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  4. 氧气的制取和收集氢气的制取和收集二氧化碳的制取和收集实验室制取和收集气体的思路

(2011年四川广安,8题)实验室利用下列装置可以制取某些气体,请据图回答问题:(1)这五个装置示意图中,有一个装置是错误的,指出错误装置是(填序号)。(2)图示中仪器①的作用;

一、题文

(2011年四川广安,8题)实验室利用下列装置可以制取某些气体,请据图回答问题:

(1)这五个装置示意图中,有一个装置是错误的,指出错误装置是          (填序号)。
(2)图示中仪器①的作用                  ;实验室用高锰酸钾来制取氧气,可选择A作发生装置,但要对A进行改进,改进的方法是                                  ;实验室若用B作发生装置制氧气,则该反应方程式为                              
(3)常温下,硫化氢(H2S)是一种有臭鸡蛋气味的气体,实验室可用硫化亚铁(FeS)固体和稀硫酸反应制得,该反应方程式为FeS + H2SO4(稀)= H2S↑+Fe SO4,则应选择
           (填序号,下同)来作发生装置。
(4)NO气体难溶于水,密度略大于空气,易与氧气反应生成NO2,则应选择       装置来收集NO。

考点提示:氧气的制取和收集,氢气的制取和收集,二氧化碳的制取和收集,实验室制取和收集气体的思路

二、答案

(1)E (2)加热 ,试管口放一团棉花 ,2H2O 通电 2H2↑+ O2 ↑ (3)B (4)D
分析:(1)排空气法收集气体,导管的下端要接近瓶底;
(2)图中①是酒精灯,常用于加热物质;A装置试管口少一团棉花;用B装置制取氧气,所用药品是过氧化氢溶液和二氧化锰,据此写出化学反应式;
(3)据题意知硫化氢气体是用固体与液体在常温下反应制取的,属于固液不加热反应,据此选择发生装置;
(4)根据NO气体难溶于水,密度略大于空气,易与氧气反应生成NO2,选择收集装置.
解答:解:(1)观察图示可知,E装置的导气管没有伸入瓶底,故错误.
故选:E;
(2)图中①是酒精灯,常用于物质的加热;实验室用A装置分解高锰酸钾制取氧气,为防止进入导管,要在试管口放一团棉花;用B作发生装置制氧气,要用到的药品是过氧化氢溶液和二氧化锰,化学反应式是:2H2O22H2O+O2↑.
故答案为:加热;试管口放一团棉花;2H2O22H2O+O2↑;
(3)实验室可用硫化亚铁(FeS)固体和稀硫酸反应制得硫化氢,是固液不加热反应,所以可用装置B完成.
故答案为:B;
(4)根据NO气体难溶于水,密度略大于空气,易与氧气反应生成NO2,可知我们应用排水法收集NO.
故答案为:D.

三、考点梳理

知名教师分析,《(2011年四川广安,8题)实验室利用下列装置可以制取某些气体,请据图回答问题:(1)这五个装置示意图中,有一个装置是错误的,指出错误装置是(填序号)。(2)图示中仪器①的作用;》这道题主要考你对 氧气的制取和收集氢气的制取和收集二氧化碳的制取和收集实验室制取和收集气体的思路 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:氧气的制取和收集,氢气的制取和收集,二氧化碳的制取和收集,实验室制取和收集气体的思路

考点名称:氧气的制取和收集
  • 氧气的制取是初中化学的重点,也是历年中考的热点。我们不仅要学好氧气制取的知识,而且要触类旁通,逐步掌握实验室制取气体的一般思路和方法。中考对制取氧气的考查主要集中在药品选用、实验装置、操作步骤等方面。
  • 实验室制取收集氧气:

