1. 漏析实验现象,错失隐含条件。
【例1】 观察下图中有关操作和现象,判断下列叙述正确的是( )。
A. 集气瓶中的气体可能是CO2
B. 集气瓶中的气体可能是空气
C. 集气瓶中的气体可能是O2
D. 集气瓶中的气体可能是N2
【解析】 由图中实验现象可知:集气瓶中的气体不能支持木条持续燃烧,由此可排除B、C两项。集气瓶口向上放置,说明瓶内气体的密度大于空气,而N2的密度小于空气,故D项被排除,故选A。
【答案】 A
【误区纠错】 不能忽视题图所给信息,集气瓶正放说明气体密度比空气的大,木条熄灭说明瓶中气体不支持燃烧。
2. 木条混用,验证、验满分不清。
【例2】 图(Ⅰ)是实验室制取二氧化碳气体的装置。请你运用所学化学知识回答下列问题:
(1)图中仪器①的名称是 ,仪器②的名称是 。
(2)在实验室里,常用 和大理石反应制取二氧化碳气体,不用Na2CO3代替大理石作反应原料的原因是 。
(3)小红根据实验室制取二氧化碳气体的反应原理,设计了装置Ⅱ。你认为,装置Ⅱ与装置Ⅰ相比较,装置 (填"Ⅰ"或"Ⅱ")更好一些。理由是 。
为了探究二氧化碳气体的性质,她将二氧化碳气体通入澄清石灰水中,观察到有白色沉淀产生,该反应的化学方程式为 。
(4)在实验室里,常用 法收集二氧化碳气体。小红又设计了如下三种不同方法验证二氧化碳气体是否收集满。你认为,选择 装置更为合理。
【解析】 实验室常用稀盐酸和大理石或石灰石制取CO2气体,而不用浓盐酸,因为浓盐酸易挥发出氯化氢气体,使制得的CO2不纯;不能用稀H2SO4代替稀盐酸,因为稀H2SO4和石灰石反应生成微溶的CaSO4会覆盖在石灰石的表面阻碍反应继续进行;不能用Na2CO3粉末代替大理石或石灰石,因为反应速率太快,不利于CO2的收集,不便于操作。制取CO2的装置是"固-液 常温型"装置,使用(Ⅰ)中的长颈漏斗可随时添加酸液;使用(Ⅱ)中的分流漏斗可逐滴加入酸液,便于控制反应的速率和总液量,故装置Ⅱ比Ⅰ更好些。根据CO2的密度比空气大且能溶于水的性质,常用向上排空气法收集CO2。用向上排空气法收集CO2气体时,需要进行验满操作。验满时应将燃着的木条放在集气瓶口,因而选B;而不能伸入瓶内或离瓶口太远,若收集满,现象是木条立即熄灭。
【答案】 (1)锥形瓶 集气瓶
(2)稀盐酸 碳酸钠与盐酸反应速率太快(或不易控制反应或不便于实验操作等)
(3)Ⅱ 能随时控制滴加液体的量(或速度),可控制反应 Ca(OH)2 CO2
CaCO3↓ H2O
(4)向上排空气 B
【误区纠错】 不能混淆用带火星的木条(或燃着的木条验证)或验满气体的关键操作,避免对实验现象的错误判断。
名师点拨
氧气、氢气和二氧化碳三种气体的实验室制法是气体制备的基础,尤其是氧气和二氧化碳的制取属于重点掌握内容,在中考中是必考的知识点。常见气体的检验和净化常穿插于气体的制取考题中,考查的方式通常有以下几种:
1. 常规基础题。考查有关三大气体(O2、CO2、H2)制取的基础知识。内容有:制取气体的药品、反应原理、实验装置、收集方法、检验方法、验满方法、操作步骤、注意事项、气体的净化和干燥方法及装置的连接。
2. 迁移运用题(或信息处理题)。将课本外的气体制取纳入考试范围,给足实验信息,考查学生正确处理信息的能力,及将三大气体的制取规律迁移到新的问题情境中来,考查学生分析解决新问题的能力。
3. 分析评价题。分析实验中出现实验现象的原因、操作过程中的漏洞;评价三种气体的制取方案,如药品的选择、制取方案是否可行、发生装置及收集装置的选择等。考查学生思维的灵活性及分析判断能力。
提分策略
1. 了解气体实验室制法的思路和方法。
(1)研究制取气体的反应原理,即在什么实验条件下(如常温、加热、加催化剂等)、用什么药品、通过什么反应来制取这种气体。
(2)研究制取这种气体应采用的实验装置。
