重难点03 常见气体的实验室制取-2019-2020学年高一化学重难点探究（人教版2019必修第二册） 试卷

2019-2020学年高一化学重难点探究（人教版2019必修第二册）

重难点03  常见气体的实验室制取

方法探究

一、氨的实验室制法

1．试剂的选择：考虑操作方便、安全，铵盐一般用氯化铵或硫酸铵，碱一般用Ca(OH)2，不用NaOH，因为后者易潮解且成本高。

2．氨气的发生装置与制取氧气的装置相同。氨气的验满方法：可用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，如果试纸变蓝，则氨气已满(或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，如果产生白烟，则氨气已满)。用碱石灰(CaO和NaOH混合物)干燥氨气，不能用浓硫酸、CaCl2(因为可生成CaCl2·8NH3)干燥氨气。

3．实验室快速制取氨气的方法：用浓氨水和固体NaOH反应或直接加热浓氨水。

【特别提醒】(1)实验室制取氨气的注意事项

①试剂的选择：考虑操作方便、安全，铵盐一般用氯化铵或硫酸铵，碱一般用Ca(OH)2，不用NaOH，因为后者易潮解，成本高。

②发生装置的试管口略向下倾斜。

③加热温度不宜过高，并用酒精灯外焰由前向后逐渐加热。

④棉花团上蘸有稀硫酸，可防止空气对流又可防止氨气逸出污染空气。

⑤吸收尾气(NH3)时防止倒吸。

(2)实验室快速制取氨气的试剂与装置

(3)氨气的干燥装置

通常用碱石灰干燥氨气，不能用五氧化二磷、浓硫酸和无水氯化钙干燥。

二、常见气体的实验室制取

1.气体制备实验的基本思路

2.重要气体的发生装置

依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将制备气体的发生装置分为三类：

(1)固体＋固体气体

发生装置：

制备气体：O2、NH3等。

(2)固体＋液体或液体＋液体气体

发生装置：

制备气体：Cl2等。

(3)固体＋液体(不加热)―→气体

发生装置：

制备气体：选择合适的药品和装置能制取中学化学中常见的气体。

3.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先除易除的杂质气体。

(2)气体干燥净化装置

当CO2中混有O2杂质时，应选用上述Ⅰ～Ⅳ中的Ⅳ装置除O2，除杂试剂是Cu粉。

4.气体的收集方法

5.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饱和食盐水——收集Cl2。

②饱和NaHCO3溶液——收集CO2。

③饱和NaHS溶液——收集H2S。

④四氯化碳——收集HCl或NH3。

装置(Ⅱ)储气式集气。气体从橡胶管进入，可将水由A瓶排入B瓶，在瓶A中收集到气体。

6.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溶液吸收，可燃性气体用点燃等措施。

(3)尾气处理装置(见下图a、b、c)

①制取Cl2时，尾气的处理可采用b装置。

②制取CO时，尾气处理可采用ac装置。

③制取H2时，尾气处理可采用ac装置。

对于氨气等极易溶解的气体，在处理吸收时，要注意防倒吸（见下图）

典例剖析

下列实验装置正确的是（    ）

A．制取并检验二氧化硫

B．制取并收集氧气

C．制取氢气

D．实验室制氯气

【答案】D

【解析】A．尾气吸收装置错误，应该用浸有碱液的棉花团吸收多余的二氧化硫，A错误；

B．收集装置错误，由于氧气的密度大于空气的密度，则收集氧气时应长进短出，B错误；

C．制取NH3的药品选择错误，氯化铵受热分解，遇冷又化合成NH4Cl，不能用加热氯化铵的方法制备氨气，C错误；

D．实验室利用MnO2和浓盐酸加热制备Cl2，D正确。

答案选D。

精选习题

1．（2020·曲靖市马龙区第二中学高一期末）广口瓶被称为气体实验的“万能瓶”，是因为它可以配合玻璃管和其它简单仪器组成各种功能的装置。下列各图中能用作安全瓶防倒吸装置的是

