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一、二氧化碳的实验室制法
1.原理
用石灰石和稀盐酸反应:CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑。
注意:
(1)液体不能用稀硫酸,因为稀硫酸与碳酸钙反应会生成微溶于水的硫酸钙,硫酸钙覆盖在大理石的表面,使反应逐渐停止。
(2)也不能用浓盐酸,因为浓盐酸易挥发,挥发出氯化氢气体,而使制得的二氧化碳气体不纯。
(3)固体不能用碳酸钠代替大理石,因为碳酸钠与盐酸反应太剧烈,使生成的气体不易收集,同时,碳酸钠相对于大理石来说价格较高,不经济。
结论:在实验室里制取二氧化碳,最佳药品是用大理石或石灰石和稀盐酸反应,二者反应速率适中、药品价格廉价易得,制得的气体比较纯净。
2.实验室制取二氧化碳装置的选择
(1)反应物的状态:固体物质和液体物质。
(2)反应条件:不需要加热。
综合以上条件,选择如下图所示装置制取二氧化碳
甲 乙
装置的注意事项:
(1)甲中长颈漏斗来注入盐酸,长颈漏斗下端必须伸入液面以下。
(2)乙中固定试管时,试管口竖直向上,试管底部与铁架台面接触。乙中导管伸入发生装置内不能太长,更不能伸入液面以下。
2.收集装置的选择
收集二氧化碳可根据它的性质去考虑。因为二氧化碳能溶于水,并且部分能与水反应生成碳酸,故不用排水法收集。又因为二氧化碳的密度比空气的大,故可以用向上排空气法(收集密度比空气大,能溶于水的气体)收集二氧化碳。
4.实验步骤
(1)按装置图组装好仪器;
(2)检查装置的气密性;
(3)装入块状药品大理石或石灰石;
(4)从长颈漏斗中加入稀盐酸;
(5)收集气体。
(6)气体的验满。
制取二氧化碳的操作步骤也可简化为:连(连接仪器、组装实验装置)→查(检查装置的气密性)→加(加入固体药品)→倒(倒入液体药品)→定(用铁架台固定仪器装置)→收(用向上排空气法收集,导管要伸到集气瓶的底部,且瓶口还要盖上玻璃片)。
5.检验与验满
检验方法:将制得的气体通入澄清的石灰水,若澄清石灰水变浑浊,则是二氧化碳。
验满方法:用点燃的木条,放在集气瓶口,木条熄灭。证明已集满二氧化碳气体。
二、二氧化碳与氧气实验室制法的比较
二氧化碳的实验室制法
氧气的实验室制法
反应原理
CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
2KClO32KCl+3O2↑
2H2O22H2O+O2↑
发生装置
过氧化氢制氧气
收集方法
向上排空气法
向上排空气法或排水法
检验
将气体通入澄清石灰水,若其变浑浊,则该气体是CO2
用带火星的木条伸入瓶中,若木条复燃,则为O2
验满
将燃着的木条放在集气瓶瓶口,若燃着的木条立即熄灭,则CO2已集满
将带火星的木条放在集气瓶瓶口,若木条复燃,则O2已集满
三、实验室制取气体的思路
1.方法的选择
确定实验室制取气体的化学反应时,应考虑以下几个方面的因素:
(1)原料要容易获得;
(2)实验条件要易于控制;
(3)实验装置易于装配;
(4)实验操作安全可靠;
(5)实验速度适中;
(6)易于收集纯净的气体。
2.发生装置的选择
发生装置的选择:由反应物状态及反应条件决定。
(1)固体+固体气体,用如图A所示装置。
注意:
①试管口略向下倾料。
②导管不能伸入试管太长,以刚好露出胶塞为宜。
(2)固体+液体或液体+液体气体,用如图B、C、D或E所示装置。
注意:长颈漏斗的下端管口必须插入液面以下,用液体密封,防止生成的气体从长颈漏斗口逸出。使用分液漏斗可以控制滴液速率,分液漏斗通过活塞控制反应,下端管口不必在液面下。带有多孔隔板的装置可以通过止水夹控制反应的发生和停止。
(3)固体+液体或液体+液体气体,用如图所示装置。
3.收集装置的选择
收集方法及装置的选择:由气体的密度及溶解性决定。
(1)排水法
凡是不易溶于水也不与水反应的气体均可用此法收集,该法收集的气体较纯净,但含有水分。
、
(2)排空气法
①向上排空气法:密度比空气大、不与空气中成分反应的气体,如氧气、二氧化碳等。
②向下排空气法:密度比空气小、不与空气中成分反应的气体,如甲烷、氢气等。
4.实验室制取气体的实验操作顺序
实验室制取气体在选择好药品、仪器后操作的一般顺序为:
①组装仪器:一般按从下到上,从左到右的顺序进行组装;
②检查装置气密性;@
③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;
④准备收集装置:若用排水法收集气体,应在制取气体之前将集气瓶盛满水;
⑤制取气体;
⑥收集气体并验满;
