2）排尽装 置中的空气；有时也可充分利用反应产物气体（如NH3、Cl2、SO2）等排尽装置中的 空气。
（2）控制气体的流速及用量
①用分液漏斗控制液体滴加的速度和用量。
②观察气泡，控制气流速度，如图1，可通过观察气泡
得到N2、H2的体积比约为1∶2的混合气。
③平衡气压如图2所示，用长玻璃管平衡气压，防堵塞。
（3）压送液体
根据装置的密封性，让反应生成气体或消耗气体，产生压强差，将液体压入或倒流入另一反应容器。例如制备Fe（OH）2。
（4）温度控制
①控制低温的目的：减少某些反应物或产品分解，如H2O2；减少某些反应物或产品挥 发，如盐酸、氨水等；防止某物质水解，避免副反应发生等。
②采取加热的目的：增大反应速率或使平衡移动，加速溶解等。
③常考温度控制方式
水浴加热：均匀加热，反应温度100 ℃以下。
油浴加热：均匀加热，反应温度100～260 ℃。
冰水冷却：使某物质液化、降低产物的溶解度；减少其他副反应，提高产品纯度等。
实战演练
题组一　常见气体制备、除杂、收集、尾气处理装置
A. 电石与饱和NaCl溶液
B. Na2SO3固体与70％的浓硫酸
C. 大理石与稀盐酸
D. Al2S3固体与水
C
解析：电石与饱和NaCl溶液反应制备C2H2，C2H2中含有不饱和键，可使酸性KMnO4 溶液褪色，能完成相应气体的制备和检验，A不符合题意；Na2SO3固体与70％的浓硫 酸反应制备SO2，SO2可使酸性KMnO4溶液褪色，能完成相应气体的制备和检验，B不 符合题意；大理石与稀盐酸反应制备CO2，CO2不可使酸性KMnO4溶液褪色，不能完 成相应气体的检验，检验通常用澄清的石灰水，C符合题意；Al2S3固体遇水水解生成 Al（OH）3和H2S，H2S可使酸性KMnO4溶液褪色，能完成相应气体的制备和检验，D 不符合题意。
题组二　气体制备流程
2. （2026 齐齐哈尔模拟）三氯化铬（CrCl3）是常用的媒染剂和催化剂，易潮解，易 升华，高温下易被氧气氧化。实验室用Cr2O3和CCl4（沸点76.8 ℃）在高温下制备无 水CrCl3，同时生成COCl2气体。实验装置（加热及夹持装置略）如图所示。
已知：COCl2气体有毒，遇水发生水
解产生两种酸性气体。
（1）仪器F的名称是 。
解析：（1）仪器F是球形干燥管；
球形干燥管
（2）实验装置合理的连接顺序为
a→ 。
ef→bc→gh→d
解析：（2）三氯化铬易潮解，易升华，高温下易被氧气氧化，所以实验过程中要确 保装置内不能存在氧气和水蒸气，A装置的作用是干燥N2，E装置用N2将CCl4导入装 置参与反应，F装置作用是防止水蒸气进入反应装置，C装置作用是收集产物，D装置 是处理COCl2尾气，B装置是发生装置。整个反应流程先用干燥的N2排除装置内空 气，然后再通入N2将CCl4气体带入装置，与B中的Cr2O3反应，生成COCl2有毒气体与 D装置中NaOH溶液反应而进行吸收处理，为防止D装置中水蒸气进入反应装置，还在 C和D装置中间加一个干燥装置F；根据上述分析可知，实验装置合理的连接顺序为 a→ef→bc→gh→d；
（3）装置B中反应的化学方程式为 。
（4）装置C左侧的导管较粗，这样设计的原因是
。
解析：（4）已知CrCl3易升华，装置C作用是凝华收集CrCl3，CrCl3固体容易堵塞导管，所以左侧导管较粗；
升华的CrCl3遇冷后会凝华，防止其堵塞导管
（5）装置D中反应的离子方程式为 。
（6）测定CrCl3产品的纯度，实验如下：
②样品中无水三氯化铬的质量分数为 ％（结果保留小数点后两位）。
当最后半滴Na2S2O3溶液滴入，溶液蓝色刚好褪
去，且半分钟内不恢复
88.76
解析：（6）①该滴定实验是利用Na2S2O3和I2的反应，应该用淀粉作为指示剂，所以 滴定终点的判断依据是当最后半滴Na2S2O3溶液滴入，溶液蓝色刚好褪去，且半分钟 内不恢复；
限时跟踪检测
限时跟踪检测（二十三）　常见气体的制备、除杂、收集、尾气处理
选项 气体（杂质） 除杂试剂 收集方法