A． B． C． D．

【答案】B

【解析】A．该装置是排液量气装置，故A错误；

B．该装置可作为安全瓶防倒吸，因为进气管较短（刚漏出瓶塞）若发生倒吸，倒吸液会被盛装在B 瓶中，不会再倒流到前一装置，从而防止倒吸，故B正确；

C．该装置是混气装置，进入C 瓶中两气体在C 瓶中充分混合，故C错误；

D．该装置是洗气装置，故D错误；

故选B。

2．（2020·赤峰二中高一月考）下列实验或操作方法正确的是（  ）

A．制取NH3 B．制作红色喷泉

C．收集NH3 D．制取碳酸氢钠

【答案】B

【解析】A．氯化铵分解生成NH3和HCl，NH3与HCl在试管口能够快速发生反应生成NH4Cl，因此不能达到制备NH3的实验目的，故A错误；

B．NH3极易溶于水，且水溶液呈碱性，能够使酚酞溶液变红，因此能够实现实验目的，故B正确；

C．此收集气体装置为密闭体系，氨气进入烧瓶后不能把空气排出，也就无法通过排气法收集到纯净的氨气，故C错误；

D．CO2与氨气和饱和食盐水的混合液反应，生成碳酸氢钠，因此，CO2气体应从右侧导气管通入，这样气体和溶液才能充分接触，吸收效果好，故D错误；

故答案为：B。

3．（2020·涟水县第一中学高一开学考试）实验室收集NO、NO2两种气体，下列收集方法正确的是(  )

A．均可用排水法 

B．均可用向上排空气法

C．NO用向上排空气法，NO2用排水法 

D．NO用排水法，NO2用向上排空气法

【答案】D

【解析】A.NO2气体能与水反应产生硝酸和NO，不能用排水法收集，A错误；

B.NO与O2反应产生NO2，所以NO不能用排空气方法收集，B错误；

C.NO与O2反应产生NO2，NO2气体能与水反应产生硝酸和NO，所以NO不能用向上排空气法，NO2不能用排水法收集，C错误；

D.NO难溶于水，因此可以用排水法收集；NO2与空气不反应，密度比空气大，所以可用向上排空气法，D正确；

故合理选项是D。

4．（2020·嘉祥县第一中学高一期中）实验室里可按如图所示的装置来干燥、收集气体 R，多余的气体 R 可用水吸收，则气 体 R 是 （    ）

A．HCl B．Cl2 C．NH3 D．CO2

【答案】C

【解析】【分析】由装置图可知，该气体可以用固体干燥，气体密度比空气小，多余气体可用水吸收，以此分析。

【详解】A. HCl气体密度大于空气，不能用向上排空气法收集气体，故A错误；

B. Cl2气体密度大于空气，不能用向上排空气法收集气体，且Cl2在水中溶解度不大，不能用水吸收，故B错误；

C. NH3可以用碱石灰干燥，气体密度比空气小，可以用向上排空气法收集，气体极易溶于水，可以用水吸收，故C正确；

D. CO2气体密度大于空气，不能用向上排空气法收集气体，且CO2在水中溶解度不大，不能用水吸收，故D错误；

答案选C。

5．（2020·河北省石家庄二中高一月考）表中a、b、c表示相应仪器中加入的试剂，可用如图所示装置制取、净化、收集的气体是(　　)

【答案】B

【解析】A. 因NH3的密度比空气的小，不能用图示装置收集，收集方法不合理，故A错误；

B. Na2SO3与70%的浓硫酸反应生成SO2，SO2中混有的H2O用98%的浓H2SO4除去，收集装置合理，故B正确；

C. NO与空气中的氧气反应，则不能用图示装置收集NO，应利用排水法收集，故C错误；

D. NO2被NaOH溶液吸收，收集不到NO2，故D错误；

故选B。

6．（2020·山东省高一期末）如图装置可以达到实验目的的是

【答案】D

【解析】【分析】X之前的装置为发生装置，而集气瓶不能进行加热；X和Y装置为除杂装置，Y之后的装置为气体的收集装置，其中导管长进短出，为向上排空气法收集气体。

【详解】A.用MnO2和浓盐酸制取Cl2需要加热条件，图示装置不能完成，故A错误；

B.用Na2SO3与浓盐酸制取SO2，二氧化硫气体中会混有氯化氢气体，应用饱和的亚硫酸氢钠进行除杂，若用亚硫酸钠，二氧化硫会与亚硫酸钠发生反应，故B错误；

C.氢气的密度比空气的密度小，所以应用向下排空气法进行收集，而图示方法用的是向上排空气法，故C错误；

D.碳酸钙与稀盐酸反应生成的二氧化碳气体中混有氯化氢气体，可以用饱和的碳酸氢钠进行除杂，后进行干燥可得到纯净的二氧化碳，故D正确；

综上所述，答案为D。

7．图中装置可以用来发生、洗涤、干燥、收集(不考虑尾气处理)气体。该装置可用于 (       )