    过氧化氢制氧气高锰酸钾制氧气
    药品和反应原理2H2O22H2O+O22KMnO4K2MnO4 + MnO2 + O2
    发生装置固液常温型
    固体加热型
    收集装置氧气可用排水法收集,也可用向上排空气法收集
    整体装置图
    操作步骤①检查装置气密性
    ②再锥形瓶中装入二氧化锰
    ③塞好带有长颈漏斗和导管的橡皮塞(长颈漏斗的下端一定在液面以下,否则氧气会从长颈漏斗中跑出来)
    ④向长颈漏斗中加入过氧化氢溶液
    ⑤收集氧气
    ①检查装置气密性
    ②将药品平铺在试管底部,用带导管的单孔橡皮塞塞紧试管口(用高锰酸钾制取氧气,还要在管口放一小团棉花)
    ③将试管固定在铁架台上
    ④点燃酒精灯,预热后加热试管
    ⑤当导管口有连续均匀的气泡冒出时开始收集气体
    ⑥收集完毕,先将导管移出水面
    ⑦熄灭酒精灯。加热高锰酸钾(或氯酸钾和二氧化锰的混合物)制氧气,用排水法收集,其操作步骤可概括为:“查”“装”“定”“点”“收”“离”“熄”7个字。可用谐音记忆为“茶庄定点收利息”。
    注意事项①伸入试管或锥形瓶中的导管应刚刚露出橡皮塞即可,否则不利于气体的导出。
    ②用排水法收集氧气时,导管应刚伸人集气瓶口即可,过长不利于水的排出,气体不易收集满。
    ③用向上排空气法收集氧气时,导管要伸入集气瓶的底部,否则不利于空气的排出,收集的气体不纯。
    ④用长颈漏斗时,长颈漏斗末端应在液面以下,否则氧气会从长颈漏斗中逸出。
    ①药品要平铺在试管底部,均匀受热。
    ②试管口要略向下倾斜,防止药品中湿存的水分受热后变成水蒸气,遇冷凝结成水倒流回试管底部,使试管炸裂。
    ③铁架台的铁夹要夹在试管的中上部(或距离试管口1/3处)。
    ④试管内的导管稍伸出橡皮塞即可,这样便于气体导出。
    ⑤集气瓶充满水后倒放入水槽中(瓶口要在水面下)。
    ⑥加热时要先使试管均匀受热,然后酒精灯外焰要对准药品所在部位加热。
    ⑦用排水法收集气体时,应注意当气泡连续均匀冒出时再收集,否则收集的气体中混有空气,当集气瓶口有大盆气泡冒出时,证明已集满。
    ⑧停止加热时,应先把导管从水里撤出,再撤掉酒精灯。如果先熄灭酒精灯,试管内气体温度降低,压强减小,水槽中的水就会被倒吸入热的试管内,使试管炸裂。
    ⑨用高锰酸钾制氧气时,试管口要放一小团棉花,防止加热时高锰酸钾小颗粒进人导管。
    ⑩盛氧气的集气瓶应盖上玻璃片正放,因为在相同状况下氧气的密度大于空气的密度,正放可减少气体的逸散。
考点名称:氢气的制取和收集
  •  实验室里通常用稀硫酸跟金属锌起反应来制取氢气,也可以用盐酸代替硫酸,用镁或铁代替锌来制取氢气。

  • 氢气的实验室制法:

    化学药品锌粒和稀硫酸
    反应原理Zn + H2SO4== ZnSO4+ H2
    发生装置反应物状态为固态和液态,反应条件为室温,可选择实验室制CO2的反应装置(或用过氧化氢溶液制氧气的反应装置)
    收集装置向下排空气法或排水法
    实验步骤①检验装置的气密性
    ②装锌粒(注意将试管横放,把锌粒放入试管口,再慢慢竖起)
    ③把试管固定在铁架台上
    ④加入稀硫酸
    ⑤收集气体
    注意事项①不能用浓H2SO4代替稀H2SO4,浓H2SO4具有强氧化性
    ②不能用金属活动性顺序表中排在氢后面的金属,如铜,也不能用排在氢前的金属,如钠,一般常用Zn、Al、Fe、Mg等。
    ③长颈漏斗末端应在液而以下,防止氢气从长颈漏斗逸出
  • 氢气的工业制法:

    制取方法原理优缺点
    电解水2H2O2H2↑+O2优点:得到氢气纯度高
    缺点:耗能高
    水煤气C+H2O(g)CO+H2优点:成本低
    缺点:需要设备多(需要除去CO中的杂质)
    天然气CH4C+2H2优点:原料丰富
    缺点:氢气纯度低
    电解饱和食盐水2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2优点:是氯碱化工的副产品
    缺点:纯度低
    理想模式:利用太阳能、高效催化剂分解水2H2O2H2↑+O2优点:不耗费电能、热能,环保
    缺点:人类未能寻找到高效催化剂,还未能实际应用
考点名称:二氧化碳的制取和收集
  •  