⑦拆洗仪器。
考向一 二氧化碳的实验室制取
典例1 实验室制取二氧化碳,可直接采用的发生装置是
A. B.
C. D.
【答案】A
1.(2017·绍兴)图甲为制取和收集二氧化碳的家庭实验装置,左边部分带小孔的眼药水瓶,下部可浸入和离开白醋。以控制反应进行与停止,它相当于乙图中的______(选填字母)装置;该装置虚线框中应选用乙图中的______(选填字母)装置来收集CO2气体;检验CO2气体是否集满的方法是______________________________________________________________________。
考向二 气体发生装置、收集装置的选择
典例2 (2017·广州)分液漏斗是化学实验室一种常用的仪器,可用于滴加液体或分离互不相溶的两种液体,实验室部分装置如A~D所示。
(1)实验室用KMnO4制取O2的化学方程式为_______________________________________。
(2)实验室制取气体通过反应物状态、反应条件等选用相应的反应装置,请完成下表空格。
制取的气体
反应物
反应条件
反应装置(填字母)
O2
KClO3固体
催化剂MnO2固体、加热
____________
H2O2溶液
催化剂MnO2固体、常温
C或D
CO2
_______和_______
常温
_______或_______
N2
NH4Cl饱和溶液与NaNO2 饱和溶液
加热
_______
(3)关于装置C和D的下列说法正确的是___________。(双项选择)
A.装置C发生反应时,分液漏斗下端必须浸没在液体中。
B.装置D发生反应时,长颈漏斗下端必须浸没在液体中
C.装置C和D的气密性检查的操作方法相同
D.装置C和D均可用于制取一定量的H2(药品为稀硫酸和锌粒)
【答案】(1)2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
(2)A O2 大理石和稀盐酸 C或D B
(3)BD
2.(2017·青岛)根据下列装置图填空:
(1)写出上图中标有序号的仪器名称:①_________;②_________。
(2)实验室制取气体时,组装好仪器后,应先_________,再添加药品。
(3)实验室用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳时,应选用的发生装置是_________(选填装置序号), 该反应的化学方程式为____________________________________。
(4)实验室选择气体发生装置时,应考虑的因素是__________________和__________________。
1.实验室里用向上排空气法收集CO2,依据的CO2性质是
A.密度 B.颜色
C.气味 D.熔点
2.检验二氧化碳是否收集满的方法是
A.将带火星的木条伸到集气瓶口
B.将燃着的木条伸至集气瓶口
C.向集气瓶中加入澄清石灰水
D.将燃着的木条伸入集气瓶中
3.某气体常温下不与空气中的成分反应,密度比空气小,极易溶于水,以下收集该气体的方法正确的是
4.一次性鉴别出空气、氧气、二氧化碳三瓶无色气体的最好方法是
A.将燃着的木条分别伸入集气瓶中
B.分别滴入紫色的石蕊试液
C.分别滴入酚酞试液
D.分别滴入适量的石灰水
5.集气瓶被誉为“万能瓶”,如下图装置是其中的一种。当被收集的气体从a口进入时,瓶内空气从b口排出,相当于向上排空气法收集气体。现若将被收集的气体从b口进入,则它可收集的气体为
①H2 ②O2 ③CO2
A.只有① B.只有②和③
C.只有③ D.①②③均可
6.下列有关实验室制取二氧化碳的方法不合理的是
A.二氧化碳能溶于水也能与水反应,不可用排水法收集
B.通常情况下二氧化碳密度大于空气,能用向上排空气法收集
C.在发生装置中加入块状石灰石和稀硫酸
D.此反应在常温下即可迅速发生,故该气体发生装置不需要加热
7.对下列实验中出现的异常现象,分析合理的是
A.制取CO2气体时,始终收集不到CO2——收集CO2的集气瓶没盖严
B.加热高锰酸钾制取氧气时,试管破裂——试管口略朝下倾斜
C.细铁丝在氧气中燃烧时,集气瓶炸裂——用于引燃的火柴过长
D.验证空气中氧气含量时,进入集气瓶中的水少于1/5——气密性不好
8.如图是小完成CO2的制取、收集和验满的主要操作过程,其中需要纠正的是
9.实验室制取CO2,一般有五个步骤:①按实验要求组装好仪器;②向长颈漏斗中注入稀盐酸;③检查装置的气密性;④向反应容器中放入大理石块;⑤收集气体。正确的操作顺序,
A.①②③④⑤
B.③①②④⑤
C.①③④②⑤
D.④②①③⑤
10.甲、乙两同学在实验室制取CO2和O2时,无论选择什么药品,他们都能选用的装置是
11.结合图示实验装置,回答下列问题。
(1)图中a仪器的名称:____________。