A．锌和盐酸生成氢气

B．二氧化锰和浓盐酸生成氯气

C．碳酸钙和盐酸生成二氧化碳

D．浓氨水和烧碱制取氨气

【答案】A

【解析】A、锌和盐酸反应生成的氢气可以用水除去挥发出来的氯化氢气体，可以用浓硫酸干燥，可以用向下排空气法收集，因此该装置可用于锌和盐酸反应制取氢气，故A正确；

B、二氧化锰和浓盐酸生成氯气，反应需加热，氯气和水反应，氯气比空气重应用向上排气法收集，故B错误；

C、二氧化碳的密度比空气大，不能用向下排空气法收集，因此该装置不能用于碳酸钙和盐酸反应制取二氧化碳，故C错误；

D、氨气极易溶于水，能和浓硫酸反应，不能用浓硫酸干燥氨气，因此该装置不能用于浓氨水和烧碱混合制取氨气，故D错误；

答案选A。

8．（2020·重庆万州龙驹中学高一月考）如图1为实验室制取氨的实验装置。

（1）写出A中所发生反应的化学方程式___。

（2）NH3在一定条件下可与O2反应生成一种无色气体，该气体遇空气迅速变红棕色，请写出相关反应的化学方程式___，___。

（3）在收集氨时试管口棉花的作用是___。

（4）一位学生用制得的氨，按图2装置进行喷泉实验，烧瓶已充满干燥的氨气，引发喷泉实验的操作____。

（5）另一学生积极思考产生喷泉的其他方法，设计了图3装置。首先在锥形瓶中分别加入足量的下列物质，反应后产生喷泉的是______。

A．CaCO3粉末和浓盐酸

B．NH4HCO3溶液与稀NaOH溶液

C．HCl和AgNO3溶液

D．HCl和酚酞溶液

该同学又向锥形瓶中加入酒精，水槽中加入冷水后，再加入足量的下列物质，结果也产生了喷泉。水槽中加入的物质可以是______。

A．硝酸铵    B．食盐     C．浓硫酸     D．硫酸铜

【答案】(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O   

(2)NH3+5O2=4NO+6H2O    2NO+O2=2NO2   

(3)减少与空气的对流，保证试管中能收集满氨气   

(4)打开橡皮管的夹子，挤压胶头滴管的胶头，使少量的水进入烧瓶   

(5)A    C   

【解析】【分析】(1)为制取氨气的装置，收集氨气的试管口需要棉花；(2)气体遇空气能迅速变红棕色，原气体是NO；(6)图3要想产生喷泉，必须生成大量气体；(7)如果放出大量热量，也能增大气体压强，产生喷泉。

【详解】(1)实验室制氨气2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3＋2H2O 。

(2) NH3在一定条件下可与O2反应生成一种无色气体，该气体遇空气迅速变红棕色，该气体是NO，所以NH3+5O2=4NO+6H2O。

(3) NO遇空气迅速变红棕色，所以2NO+O2=2NO2 。

(4)收集氨时试管口棉花的作用是减少与空气的对流，保证试管中能收集满氨气。

(5)引发喷泉实验的操作是打开橡皮管的夹子，挤压胶头滴管的胶头，使少量的水进入烧瓶，只要水进入烧瓶，气体溶于水导致压强减小，产生喷泉。

(6)要想产生喷泉，必须生成大量气体，A选项能产生大量二氧化碳。

(7)加入浓硫酸，放出大量热导致压强增大，产生喷泉。

【点睛】

氨气的制取分为工业制法、简易制法、实验室制法，不能混淆；喷泉实验的原理是内外产生压强差。

9．实验室采用下列方法制取NH3：

①固体Ca(OH)2与NH4Cl共热。

②NH4HCO3固体中加NaOH固体(过量)，常温下即能产生NH3；装置如图。

③NaOH固体中加入浓氨水。

④NH4Cl浓溶液中加生石灰。

请回答下列问题：

(1)写出②方法制取氨气的化学方程式___________________________。

(2)说明③方法制取氨气的原理：_____________，为什么此法不加热？ __________。

(3)请从下面的仪器中选择④方法制取氨气的发生装置________(写字母，要求使用仪器最少、合理)。

写出用NH4Cl浓溶液与生石灰反应制取氨气的理由：__________。

(4)某同学设计了如图装置收集氨气，下列说法不正确的是________(填字母)。

A．收集氨气的原理是向下排空气法

B．干燥管的作用是防止倒吸

C．当烧杯中的水变红时证明氨气已收集满

D．该装置会形成红色喷泉

【答案】（1）NH4HCO3+2NaOH=Na2CO3+NH3↑+2H2O   

（2）氢氧化钠溶于水放出大量热，且溶液中氢氧根离子浓度增大，抑制氨气的溶解，溶液温度升高，氨气的溶解度减小，氨气从溶液中逸出    因为氢氧化钠溶于水产生大量的热   