  • 二氧化碳的制取和收集:

    1.原理和药品:CaCO3 + 2HCl === CaCl2 + H2O + CO2

    2.装置:固液混合不加热
    (1)发生装置
     
    A装置为简易装置,不便于加液体;
    B,C使用了长颈漏斗,便于添加液体,使用B、C装置时应注意,长颈漏斗下端管日应伸入液面以下,防止产生的气体从长颈漏斗逸出;
    D装置使用了分液漏斗,便于加酸,还可以利用活塞控制反应。
    (2)收集装置:二氧化碳溶于水,所以不能用排水法收集;其密度比空气大,所以可采用向上排空气法收集。
    如图:

    3.现象:块状固体不断溶解,产生大量气泡。

    4.检验:把产生的气体通入澄清石灰水,若澄清石灰水变浑浊,证明是二氧化碳。

    5.验满:将燃着的木条放在集气瓶口,如果木条的火焰熄灭,证明已集满。

    6.实验步骤
    a.检查装置的气密性;
    b.装入石灰石(或大理石);
    c. 塞紧双孔塞;
    d.从长颈漏斗中加入稀盐酸;
    e.收集气体;
    f.验满。 

    7.注意事项:反应物不能用浓盐酸、硫酸、因为浓盐酸易挥发,会挥发出氯化氢气体,使制得的二氧化碳不纯;硫酸不会挥发,但会生成硫酸钙沉淀,沉淀的硫酸根附着在碳酸钙(或石灰石)表面,使碳酸钙(或石灰石)与酸的接触面积变小,最后反应停止!

  • 实验室制取二氧化碳的选择:

    实验室用大理石或石灰石(主要成分是碳酸钙)和稀盐酸制取二氧化碳。
    注意:
    (1)不能选用稀硫酸,因为稀硫酸与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙会橙盖在碳酸钙的表面,阻止反应继续进行。
    (2)不能选用浓盐酸,因为浓盐酸易挥发,得不到纯净的二氧化碳气体。
    (3)不能用碳酸钠代替石灰石,因为反应太剧烈,产生的气体难以收集。反应速率的快慢与反应物的质量分数和接触面积有关。反应物的接触面积越大,反应物的质量分数越大,反应速率就越快,反之,则越慢。
    各组物质反应情况如下表所示:
    药品反应速率
    块状石灰石和稀盐酸产生气泡速率适中
    石灰石粉末和稀盐酸产生气泡速率很快
    块状石灰石和稀硫酸产生气泡速率缓慢并逐渐停止
    碳酸钠粉末和稀盐酸产生气泡速率很快
考点名称:实验室制取和收集气体的思路
  • 实验室制取气体的思路:

          1.知识要点详解在初中化学中,主要应掌握O2、H2、CO2的实验室制法。可以从制备所需仪器、药品、反应原理、收集方法、实验装置、验满、验纯及操作要点等方面进行比较。通过比较,能够总结和归纳实验室制取气体的思路。即:研究反应原理一根据所选药品的状态和反应条件,选择适当的仪器组成相应的实验装置一根据实验装置的特点,设计合理的实验操作步骤,预测可能的注意事项一根据所制取气体的性质,选择相应的收集、检验、验满及验纯的方法。
          实验室制取气体及验证其性质的实验,属于基本操作的简单综合实验。通过对比发生装置和收集装置,总结气体的个性及几种气体的共性,提高记忆效果。 

          2.设计装置的依据制取气体的装置分两部分:气体发生装置和气体收集装置。
          发生装置的选取根据反应条件和反应物的状态而设计,收集装置是根据气体的性质(主要是物理性质)而确定的。
          确定收集装置的原则——气体的收集方法是由该气体的性质,如密度、在水中的溶解性、是否与空气或水反应、是否有毒等决定的。

  • 气体发生装置:

    ①“固+固”的反应,简称“固体加热型”,装置如图A所示,如用KMnO4或KClO3和MnO2制O2
    ②“固+液”的反应,简称“固液常温型”,装置如图B、C、D、E。如用H2O2和MnO2制O2、用锌粒与稀H2SO4制H2或用CaCO3与稀盐酸制CO2。同B装置相比,D装置具有便于添加液体药品,制取的气体量较多的优点;C装置不仅添加液体药品方便,而且可通过导管上的开关控制反应的发生和停止;E装置可通过分液漏斗的活塞控制加入药品的量和速度。

    ③“固+液”的反应的发生装置的其他改进:
    为了节约药品,方便操作,可设计如下图所示装置,这些装置都可自动控制。

    当打开弹簧夹时,溶液进入反应器内开始反应;当关闭弹簧夹时,气路不通,反应产生的气体将溶液压出反应器外,液体与同体分离,反应停止。

    气体收集装置:

    收集装置
    选择条件难溶或微溶于水,与水不发生化学反应的气体。如:H2、 O2、CH4不与空气发生反应,密度比空气密度大的气体。如:O2、 CO2不与空气发生反应,密度比空气密度小的气体。如:H2、CH4
    说明①使用排水法收集的气体较纯净,但缺点是会使收集的气体中禽有水蒸气。当导管口有连续均匀的气泡冒出时才开始收集,当有大量气泡从集气瓶口冒出时,表明气体已收集满。
    ②用向上排空气法收集气体,应注意将导管伸到接近集气瓶瓶底,同时应在瓶口盖上玻璃片,以便尽可能地排尽空气,提高所收集气体的纯度。使用排空气法收集的气体比较十燥,但纯度较低,需要验满(可燃性气体则要注意安全,点燃之前一定要验纯,否则有爆炸危险)

    药品的选取和实验方案的设计:

    (1)可行性:所选取的药品能制得要制取的气体;
    (2)药品廉价易得;
    (3)适宜的条件:要求反应条件易达到,便于控制;
    (4)反应速率适中:反应速率不能太快或太慢,以便于收集或进行实验;
    (5)气体尽量纯净;
    (6)注意安全性:操作简便易行,注意防止污染。
    例如:①实验室制取H2时选用锌粒,而不用镁条、铁片,原因是镁价格贵且反应速率太快而铁反应速率又太慢;酸选用稀硫酸,而不宜用稀盐酸、浓硫酸,因为用稀盐酸制得的H2,因混有HCl而不纯,而锌与浓硫酸反应不生成H2.
    ②制CO2时可选用用石灰石(或大理石)与稀盐酸,而不选用Na2CO3浓盐酸、稀硫酸,原因是Na2CO3,反应速率太快,浓盐酸易挥发出HCl气体,稀硫酸反应不能进行到底,也不能煅烧石灰石,因为条件不易达到,不呵操作;
    ④用KClO3、过氧化氢制O2时,要加少量的MnO2,作催化剂,以加快反应的速率

    实验室制取气体的实验操作程序:

    实验室制取气体存选择好药品、仪器后操作的一般程序:
    (1)组装仪器:一般按从左到右,从下到上的顺序进行;
    (2)检查装置气密;
    (3)装药品:若是固体跟液体反应,一般是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时,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。
    注意:①给同体加热时.试管口要略向下倾斜;
    ②用加热KMnO4或KClO3(MnO2作催化剂)的方法制取O2,若用排水法收集,实验完毕时应先把导管移出水槽再移走酒精灯;
    ③固体跟液体反应制取气体时,要注意长颈漏斗末端要插入液面以下进行液封,以防漏气。

    装置的选取与连接:

    实验室制取气体的实验往往与气体的净化、气体的干燥综合在一起。气体综合实验的装置选择及连接顺序为:

  • 气体净化的几种方法:

    (1)吸收法:用吸收剂将杂质气体吸收除去。如除去CO中混有的少量CO2,可先用浓NaOH溶液吸收CO2,再用浓硫酸等干燥剂除去水蒸气。常用吸收剂如下表:
    吸收剂吸收的气体杂质吸收剂吸收的气体杂质
    可溶性的气体:HCl,NH3NaOHCO2,HCl,H2O
    无水CuSO4H2O碱石灰CO2,HCl ,H2O
    灼热的铜网O2NaOHCO2,HCl
    灼热的CuOH2,CO浓硫酸H2O
    (2)转化法:通过化学反血,将杂质气体转化为所要得到的气体:如除去CO2中的CO,可将混合气体通过足量的灼热CuO+COCu+CO2