A NH3（H2O） 浓硫酸 向下排空气法
B C2H2（H2S） CuSO4溶液 向上排空气法
C Cl2（HCl） NaOH溶液 排水法
D NO（NO2） 水 排水法
D
解析：NH3是碱性气体，不能用浓硫酸除去NH3中的H2O，A错误；可以用CuSO4溶液 除去C2H2中的H2S，但乙炔的密度与空气的密度接近，不能用排空气法收集，B错 误；Cl2和HCl都可以和NaOH溶液反应，不能用NaOH溶液除去Cl2中的HCl，Cl2能够 和水反应，不能用排水法收集Cl2，C错误；NO2和水反应生成NO，可以用水除去NO 中的NO2，NO不和水反应，可以用排水法收集，D正确。
A. 实验室利用A装置及相关试剂制备Cl2
B. 实验室可以用B装置收集O2、H2、CO、NO、CH4等
C. 实验室利用C装置可验证NH3极易溶于水且溶液呈碱性
D. 实验室利用D装置可除去CO2中混有的少量HCl、SO2或HNO3蒸气
D
解析：实验室利用二氧化锰与浓盐酸在加热的条件下的反应制取Cl2，A正确；O2、 H2、CO、NO、CH4等均与水不反应，可用排水法收集，B正确；NH3极易溶于水造成 内外气压差产生喷泉，溶液显红色说明NH3的水溶液呈碱性，C正确；除去CO2中混 有的少量HCl、SO2或HNO3蒸气等酸性比碳酸强的酸性气体应用饱和碳酸氢钠溶液， D错误。
D
选项 a中试剂 b中试剂 c中试剂 实验目的
A 浓硫酸 Cu 品红溶液 验证SO2具有漂白性
B 浓氨水 碱石灰 浓硫酸 制备纯净的NH3
C 稀盐酸 Na2CO3 Na2SiO3
溶液 验证元素非金属性强弱：Cl＞C＞Si
D Na2CO3溶液 饱和硼酸溶液 澄清石灰水 验证酸性强弱H2CO3＞H3BO3
解析：常温下，浓硫酸和铜不反应，故A不符合题意；氨是碱性气体，不能用浓硫酸 干燥氨，故B不符合题意；稀盐酸是无氧酸，盐酸和碳酸钠反应生成二氧化碳，不能 证明非金属性：Cl＞C；锥形瓶b中生成的二氧化碳气体中含有氯化氢，氯化氢能与硅 酸钠反应生成硅酸沉淀，c中出现白色沉淀不能证明非金属性：C＞Si，故C不符合题 意；碳酸钠溶液和饱和硼酸溶液混合，不能放出二氧化碳气体，证明酸性强弱： H2CO3＞H3BO3，故D符合题意。
选项 A B C D
气体 O2 SO2 C2H4 Cl2
试剂 H2O2溶液、MnO2 Cu、浓H2SO4 CH3CH2Br、 NaOH的水溶液 稀盐酸、MnO2
收集方法 向上排空气法 排水集气法 排水集气法 向下排空气法
解析：利用H2O2溶液和MnO2反应制备氧气，且氧气密度大于空气，可利用向上排空 气法收集，选项A正确；二氧化硫易溶于水，不能用排水法收集，选项B错误； CH3CH2Br和NaOH的水溶液共热反应生成乙醇而不能制得乙烯，选项C错误；MnO2 与稀盐酸不反应，应用浓盐酸与之共热制氯气，选项D错误。
A
A. 制取并收集乙酸乙酯 B. 制取并验证乙炔的性质
C. 利用氯气制备漂白液和氯酸钠， 可在中间试管得到漂白液 D. 利用硫酸的酸性制备氯化氢，分液漏斗中 溶液不能换成磷酸
B
解析：右侧试管中应为饱和碳酸钠溶液，且长导管不能插入液面以下，以防倒 吸，A错误；用硫酸铜溶液除杂质H2S等，用高锰酸钾检验乙炔，B正确；中间 试管得到氯酸钠，右边试管得到漂白液，C错误；磷酸是难挥发性酸，能替换 H2SO4溶液，D错误。
B
选项 气体 试剂 制备装置 收集方法
A NH3 NH4Cl a e
B Cl2 MnO2＋浓盐酸 c d
C SO2 Cu＋浓硫酸 b d
D NO2 Cu＋浓硝酸 b f
解析：实验室采用Ca（OH）2和NH4Cl共热制备NH3，只加热NH4Cl制备不了NH3，A 不符合题意；实验室采用MnO2和浓盐酸共热的方法来制备Cl2，故可选用装置c，氯 气的密度比空气的大，采用向上排空气法收集，选用装置d，B符合题意；Cu与浓硫 酸需在加热情况下才能反应制得SO2，应选用装置c，SO2的密度比空气的大，采用向 上排空气法收集，选用装置d，C不符合题意；Cu和浓硝酸反应不需要加热，故可选 择装置b，但NO2与水会反应，不能采用排水法收集，D不符合题意。