(3)研究如何验证制得的气体就是所要制取的气体。
2. 认真比较归纳O2、H2、CO2的实验室制法,并通过对比分析,总结归纳,推断其他气体的制取方法。
实验室制取O2、H2、CO2的比较
气体的检验
4. 气体的干燥与净化。
在实验室制备的各种气体中,常含有少量的酸雾、水蒸气和其他气体杂质,须经过净化与干燥才能得到实验所需的纯净气体。
(1)气体的净化
选择气体吸收剂的原则是所选吸收剂只吸收气体中的杂质,而与被提纯的物质不反应。常见气体杂质的吸收剂见下表:
(2)气体的干燥
选用干燥剂应根据气体的性质和干燥剂的性质而定,其原则是干燥剂只能吸收气体中的水分,而不能与气体发生反应。常见气体的干燥剂的选择见下表:
5. 关键题型的解法和注意事项。
(1)气体发生装置的选择
主要依据:根据反应物的状态及反应条件选取合适的装置。
①反应物为固体(或固体混合物),反应需加热,选择加热高锰酸钾或氯酸钾与二氧化锰混合物制氧气的发生装置(如图1),归纳为"固-固加热型"发生装置。
图1
②反应物是块状固体和液体,反应不需加热,选择制H2或CO2或用MnO2与H2O2的混合物制O2的发生装置(如图2),归纳为"固-液常温型"发生装置。
图2
(2)气体收集方法的选择
主要依据:根据气体的密度和溶解性选择合适的收集方法。
①气体不易或难溶于水,且不与水反应,采用排水法收集(如图a)。
②气体的密度比空气大,采用向上排空气法收集(如图b);密度比空气小,采用向下排空气法收集(如图c)。
③有毒气体的收集,若气体不溶于水,采用类似洗气瓶的装置排水法收集(如图d);若气体易溶于水,同样采用类似洗气瓶的装置排空气收集,密度比空气大的气体导入集气瓶时"长进短出"(如图e);反之,则"短进长出"(如图f)。
图3
(3)若要收集干燥气体,则选择排空气法收集;若要收集较为纯净的气体,则选择排水法收集(条件是该气体适用排水法收集)。
6. 气体净化装置的选择。
净化即除去气体中的杂质。常见的气体净化装置有洗气瓶(图a)和干燥管两类,干燥管有球形干燥管(图b)和U形干燥管(图c)。
洗气瓶主要用于盛放液体吸收剂,连入装置时要注意气体必须"长进短出",以利于杂质的吸收。干燥管则主要用于盛放固体吸收剂,球形干燥管中气流方向应为"大进小出",这样可以形成回旋气流,杂质吸收充分;U形干燥管结构对称,无进出口之分。
7. 有关气体的制取、检验和净化实验中的"先""后"顺序。
(1)制取气体时,先净化后收集。
(2)检验气体时,先验水后验杂(其他气体杂质)。
如:实验制取的氢气中含有HCl、水蒸气、CO2,应先让混合气体通过盛有无水硫酸铜的干燥管,观察到硫酸铜变蓝色时,则说明含有水蒸气;再通过硝酸银溶液,当观察到生成白色沉淀,则说明含有氯化氢气体;接着通过澄清石灰水,当观察到石灰水变浑浊,则说明含有二氧化碳。
(3)净化气体时,先除杂后干燥。
如:除去氢气中含有的HCl、水蒸气、CO2的操作中,先通过氢氧化钠溶液除杂,再通过浓硫酸或碱石灰干燥。
【例1】 (2014·四川广元)根据下列装置图回答问题。
(1)图中标示①仪器的名称是 。
(2)实验室制取二氧化碳气体时,发生装置可选择图中的 (填装置编号),反应的化学方程式为 。
(3)采用上述方法制取的二氧化碳中常含有氯化氢气体和水蒸气。为获得纯净、干燥的二氧化碳气体,可选用如图所示的F装置和G装置进行除杂和干燥,导管口连接的正确顺序是:气体→( )→( )→( )→( )→D。
(4)若将装置A和D连接制取并收集氧气,其中装置A中的试管口略向下倾斜的目的是 。
证明氧气已收集满的方法是 。
【解析】 (1)图中标示①仪器的名称是酒精灯,常用作热源。(2)碳酸钙和稀盐酸反应属固体和液体反应不需要加热制气体,应该用B装置作为发生装置,反应的化学方程式为:CaCO3 2HCl