    气体的干燥:

    气体的干燥是通过干燥剂来实现的,选择干燥剂要根据气体的性质。一般原则是:酸性干燥剂不能用来干燥碱性气体,碱性干燥剂不能用来干燥酸性气体,干燥装置由干燥剂的状念决定.
    (1)常见的干燥剂
    干燥剂可干燥的气体不可干燥的气体
    名称或化学式酸碱性状态
    浓H2SO4酸性液体H2、N2、O2、CO2、HCl、CH4、CONH3
    固体NaOH、生石灰,碱石灰(氢氧化钠和生石灰的混合物)碱性固态H2、O2、N2、CH4、CO、NH3CO2、SO2、HCl
    无水CaCl2中性固态除NH3外的所有气体NH3

    (2)干燥装置的选择
     ①除杂试剂为液体时,常选用洗气瓶,气体一般是 “长进短出”,如下图A。
    ②除杂试剂为同体时,常选用干燥管(球形或u 形),气体一般是“大进小出”,如下图B、C。
    ③需要通过加热与固体试剂发生化学反应除去的气体,常采用硬质玻璃管和酒精灯,如下图D。


    装置连接顺序的确定规律:

    (1)除杂和干燥的先后顺序
    ①若用洗气装置除杂,一般除杂在前,干燥在后。原因:从溶液中出来的气体通常混有水蒸气,干燥在后可将水蒸气完全除去。如除去CO中混有的CO2和水蒸气,应将气体先通过。NaOH溶液,再通过浓H2SO4
    ②若用加热装置除杂,一般是干燥在前,除杂在后。如除去CO2中混有的CO和水蒸气,应将气体先通过浓H2SO4,再通过灼热的CuO。
    (2)除去多种杂质气体的顺序一般是先除去酸性较强的气体。如N2中混有 HCl、H2O(气)、O2时,应先除去HCl,再除去水,最后除去O2(用灼热的铜网)。
    (3)检验多种气体的先后顺序(一般先验水蒸气):有多种气体需要检验时,应尽量避免前步检验对后步检验的干扰。如被检验的气体中含有CO2和水蒸气时,应先通过无水CuSO4。检验水蒸气,再通过澄清的石灰水检验CO2.

    确定气体收集方法的技巧:

    (1)排水集气法适用于“不溶于水且小与水反应的气体”,如下图A。
    (2)向上排空气法适用于“密度比空气大且小与空气成分反应的气体”(相对分子质量大于29的气体),如下图B。
    (3)向下排空气法适用于“密度比空气小且小与空气成分反应的气体”(相对分子质量小于29的气体),如下图C。

     (4)不能用排空气法收集的气体
    ①气体的密度与空气的密度相近时不能用排空气法收集
    ②当气体与空气中某一成分反应时不能用排空气法收集
    (5)有毒气体收集方法的确定
    ①有毒,但气体难溶于水时,一般采用排水法收集。如下图D
    ②有毒,但气体叉易溶于水时,则采用带双孔胶塞(一长一短的导气管)的集气瓶利用排空气法收集该气体,但必须接尾气处理装置,以免多余的有毒气体逸散到空气中污染空气,如收集氨气可用图E。


    气体制取实验中关于仪器或装置选择题目的解题技巧:

    (1)需要研究气体实验室制法的化学反应原理;
    (2)需要研究制取这种气体所应采用的实验装置;
    (3)需要研究如何证明制得的气体就是要制取的气体。
    根据给出的仪器或装置进行选取时,应明确制取气体的发生装置主要是两套(同体加热型和固液常温型),依据反应物的状态和反应条件来确定选用哪套发生装置;气体的收集装置主要就是三套(向上排空气法、向下排空气法和排水法),依据气体的性质来确定选用什么样的收集装置。选择仪器时要注意先对实验原理进行判断,然后再根据原理确定装置所需要的仪器。
  • 实验室制取气体的思路图:
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