（3）D    CaO＋H2O=Ca(OH)2，消耗水并放热，Ca(OH)2和NH4Cl受热发生反应：Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O   

（4）D   

【解析】【分析】（1）碳酸氢铵与氢氧化钠固体反应生成碳酸钠和氨气、水；
（2）依据氢氧化钠溶于水放出大量热，且溶液中氢氧根离子浓度增大，抑制氨气的溶解，溶液温度升高，氨气的溶解度减小，氨气从溶液中逸出解答；
（3）依据反应物状态和反应条件选择发生装置；生石灰溶于水生成氢氧化钙，且放出大量的热，氢氧化钙与氯化铵反应生成氨气，氨气受热挥发，据此解答；

（4）A．氨气的密度小于空气密度，且和氧气不反应；
B．有缓冲作用的装置能防止倒吸；
C．氨水溶液呈碱性，碱遇酚酞试液变红色；
D．该装置不能形成红色喷泉。

【详解】(1)固体NH4HCO3与NaOH在常温下反应产生碳酸钠、水、氨气，反应的化学方程式为：NH4HCO3+2NaOH=Na2CO3+NH3↑+2H2O；

(2)在氨水中存在化学平衡和电离平衡：NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-，将氨水加入到固体NaOH中时，NaOH溶解电离产生OH-，电离平衡逆向移动，c(NH3·H2O)增大，化学平衡逆向移动，分解产生氨气，而且NaOH固体溶解放出热量，降低氨气在水中的溶解度，会加快一水合氨的分解作用，从而得到更多的氨气；

(3)④NH4Cl浓溶液中加生石灰，物质的状态为固体与液体混合制取气体，反应不需要加热，所以应选择装置D为发生装置；生石灰溶于水生成氢氧化钙，且放出大量的热，氢氧化钙与氯化铵反应生成氨气，反应方程式为：Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O，氨气受热挥发，因此可以制取氨气；

(4)A.氨气的密度比空气小，在室温下与空气的成分不能反应，所以可以用向下排空气方法收集氨气，A正确；

B.干燥管由于容积较大而具有缓冲作用，因此能防止倒吸，B正确；

C.若氨气收集满，就会通过导气管进入到烧杯的水中，与烧杯内的水反应产生一水合氨，一水合氨电离产生OH-而使水显碱性，碱遇酚酞试液就变红色，C正确；

D.干燥管有缓冲作用，烧杯中液体不能进入烧瓶中，因而不能形成红色喷泉，D错误；

故合理选项是D。

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1．（2016·全国Ⅰ）氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。回答下列问题：

（1）氨气的制备

①氨气的发生装置可以选择上图中的_________，反应的化学方程式为_______________。

②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→______(按气流方向，用小写字母表示)。

（2）氨气与二氧化氮的反应

将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。

【答案】（1）A(或B)    2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+ CaCl2+2H2O(或B  NH3·H2ONH3↑+H2O)    d→c→f→e→i   

（2）红棕色气体慢慢变浅    8NH3+6NO27N2 +12H2O    Z中NaOH溶液产生倒吸现象    反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压   

【解析】(1)①实验室可以用加热固体氯化铵和氢氧化钙的方法制备氨气，反应物状态为固体，反应条件为加热，所以选择A为发生装置，反应方程式为Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O，也可以选择装置B用加热浓氨水的方法制备氨气，反应方程式为NH3·H2ONH3↑+H2O，故答案为A (或B)；Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O(或B  NH3·H2ONH3↑+H2O)；

②实验室制备的氨气中含有水蒸气，氨气为碱性气体，应选择盛有碱石灰的干燥管干燥气体，氨气极易溶于水，密度小于空气密度，所以应选择向下排空气法收集气体，氨气极易溶于水，尾气可以用水吸收，注意防止倒吸的发生，所以正确的连接顺序为：发生装置→d→c→f→e→i；故答案为d→c→f→e→i；

(2)打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢充入Y管中，则氨气与二氧化氮发生归中反应 生成无色氮气，所以看到现象为：红棕色气体慢慢变浅；根据反应8NH3+6NO27N2+12H2O以及装置恢复至室温后气态水凝聚可判断反应后气体分子数减少，Y装置内压强降低，所以打开K2在大气压的作用下Z中NaOH溶液发生倒吸，故答案为红棕色气体慢慢变浅；8NH3+6NO27N2 +12H2O；Z中NaOH溶液产生倒吸现象；反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压。