CaCl2 H2O CO2↑。(3)除去二氧化碳气体中的水蒸气和氯化氢气体时,应该遵循先除杂(氯化氢),后干燥(水)的原则,防止水分再次带入。导管口连接的正确顺序是:气体先通过c导管进入饱和碳酸氢钠溶液中,除去氯化氢后通过d导管导出,再通过a导管进入浓硫酸中,干燥二氧化碳,再由b导管导出,通过d装置可以收集到干燥的二氧化碳。(4)其中装置A中的试管口略向下倾斜的目的是防止水蒸气冷凝、回流炸裂试管;证明氧气已收集满的方法是把带火星的木条放在集气瓶口,如果带火星的木条复燃,说明已经收集满。
【答案】 (1)酒精灯 (2)B CaCO3 2HCl
CaCl2 H2O CO2↑ (3)c d a b (4)防止水蒸气冷凝后回流炸裂试管 把带火星的木条放在集气瓶口,如果带火星的木条复燃,说明已经收集满
专项训练
一、 选择题
1. (2014·江苏苏州·中考模拟二)下列实验室制取气体所用物质和装置均正确的是( )。
2. (2014·上海奉贤·中考二模)要证明混合气体中含有H2、CO、水蒸气,混合气体通过下列试剂的先后顺序,正确的是( )。
①澄清石灰水溶液 ②无水硫酸铜 ③浓硫酸 ④灼热的氧化铜
A. ②④①②③B. ②③④②①
C. ②①④③②D. ②③④①②
3. (2014·江苏扬州中学教育集团树人学校九年级三模)下表中,除去物质所含杂质的方法正确的是( )。
4. (2013·江苏苏州·模拟)根据启普发生器原理,将干燥管浸没在烧杯或从烧杯中取出能达到随开随用随关随停。下列气体的制取宜使用该装置的是( )。
A. 用大理石粉末与稀盐酸反应制取二氧化碳
B. 镁粉与稀硫酸反应制取氢气
C. 用二氧化锰粉末与双氧水溶液制氧气
D. 用块状大理石与稀盐酸反应制取二氧化碳
5. (2013·山东费县·模拟)下列反应制取气体,可用如图装置制取、干燥和收集的是( )。
A
二、 填空题
6. (2014·湖北天门·模拟)请你根据提供的实验仪器和药品参与实验室气体制备的研究与实践。实验仪器如图所示(导管、橡皮塞等未画出):
实验药品:5%双氧水、大理石、稀盐酸、稀硫酸、高锰酸钾、二氧化锰
比较研究:请填写下表
实验探究:
(1)某同学选用a、c、d、f、j等组装制取和收集氧气的装置
①该同学选用的药品 。
②下列是该同学部分实验操作,其中不合理的是 。
A. 先检查装置的气密性,后加药品
B. 先固定试管,后放置酒精灯
C. 先将导管伸入集气瓶,后加热试管
D. 实验结束先将导管移出水面,后熄灭酒精灯
③若用k装置收集氧气,则氧气从 管通入(填"m"或"n"),检验K装置中收满氧气的方法是: 。
(2)三位同学根据提供的实验仪器分别设计了下列三套制取和收集二氧化碳的装置。
①他们对设计的装置相互进行了交流评价。其中可能收集不到二氧化碳气体的装置是 ;
②要检验集气瓶中收集的是否是二氧化碳具体的方法: 。
反思小结:
发生装置——反应物状态和反应条件 ;
气体制取和收集装置的选择依据
收集装置—— 和气体是否与水反应。
7. (2014·江苏无锡崇安区·一模)实验室利用图1所示装置进行相关实验,请回答问题:
图1
图2
(1)写出有标号仪器的名称:① 。
(2)若用高锰酸钾制取氧气,实验结束后,小红发现水槽中的水变成了浅紫红色,从实验操作角度分析其原因是 ;若用B装置制取氧气,B中发生反应的化学方程式是 。
(3)实验室制取并收集二氧化碳的装置组合是 (填字母),验满CO2的方法是 。
小海用如图2装置验证二氧化碳与水的反应,为说明使石蕊变色的物质是碳酸而不是水或二氧化碳,应该采取的实验操作顺序是 (填序号,可重复选用)。
①从b端通氮气
②将用石蕊溶液染成紫色的干燥纸花放入广口瓶中
③从a端通二氧化碳
④从分液漏斗中滴加适量水
