專題五 常見氣體的制法及反應原理

徐俊龍

高考動向

1. 掌握常見氣體：H2、O2、C12、SO2、NH3、NO2、NO、CO2、C2H4、C2H2等的制備方法（包括所用試劑、儀器，反應原理和收集方法）。

2.（1）以常見氣體的制備為知識載體考查學生的綜合實驗能力；（2）氣體制備實驗的創新設計，考查裝置和儀器藥品的替代應用；（3）氣體制備中的實驗安全問題；（4）結合元素化合物性質進行綜合考查。

考點分析

考點1. 常見氣體發生裝置與制備原理

（1） 常見發生裝置示例。

（2）常見氣體制備的原理。

具體化學反應方程式自行查閱其他一輪復習資料，不再贅述！注意有些氣體制取的化學反應原理不同，選用的裝置不同（如O2、Cl2、NH3等可能有多種常見制法）。

① 固體+固體氣體，見裝置A，常見適用氣體有O2、NH3、CH4等。

②固體+液體氣體，見裝置B-K，常見適用氣體有H2、CO2、SO2、NO、NO2、C2H2（O2、Cl2、NH3一些原理的方法也可以）等。其中B-D原理相同，但C用的是長頸漏斗，必須液封，且長頸漏斗不好控制滴加用量和速率；E是B的改進，構成恒壓漏斗，便于漏斗內液體滴下來；F是啟普發生器，其特點是：隨開隨用、隨關隨停；G-J是F的簡易裝置，注意其適用對象是：塊狀不溶于水的固體，且反應時無大量的熱效應，且氣體不溶于水（常見氣體僅適用于H2、CO2、H2S）；K適合制備NO、NO2等。

③ 固體+液體或液體+液體氣體，見裝置L-O，常見適用的Cl2、HCl、CO、C2H4等。N用溫度計控制溫度，如制備乙烯，O是構成恒壓漏斗。

考點2. 儀器的連接

（1）安裝順序。

①由下到上（如制氯氣的發生裝置安裝順序是：放鐵架臺→擺酒精燈→固定鐵圈→放置石棉網→固定圓底燒瓶）。

②從左到右（如制氯氣：發生裝置→凈化裝置→收集裝置→吸收裝置）。

③先塞后定（把帶導管的膠塞在燒瓶固定前塞好，以免燒瓶固定后因不宜用力而塞不緊或因用力過猛而損壞儀器）。

（2）加試劑順序。

固體先放入，液體后滴加（即先固后液）。

（3）其他操作順序。

先檢驗氣密性，后裝入藥品（便于在裝置漏氣時進行調整或更換儀器），最后點燃酒精燈（所有準備工作完畢后）；在連接導管時，應長進短出；量氣裝置的導管應短進長出；干燥管應大口進，小口出。

考點3. 裝置氣密性的檢查

凡是有導氣管的實驗裝置，裝配好后均須檢查氣密性。常見的檢查方法有如下5種：

（1）簡單裝置氣密性的檢查方法（如圖A）：用雙手（或用酒精燈微熱或用濕毛巾）捂住燒瓶，燒杯內水中有氣泡產生，過一會雙手離開，燒杯內的導管中有穩定水柱形成，說明不漏氣，反之，說明漏氣。

（2）帶有長勁漏斗的裝置檢查氣密性的方法（如圖B）：①向導氣管吹氣，長勁漏斗下端形成水柱，說明不漏氣，反之漏氣；②用止水夾夾緊橡皮管，向長勁漏斗中注入水，靜止片刻，長勁漏斗中水柱不下降，說明不漏氣；否則說明漏氣。

（3）檢驗量氣裝置氣密性（如圖C）：連接好儀器，向乙管中注入適量水，使乙管液面高于甲管液面，靜置一段時間，若液面位置保持不變，證明裝置氣密性良好。

（4）分段法：如圖D，分別關閉K1或K2，分段檢查。

（5）變壓法：如圖E，推或拉注射器，導管內水柱上升或有氣泡。

考點突破

1. 制備實驗儀器的安裝技巧。

通常根據實驗的目的和反應的原理，結合所給儀器的操作特點，組裝成恰當的儀器裝置，進行安裝和創新使用，大致思維模式如下：

【例1】下列說法是否正確，正確的打“√”，錯誤的打“×”。

（1）要制備某種氣體，首先研究生成氣體的化學性質（ ）

（2）根據生成物的狀態和反應條件選擇并安裝實驗儀器設備，而且要先裝藥品后檢查裝置的氣密性（ ）

（3）實驗室制備氣體時根據氣體的密度和溶解性確定氣體的收集方法（ ）

（4）某學生在實驗室用KClO3和MnO2共熱制取O2的實驗時，設計如下步驟進行操作的：①連接儀器；②裝藥品；③將裝藥品的試管固定在鐵架臺上；④檢查裝置氣密性；⑤加熱；⑥用排水法收集氧氣；⑦熄滅酒精燈；⑧將導管移出水面（ ）