(2)用高锰酸钾制氧气化学方程式是___________________________。选用的发生装置是_______,收集装置可以是 _______(从“D”、“E”、“F”中选择)。
(3)实验室用A装置制备CO2时,反应的化学方程式是_______________________________,若用G装置收集CO2,则气体应从__________端通入(填“c”或“d”)。
(4)实验室常用来制取氢气的实验药品选用_____________________,其反应原理的基本反应类型是__________。使用C装置制取氢气的优点是__________________,则锌粒应放在_____处(填“e”或“f”)。
12.如下图所示的实验装置,请按要求完成下列空白。
(1)写出图中标有①②的仪器名称:①______________;②______________。
(2)小强想用高锰酸钾制取纯净的氧气,他应选择上述装置中的_______和_______(填字母)进行组装。你认为A装置中还缺少_____________________。当氧气收集满并取出集气瓶后,停止该实验的正确操作步骤是先_______________________________后______________________________。
(3)小红同学要制取并收集CO2应选择_______和_______(填字母)进行组装;实验室中选择气体发生装置时,应考虑的因素是_____________________和____________________。
(4)实验室在常温下用块状电石与水反应制取微溶于水的乙炔气体,该反应必须严格控制加水速度,以免剧烈反应放热引起发生装置炸裂。要控制加水速度,你认为B装置应如何改进才符合要求_____________________________________________________________。
1.[2017·湖州]实验室为了收集干燥的二氧化碳气体,让制取的气体先后经过甲、乙两装置。下列关于甲、乙两装置导管的连接方式正确的是
A.a接c B.a接d
C.b接c D.b接d
2.[2017·郴州] 一氧化氮气体是一种无色、无味、有毒且难溶于水的气体,能与空气中的氧气迅速反应。下列是实验室收集一氧化氮气体的正确方法是
A.向上排空气法
B.向下排空气法
C.排水法
D.以上方法都可以
3.[2017·南京]实验室制取某些气体的装置如图。下列说法正确的是
A.装置①和⑤组合可以用来制取氧气
B.装置②和③组合可以用来制取氢气
C.装置②和④组合可以用来制取二氧化碳
D.装置②可以较好地控制反应速率
4.[2017·苏州]实验室常用块状大理石和稀盐酸制取CO2气体。
(1)写出实验室制取CO2的化学方程式:_____________________________________________。
(2)若用如图所示装置(固定装置省略)制CO2。连接好装置后,需检查装置的气密性。具体操作方法是:先_______________(填字母,下同),后_______________若导管口有气泡,放手后导管内上升一段稳定的水柱,则气密性良好。
A.用手捂住试管
B.将导管一端浸入水中
(3)实验窒收集CO2可用的方法是_______(填字母)。
A.排水法
B.向下排空气法
C.向上排空气法
(4)实验室常用澄清石灰水检验CO2,写出反应的化学方程式:____________________。
(5)某些大理石中含少量硫化物,使制得的CO2中混有H2S气体。欲获取纯净、干燥的CO2,需对发生装置中产生的气体进行除杂,实验装置如下:
查阅资料:I.H2S能与NaOH等碱溶液、CuSO4溶液反应。
Ⅱ.CO2中混有的HCl气体可用饱和NaHCO3溶液吸收。
①装置甲中所盛试剂应选用_______(填字母)。
A.浓硫酸
B.NaOH溶液
C.澄清石灰水
D.CuSO4溶液
②装置丙的作用是_______________________________________________。
5.[2017·庆阳]下图所示的仪器常用于实验室制取气体。请回答下列问题:
(1)仪器⑧的名称是______________。
(2)欲使用高锰酸钾制取氧气,应选择的仪器组合(不含收集装置)是(填序号)_________________,反应的化学方程式为______________________________。用排水法收集氧气的原因是___________________________。如果要做铁丝在氧气中燃烧的实验,收集氧气时要在瓶底留一些水,其原因是________________________________。