(4)已知硫化氢(H2S)是一种有臭鸡蛋气味的有毒气体,能溶于水,其水溶液是氢硫酸,具有挥发性。实验室常用硫化亚铁固体与稀硫酸在常温下反应制取硫化氢。现制取并收集一瓶H2S气体,且符合"绿色化学"理念,小明选用上图中B、G、H三个装置,则从左到右的连接顺序为(填接口序号):a→ → → → 。
8. (2013·安徽安庆市·十八校联考一模)根据下图所示实验装置回答问题:
图1
图2
(1)小明同学选择A装置准备以高锰酸钾为原料制取一瓶氧气,写出该方法制取氧气的化学反应方程式: 。
(2)小华同学想以过氧化氢溶液和二氧化锰为原料代替高锰酸钾制取一瓶比较干燥的氧气,她选择的装置组合是 (填图1中字母)。
(3)当过氧化氢接触到二氧化锰后,反应便立即开始,不能人为控制其速率和生成氧气的量。如果你稍改变所选择的装置,便可控制其反应速率,请从图2的仪器中选择一种仪器更换小华同学选择的装置中一种仪器,以达到控制反应速率的目的,你选择的仪器是 (填图2中序号),它更换原装置中的 (填名称)。改装后的装置可以制取乙炔(C2H2)气体;乙炔是用CaC2固体和水反应制取。请完成制取乙炔的化学方程式:CaC2 2
C2H2↑。
(4)若实验室对你开放,选用B和D装置还可制取 气体(不与上述所制气体重复,下同),你还需向实验老师领取的药品有 (填名称);选用B和E装置还可制取 气体;F装置可用来测量生成的这种气体的体积,其中在水面上放一层植物油的目的是 。
参考答案与解析
1. C 解析:A. 实验室制取二氧化碳不用稀硫酸和碳酸钠制取,因其反应速度太快而不好控制和收集,但此装置中选用的分液漏斗可以控制稀硫酸的滴加速度进而控制反应速度,可行,但二氧化碳的密度比空气大,不能用向下排空气法收集,故A不符合题意;B. 实验室用稀硫酸和锌粒制氢气属块状固体和液体反应不需加热,故药品和发生装置正确,但氢气的密度比空气小,不能用向上排空气法收集,故B不符合题意;C. 实验室可以用过氧化氢溶液和二氧化锰利用该装置制取氧气,氧气的密度比空气大,可以用向上排空气法收集,该选项制取气体所用物质和装置均正确;D. 实验室可以用稀盐酸和石灰石制取二氧化碳,二氧化碳的密度比空气大,不能用向下排空气法收集,该选项制取气体所用物质和发生装置正确,收集方法不正确;故选C。
2. B 解析:要证明混合气体中含有H2、CO、水蒸气,需要先证明有水蒸气,故先通过②使无水硫酸铜变蓝则证明含有水蒸气,然后再通过③浓硫酸,把其中的水蒸气除去以避免对氢气检验的干扰;然后利用H2和CO的还原性,通过④灼热的氧化铜,将黑色的氧化铜还原为红色的铜,同时得到水蒸气和二氧化碳,当二氧化碳和水同时存在时,需先证明水的存在,所以再通过②无水硫酸铜,使之变蓝则证明有水蒸汽进而证明原混合物中有氢气,最后通过①澄清石灰水溶液,使之变浑浊则证明有二氧化碳,进而证明原混合物中有一氧化碳。故选B。
3. A、C 解析:A. HCl气体可以用NaOH溶液吸收,氢气可以用浓硫酸干燥,故选项正确;B. Na2CO3与稀硫酸反应会产生新的杂质硫酸钠,故选项错误;C. 通过灼热的Fe2O3能除去一氧化碳,生成的气体产物是二氧化碳,未引入新杂质,故选项正确;D. AgNO3与HCl反应生成AgCl沉淀的同时,引入了新杂质HNO3,故选项错误;故选A、C。
4. D 解析:由于"干燥管底部有一个小孔",所以干燥管不能用来盛放液体或粉末状固体,但是可以用来放置大颗粒固体,因为A、B、C中都是粉末状固体,所以A、B、C选项错误;只有块状大理石与稀盐酸制取二氧化碳是可行的。故选D。