A. 可用饱和食盐水代替水减小反应速率
B. 装置B中CuSO4溶液的作用是作干燥剂
C. 乙炔反应后，装置C中的试剂瓶会出现分层现象
D. 装置D中可用酸性高锰酸钾溶液吸收尾气
B
解析：制取乙炔时，为了减小反应速率，可用饱和食盐水代替水，A项正确；制取的 乙炔气体中含有硫化氢，则硫酸铜溶液的作用是除去杂质硫化氢等，不是作干燥剂， B项错误；反应后生成的丙烯氰为无色透明微溶于水的液体，装置C中会出现分层现 象，C项正确；D中溶液除去尾气中乙炔、HCN，而乙炔含有碳碳三键，HCN具有较 强的还原性，二者都可以被高锰酸钾溶液氧化，可以用酸性高锰酸钾溶液进行尾气处 理，D项正确。
C
选项 制备气体 反应试剂 除杂试剂 装置
A NH3 碱石灰＋浓氨水 浓硫酸 a、d
B Cl2 MnO2＋浓盐酸 饱和NaCl溶液 b、d
C C2H4 浓硫酸＋乙醇 NaOH溶液 c、d
D C2H2 电石＋饱和食盐水 酸性KMnO4溶液 b、d
解析：氨可以与硫酸反应，NH3不可用浓硫酸干燥，A错误；MnO2和浓盐酸需加热才 能制备Cl2，B错误；浓硫酸和乙醇在加热到170 ℃时可以生成乙烯，可以用氢氧化钠 除去副反应产生的二氧化碳和二氧化硫，C正确；乙炔可以被酸性高锰酸钾氧化，乙 炔不可用酸性KMnO4溶液除杂，D错误。
A. 装置A中的药品是氯化铵固体
B. 装置B和装置D均只起到干燥作用
C. 实验时先点燃C处酒精灯，再点燃A处酒精灯
D. 装置E中黑色粉末变成红色，证明有氢气生成
D
解析：氯化铵固体受热分解生成氨和HCl气体，二者遇冷又会反应生成氯化铵，不能 通过加热氯化铵的方法制备氨，A错误；装置B的作用是干燥，装置D除了干燥还有防 止NH3进入E的作用，B错误；实验时，应先点燃A处酒精灯再点燃C处酒精灯，排尽 装置内的空气，C错误；氢气和CuO在加热条件下反应生成红色的Cu单质，装置E中 黑色粉末变成红色，证明有氢气生成，D正确。
A. 合成阶段，装置2和6均需冷水浴；提纯阶段，装置6需加热
B. 装置4的作用为吸收未反应的Br2
C. 合成阶段，从装置8逸出的气体可直接排放；提纯阶段，装置9收集满产品后需将缩细处烧封
D. 为提高冷凝效果，可将装置7更换为球形冷凝管
B
解析：合成阶段，装置2需热水浴使液溴挥发为溴蒸气，与氢气在装置3中发生化合反 应，故A错误；装置4用于除去溴化氢中的溴蒸气，故B正确；合成阶段，从装置8逸 出的气体含有溴化氢，不能直接排放，故C错误；蒸馏装置中不能使用球形冷凝管， 容易造成液体残留，故D错误。
11. （2026 湘豫名校第三次模拟）二氯化二硫（S2Cl2）是一种黄色至略微红的液 体，有剧毒。向熔融的硫中通入限量的氯气即可生成S2Cl2，进一步氯化则会得到 SCl2。
已知：Ⅰ.S2Cl2、SCl2、S的部分性质如下：
物质 水溶性 密度/（g cm－3） 熔点/℃ 沸点/℃
S2Cl2 遇水即水解生成HCl、SO2、S 1.687 －80 135.6
SCl2 遇水即水解生成HCl、SO2、S 1.621 －78 59 ℃时分解
S — — 112.8 444.6
Ⅱ.Ksp（AgCl）＝1.8×10－10、Ksp（Ag2CrO4）＝1.12×10－12，Ag2CrO4为砖红 色沉淀。
下列是某兴趣小组制备S2Cl2并分析其纯度的实验，回答下列问题：
（1）S2Cl2所有原子满足最外层8电子稳定结构，其电子式为 。
3S↓
（3）兴趣小组利用如下装置制备S2Cl2。
①A、B、C装置中均用到的玻璃容器的名称是 。
圆底烧瓶
③装置的正确连接顺序是e→j→k→h→i→
→f（按气流流出方向）。
8H2O
c→d→a→b
除去过量的氯气，
装置与S2Cl2反应
防止环境污染；防止空气中的水蒸气进入A
解析：（3）①A、B、C装置中均用到的玻璃容器是圆底烧瓶；