(3)实验室制取并收集二氧化碳气体,选择的仪器组合是(填序号)_________________,反应原理用化学方程式表示为______________________________________。将制得的二氧化碳气体通入紫色石蕊溶液,观察到的现象是_________________________。
6.[2017·深圳]我国著名化学家侯德榜先生发明了“侯氏制碱法”,其原理中重要的一步是向饱和食盐水中先后通入足量NH3和CO2制备NaHCO3,化学方程式:NaCl+ NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl。
某兴趣小组在实验室模拟该过程,请结合具体的步骤回答下列问题:
I.气体制备
(1)二氧化碳气体制备
实验室常采用石灰石与稀盐酸反应制备CO2,其化学方程式为___________________________________。应选择的气体收集装置为______(选填装置对应的字母)。
(2)氨气制备
实验室常用硫酸吸收氨气,防止污染空气,实验室制备NH3的反应原理为:Ca(OH)2(固)+2NH4Cl(固)CaCl2+2H2O+2NH3↑。现要制备并干燥NH3,所选装置的正确连接顺序为_____→______(选择装置对应的字母)。
II.NaHCO3制备
物质
NaHCO3
NH4Cl
溶解度/g(20℃)
9.6
37.2
(3)根据表格中的溶解度数据,解释20 ℃产物中NaHCO3能够先从溶液中结晶析出的原因________________________________________________________。
(4)该过程中另一产物NH4Cl在农业生产中常被用作______________。
1.【答案】A C 将燃着的木条置于矿泉水瓶口,观察是否熄灭
2.【答案】(1)酒精灯 集气瓶
(2)检查装置的气密性
(3)B CaCO3 +2HClCaCl2+ CO2↑ + H2O
(4)反应物的状态 反应条件
【解析】(1)图中标仪器①的名称是酒精灯,仪器②的名称是集气瓶。(2)实验室制取气体时,组装好仪器后,应先检查装置的气密性,再添加药品。以免导致药品浪费、收集不到气体。(3)实验室用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳时,应选用固液常温型的发生装置B,该反应的化学方程式为CaCO3 21世纪教育+2HClCaCl2+CO2↑+H2O。(4)选择发生装置需考虑是因素是,反应物的状态和反应条件。加热固体制取气体,选择发生装置为A,固体和液体常温下反应制取气体应选用的发生装置为B。选择收集装置需考虑气体的密度,是否与空气的成分反应,气体在水中的溶解性。
1.【答案】A
【解析】二氧化碳的密度比空气大,因此实验室里用向上排空气法收集CO2。故选A。
2.【答案】B
【解析】A、带火星的木条伸到集气瓶口是氧气验满的方法,错误;B、燃着的木条伸到集气瓶口,火焰熄灭证明二氧化碳已集满,正确;C、向集气瓶中加入澄清石灰水是检验该气体是否是二氧化碳的方法,不是验满的方法,错误;D、将燃着的木条伸入集气瓶中可以检验该气体是否是氧气,不是二氧化碳验满的方法,错误。故选B。
3.【答案】B
【解析】气体常温下不与空气中的成分反应,密度比空气小,可以采用向下排空气法进行收集;极易溶于水,不能采用排水法进行收集。故选B。
4.【答案】A
5.【答案】A
【解析】根据题意被收集的气体从a口进入时,瓶内空气从b口排出,相当于向上排空气法收集气体,可知:将被收集的气体从b口进入,相当于向下排空气法收集气体,即比空气密度小的气体。三种气体中比空气密度小的气体只有H2。故选A。
6.【答案】C
【解析】A、排水法适宜收集难溶于水的气体,二氧化碳能溶于水也能与水反应,不可用排水法收集,正确;B、通常情况下二氧化碳密度大于空气,能用向上排空气法收集,正确;C、在发生装置中加入块状石灰石和稀硫酸,因生成微溶于水的硫酸钙会使反应自动停止,错误;D、此反应在常温下即可迅速发生,故该气体发生装置不需要加热,正确。故选C。
7.【答案】D
【解析】A、制取二氧化碳时,始终收集不到气体,可能是由于装置漏气所引起,而收集时集气瓶没盖严,并不影响气体的收集,分析不合理;B、若试管口略朝下倾斜不会引起试管的炸裂,分析不合理;C、细铁丝在氧气中燃烧时,为了防止高温生成物直接落在瓶底而使瓶底炸裂,而在集气瓶底放少量水或铺一层沙,防止集气瓶底炸裂,可能是由于集气瓶底没留水或未铺沙,与引燃火柴过长无关,引燃火柴过长只会造成氧气的大量消耗,分析不合理;D、验证空气中氧气含量时,需要装置的气密性要好,而进入水的量少于1/5,则可能是由于气密性不好所造成,分析合理。故选D。学¥
8.【答案】D
9.【答案】C
【解析】制取二氧化碳的操作步骤是:连(连接仪器、组装实验装置)→查(检查装置的气密性)→加(加入固体药品)→倒(倒入液体药品)→定(用铁架台固定仪器装置)→收(用向上排空气法收集,导管要伸到集气瓶的底部,且瓶口还要盖上玻璃片)。故选C。