5. B 解析:该反应表示锌与稀硫酸常温下反应制取氢气,可用图示的发生装置进行气体的制取,也可使用氢氧化钠干燥氢气,但氢气密度小于空气,不能用向上排空气法进行收集;故A不正确;该反应表示常温下过氧化氢分解制取氧气,可用图示的发生装置进行气体的制取,也可使用氢氧化钠干燥氧气,氧气密度大于空气,也能使用向上排空气法收集;故B正确;该反应表示常温下碳酸钙与盐酸反应制取二氧化碳,可用图示的发生装置进行气体的制取,但二氧化碳会被氢氧化钠吸收而不能使用氢氧化钠进行干燥;故C不正确;该反应表示氯化铵与氢氧化钙两种固体物质反应制取氨气,不可用图示的发生装置进行气体的制取;故D不正确。故选B。
6. 向上排空气法 密度比空气大
(1)①高锰酸钾 ②B、C ③m 将带火星的木条放在n导管口
(2)①A ②将澄清的石灰水倒入瓶中振荡,若变浑浊则是二氧化碳
反思小结:是否需要加热 气体的密度和溶解性
解析:二氧化碳能溶于水,密度比空气大,故只能用向上排空气法收集。(1)①由该同学选用的仪器中有酒精灯可知选取的是需要加热的反应,药品是高锰酸钾;②氧气的实验室制取必须按照步骤的先后去做,不能颠倒,A. 先检验气密性,再加药品,防止装置漏气实验失败,故正确;B. 应先放置酒精灯确定高度,再固定试管,故错误;C. 当加热一段时间后,导气管口部连续冒气泡时,再将导管放入集气瓶口部,防止收集的气体不纯,故错误;D. 实验结束先将导管移出水面,后熄灭酒精灯,防止水倒流炸裂试管,故正确。所以不合理的有B、C。③用k装置,则是用向上排空气法,应在上部预留空气的出口,即氧气从m进入瓶底,空气被从瓶口导出,当氧气收集满后,会从n处逸出,故验满需在n处放一带火星的小木条。(2)①三种装置中,A的导管伸入反应器中过长不能导出气体;②向集气瓶中加入澄清的石灰水,振荡,变浑浊,则证明是二氧化碳。关于气体的收集方法的确立取决于气体的密度和溶解性;关于生成物的鉴别采用实验室常用的方法即可。反思小结:气体制取装置选择时,除了要看反应物状态(固体,或固体和液体)外,还要看反应条件——是否需要加热;收集装置的选择依据是:气体的密度和溶解性和气体是否与水反应。
7. (1)铁架台
(2)试管口未放一团棉花 2H2O2
2H2O O2↑
(3)B、D 将燃着的木条放在集气瓶口,木条熄灭
②③①④③ (4)e→d→g→f
解析:(1)该仪器是铁架台;(2)加热高锰酸钾制氧气,实验结束后,发现水槽中的水变成了浅紫红色,可能是试管口未放棉花,导致高锰酸钾粉末进入导管,并进入水槽;B装置制取制取氧气是用过氧化氢分解的方法,双氧水在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气,化学方程式为2H2O2
2H2O O2↑;(3)实验室用稀盐酸和碳酸钙反应制取二氧化碳,反应物的状态为固体和液体,反应条件不需要加热,发生装置选B;二氧化碳能溶于水,密度比空气大,收集装置选D,所以可选用的装置组合是BD;判断CO2已收集满的方法是将燃着的木条放在集气瓶口,若熄灭证明已满;应该采取的实验操作顺序是:首先将用石蕊溶液染成紫色的干燥纸花放入广口瓶中,再从a端通二氧化碳,干燥纸花不变色,说明二氧化碳不能使石蕊变色,再从B端通氮气,把二氧化碳排出,再从分液漏斗中滴加适量水,干燥纸花不变色,说明水不能使石蕊变色,再从a端通二氧化碳,纸花变红色,说明二氧化碳和水反应生成了使石蕊变红色的物质——碳酸;(4)H2S相对分子质量为34大于空气的平均相对分子质量29,比空气重,又因H2S能溶于水,故应用向上排空气法收集,故连接顺序是a→e→d;因为硫化氢是一种有毒的气体,故制取时需要对尾气进行处理,因为其水溶液据挥发性,所以不用水吸收,而用碱性物质氢氧化钠溶液吸收,故连接顺序是a→e→d→g→f,这样符合"绿色化学"理念。
8. (1)2KMO4
K2MnO4 MnO2 O2↑
(2)BE
(3)B 长颈漏斗 H2O Ca(OH)2
(4)氢气 稀硫酸、锌粒 CO2 起到液封的作用,防止CO2溶于水
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