③根据题意，S2Cl2制备实验的顺序是制备Cl2→除HCl→干燥→制S2Cl2→收集S2Cl2→ 防水→尾气处理，故装置连接顺序是e→j→k→h→i→c→d→a→b→f（→g）（按气流 流出方向）；④该实验中碱石灰既要除去氯气，防止环境污染，也要防止空气中的水 蒸气进入收集装置，使之与S2Cl2反应，故其作用是除去过量的氯气，防止环境污 染；防止空气中的水蒸气进入A装置与S2Cl2反应。
（4）S2Cl2（所含杂质为SCl2）纯度的测定：准确称取1.35 g所得产品溶于水，加入Ba （OH）2溶液调节pH至9.0左右，过滤后将滤液配成250.00 mL溶液，用移液管量取 25.00 mL溶液放入锥形瓶中，加入几滴K2CrO4溶液，用0.10 mol L－1的AgNO3溶液滴 定，平行滴定三次，平均消耗AgNO3溶液的体积为20.40 mL。
③S2Cl2的纯度为 （保留三位有效数字）。
当滴入最后半滴AgNO3溶液时，白色沉淀中出现砖红色，
且半分钟内砖红色未消失
93.6％
②实验中，当Cl－达到滴定终点后，再滴入AgNO3溶液，即生成砖红色的Ag2CrO4沉 淀，故滴定终点的判断依据是当滴入最后半滴AgNO3溶液时，产生砖红色沉淀，且半 分钟内砖红色未消失；
③S2Cl2及SCl2均会与水反应产生Cl－，故该题计算时可利用氯原子守恒进行计算。设 原1.35 g产品中S2Cl2为x mol，SCl2为y mol，结合题意可得：135x＋103y＝1.35，2x ＋2y＝0.10×20.40×10－3×10，解得x≈0.009 36 mol，最终得到其纯度约为
12. （2026 湘潭模拟）硝酸锰可用于制备电子元件和金属表面磷化处理，学习小组用 下列装置和试剂制备Mn（NO3）2并测定其纯度。已知：Ksp［Mn（OH）2］＝ 1.9×10－13、Ksp［Fe（OH）2］＝4.9×10－17、Ksp［Fe（OH）3］＝2.8×10－39。回答 下列问题：
②硝酸与Mn反应时生成NO和NO2，NO和NO2的物质的量之比为1∶1，该反应的化学方程式为 。
圆底烧瓶
提供热量并将生成的硝酸吹入装置C中，
使之与金属反应
（1）制备Mn（NO3）2。
④实验结束后，向装置C所得混合液中加入MnO，充分反应后，过滤、洗涤、将滤液 和洗涤液合并，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到产品。加入MnO的作 用为 。
打开装置E中的活
塞K，由此向试剂瓶中通入足量的空气或O2
调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀而除去
解析：（1）①装置B为圆底烧瓶，由实验目的和原理推知，装置A用于制备水蒸气， 水蒸气通入装置B中提供热量并将生成的硝酸吹入装置C中与金属反应，装置D用于防 止装置E中的液体倒吸。
③尾气处理时，欲使氮氧化物均转化为NaNO3，需要加入氧化剂，可采取的措施为打 开装置E中的活塞K，由此向试剂瓶中通入足量的空气或O2。
④锰片中含有的Fe在实验中转化为Fe3＋，实验结束后向装置C所得混合液中加入 MnO，可调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀而除去。
（2）测定产品的纯度：准确称量m g产品，配成100 mL溶液，取25.00 mL所配溶液加 入滴定管中，取25.00 mL c mol L－1 KMnO4标准溶液于洁净的锥形瓶中，用所配产品 溶液进行滴定，达到滴定终点时消耗产品溶液17.90 mL。
①滴定反应原理为 （用离子方程式表 示，滴定反应中生成MnO2）。
③产品中Mn（NO3）2的质量分数为
（用含c、m的代数式表示）。
滴入最后半滴产品溶液时，溶液变为无色，且半分钟内不
恢复原色
②利用KMnO4的颜色变化来指示终点，达到滴定终点的现象为滴入最后半滴产品溶 液时，溶液变为无色，且半分钟内不恢复原色。

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