10.【答案】C
【解析】CO2和O2的密度都大于空气,都可以用向上排空气法收集,故选C。
11.【答案】(1)分液漏斗
(2)2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ B D或E
(3)CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O d
(4)锌和稀盐酸(或稀硫酸) 置换反应 可以随时控制反应的发生和停止 e
【解析】(1)图中a仪器的名称为分液漏斗。(2)用高锰酸钾固体制氧气,是加热固体制取气体的方法,选用的发生装置是A,反应方程式为2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑。氧气的密度比空气的大,可以用向上排空气法收集,氧气难溶于水可以用排水法收集。收集装置可以是D或E。(3)实验室制取二氧化碳时,碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳、水,反应方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑;如用E装置收集CO2,因二氧化碳密度大于空气,故气体应从d端通入。(4)实验室常用来制取氢气的实验药品选用锌和稀盐酸(或稀硫酸),改用C装置(多孔隔板用来放块状固体)代替B装置的优点是可以随时控制反应的发生与停止。关闭弹簧夹,气体增多,压强增大,试管内液面下降,下降到隔板下方后,固体和液体分离,反应停止;打开弹簧夹,气体减少,压强变小,漏斗内液面下降,试管内液面上升,当固体与液体接触时,反应开始。则锌粒应放在隔板上,即e处。
12.【答案】(1)铁架台 长颈漏斗
(2)A D 在试管口放一团棉花 从水中取出导气管 熄灭酒精灯
(3)B C 药品的状态 反应的条件
(4)将B中长颈漏斗换成分液漏斗
1.【答案】A
【解析】浓硫酸具有吸水性,二氧化碳密度比空气大。为了收集干燥的二氧化碳气体,让制取的气体先后经过甲、乙两装置。甲装置为干燥装置,导管应长进短出;乙装置为收集装置,因二氧化碳的密度大于空气,用向上排空气法收集,长进短出。故甲、乙两装置导管的连接方式正确的是a接c。故选A。
2.【答案】C
【解析】一氧化氮气体是一种无色、无味、有毒且难溶于水的气体,能与空气中的氧气迅速反应。收集一氧化氮气体的正确方法是排水法,因与空气中的成分反应,不能采用排空气法收集。故选C。
3.【答案】A
【解析】A、用高锰酸钾加热制取氧气选择装置①,因为氧气不易溶于水可用装置⑤收集,正确;B、因为氢气的密度比空气的小,不能采用向上排空气法收集气体,错误;C、因为二氧化碳的密度比空气的大,不能用向下排空气法收集,错误;D、装置②只能方便液体药品的加入,不能控制反应速率,错误。故选A。
4.【答案】(1)CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
(2)B A
(3)C
(4)CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+ H2O
(5)①D
②除去CO2中的水蒸气或干燥CO2
5.【答案】(1)长颈漏斗
(2)③④⑥⑨ 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ 氧气不易溶于水 防止瓶底被炸裂
(3)①②⑦⑧(或①②⑥⑧⑨) CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑ 石蕊溶液变红
【解析】(2)高锰酸钾制取氧气采用“固固加热型”装置,所以发生装置应选择③④⑥⑨,反应的化学方程式为2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑;氧气不易溶于水所以可以用排水法收集氧气;做铁丝在氧气中燃烧的实验,收集氧气时要在瓶底留一些水,其原因是防止铁丝燃烧生成的高温熔融物炸裂集气瓶瓶底。(3)实验室制取二氧化碳气体采用“固液不加热型”装置,所以制取并收集二氧化碳气体应选择①②⑦⑧(或①②⑥⑧⑨);化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑;将制得的二氧化碳气体通入紫色石蕊溶液,二氧化碳溶于水生成碳酸,碳酸可以使紫色石蕊溶液变为红色,所以观察到的现象是石蕊溶液变红。
6.【答案】(1)CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑ C
(2)B F
(3)20 ℃时NaHCO3的溶解度小
(4)氮肥
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