（5）加熱固體制備氣體時，試管外壁要干燥，試管口略向上傾斜（ ）

（6）試管或燒瓶做發生裝置時可用酒精燈直接加熱加，加熱時先均勻加熱再固定加熱（ ）

（7）液體和液體加熱制備氣體時，燒瓶或試管內要加碎瓷片（ ）

（8）實驗室制備O2、H2、CO2均需要發生氧化還原反應

（ ）

（9）用過氧化鈉與水反應制O2、電石與飽和食鹽水制乙炔均可用啟普發生器（ ）

（10）Cl2、NH3的制備可以選用相同的發生裝置（ ）

【答案】（1）×，研究生成氣體的化學反應原理；（2）×，根據反應物的狀態，應先檢查裝置氣密性后裝藥品；（3）√；（4）×，連→查→裝→定→點→收→移→熄，可得題中正確的操作順序是：①④②③⑤⑥⑧⑦；（5）×，加熱固體試管口一般向下傾斜；（6）×，燒瓶墊上石棉網；（7）√；（8）×，CO2不是；（9）×，都不能用；（10）√

2. 一種裝置多種用途。

很多儀器，使用方式不一樣，用途也不一樣。大家在復習過程中注意積累一些儀器的非常規使用，學會變通思想，關注器材的創新使用在高考中的考查。下面舉例如下：

（1）干燥管除用于干燥氣體外，還可以用于防倒吸裝置（如圖A）、過濾器或凈水器（如圖B）、組裝類似啟普發生器裝置（如圖C）。

（2）集氣瓶除用于收集氣體（如圖D，排氣法不同管子進出收集不同氣體；圖E，排液法，短進長出）外，還可作洗氣瓶（如圖E，長進短出）、用于貯存氣體（如圖F）、安全瓶（防止倒吸，如圖G或H）、測量氣體體積（如圖I）、緩沖和防止堵塞（如圖J）等。

【例2】化學是一門以實驗為基礎的學科，試回答以下問題。

（1）實驗室中制取并收集少量氨氣，可選用上述 （填裝置序號）裝置，氨氣應從收集裝置的 （填字母序號）導管進氣。

（2）選用裝置乙、丙、戊制備、收集一氧化氮氣體，乙中塑料板上若放置石灰石，戊中盛滿稀NaOH溶液，正確的連接順序為 （用接口字母表示），裝置乙的作用是 ，丙中產生NO的離子方程式為 。

（3）若某實驗要用丁裝置加熱控制溫度在60～80℃之間，丁裝置加熱的優點為： ；

該裝置缺少的一種必需的玻璃儀器名稱是 。

【解析】（1）根據提給裝置，結合制備NH3的原理，采用固固加熱的發生裝置，選擇甲；收集裝置選擇戊，注意NH3用向上排空氣法，即先充滿上部，故e管進；（2）根據組裝的儀器順序可知，先利用乙裝置制備CO2排凈整套裝置內的空氣（因為NO通常用排水法收集，會與空氣中的O2反應），將丙中插入銅絲與稀硝酸反應產生NO，再利用向上排CO2的方法收集NO故組裝順序為：abce；（3）丁裝置是水浴加熱，其特點是能使燒瓶內的液體受熱均勻，并且準確控制所需溫度；缺少的儀器是溫度計。

【答案】（1）甲、戊；e；（2）abce；利用碳酸鈣與鹽酸產生的CO2排盡裝置中的空氣；3Cu+8H++2NO- 3=3Cu2++2NO↑+4H2O；（3）使燒瓶內的液體受熱均勻，并且準確控制所需溫度；溫度計。

【方法技巧】氣體的收集裝置的演繹與拓展創新

決勝高考

1. （2015·重慶第4題改編）下列實驗中，所使用的裝置（夾持裝置略）、試劑和操作方法都正確的是

2. （2014·上海高考第15題） 右圖是模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO3的部分裝置。下列操作正確的是

A. a通入CO2，然后b通入NH3，c中放堿石灰

B. b通入NH3，然后a通入CO2，c中放堿石灰

C. a通入NH3，然后b通入CO2，c中放蘸稀硫酸的脫脂棉

D. b通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸稀硫酸的脫脂棉

3.（2016屆深圳科學高中模擬題）利用如圖所示裝置進行下列實驗，能得出相應實驗結論的是

4.（2015·全國卷I第26題第2問節選）乙組同學認為草酸晶體分解的產物中含有CO，為進行驗證，選用甲組實驗中的裝置A、B和圖8中所示的部分裝置（可以重復選用）進行實驗。

乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、B、________________________。裝置H反應管中盛有的物質是____________。

5.（2015·廣東第33題第（1）節選）NH3及其鹽都是重要的化工原料。用NH4Cl和Ca（OH）2制備NH3，反應發生、氣體收集和尾氣處理裝置依次為 （見圖9）。

6.（2015·北京第27題第（3） ①節選） 海水中溶解無機碳占海水總碳的95%以上，其準確測量是研究海洋碳循環的基礎，測量溶解無機碳，可采用如下方法：氣提、吸收CO2。用N2從酸化后的海水中吹出CO2并用堿液吸收（裝置示意圖10），將虛線框中的裝置補充完整并標出所用試劑。

7.（2016屆深圳科學高中模擬題節選）實驗室中用如圖11所示的裝置流程進行氣體性質實驗。圖中箭頭表示的是氣體的流向，A為一種純凈干燥的氣體，B是另一種氣體，己中有紅棕色氣體出現。實驗中所用的藥品只能從下列物質中選取：NaHCO3、Ca（OH）2、Na2O2、無水CaCl2、NH4Cl、堿石灰等固體和蒸餾水。

根據圖中裝置和現象回答：

（1）如何檢查整套裝置的氣密性 。

（2）甲和丙中反應的化學方程式分別是____________、_________________。

答案點撥

1. B解析：碳酸鈉易溶于水，不能用簡易啟普發生器，可用CaCO3代替Na2CO3，A錯誤；利用液封法，關閉止水夾從長頸漏斗加水，加到一定高度，長頸漏斗中液面高度保持不變，說明裝置不漏氣，B正確；NH3不能用排水法收集，C錯誤；制備乙烯時溫度計測混合液的溫度，導出氣體中通過NaOH溶液吸收SO2、CO2、C2H5OH（g）等之后再通過酸性KMnO4溶液，D錯誤。

2. C解析：CO2在水中溶解度遠小于NH3，若先通CO2則不可能在溶液中生成大量的NaHCO3析出，故先通入溶解度較大的NH3，再通入CO2，有利于吸收更多的CO2，才能使溶液中析出NaHCO3；由于NH3極易溶于水，在溶于水時會倒吸，則通入NH3的導管末端不能插入液面以下，即a先通入NH3，然后a通入CO2，NH3是有毒的堿性氣體，過量的NH3可用稀硫酸來吸收，綜上可知，C正確。

3. C解析：濃鹽酸和MnO2反應需要加熱，該裝置不加熱，不能產生Cl2，A錯誤；濃氨水和CaO可以快速制備NH3，NH3通入硝酸銀溶液先生成AgOH，后轉化為Ag（NH3）2OH，不能說明AgOH的兩性，B錯誤；濃硫酸與Na2SO3可以制備SO2，SO2與FeCl3發生氧化還原反應，作還原劑，C正確；稀鹽酸與Na2CO3可以制備CO2，CO2通入Na2SiO3生成硅酸沉淀，若不考慮HCl揮發，則（最好用稀硫酸）能夠說明酸性：鹽酸>碳酸>硅酸，可說明非金屬性C>Si，但不能說明Cl>C，應用最高價氧化物對應的水化物，而不是氫化物對應的水溶液。

4. F、D、G、H、D、I；CuO（氧化銅）

解析：A中發生分解：H2C2O4·2H2OCO↑+CO2↑+3H2O↑，由于升華而揮發出來的草酸蒸汽和部分水蒸汽在B中冷凝，要檢驗3種產物中CO，則先除去CO2（選F），驗證CO2除盡（選D），再除去H2O（選G），接著用CuO與CO反應（裝置H），檢驗生成的CO2（裝置D），未反應完的CO在I中收集，故順序見答案所示；驗證CO存在的現象為：H中黑色粉末逐漸變為紅色，H前的裝置D中石灰水無變化，H后的裝置D中石灰水變渾濁。

5. ACG

解析：固固加熱制備氣體，向下排氣法，防止倒吸，易得ACG；

6. 見圖12所示

解析：根據題意，可通過分液漏斗滴加稀硫酸（不用揮發性酸鹽酸和硝酸等，不用長頸漏斗，不好控制加速和用量）來酸化海水，用N2從酸化后的海水中吹出CO2并用堿液吸收。

7.（1）先關閉止水夾a，打開止水夾b、c、d，用酒精燈微熱丙裝置；然后關閉止水夾b，打開止水夾a、c、d，用酒精燈微熱甲裝置，若兩次均看到燒杯中導管口處有氣泡冒出，且停止加熱后導管中能形成一段穩定的水柱，說明整套裝置氣密性良好；（2）2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑；Ca（OH）2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O；

解析：（1）裝置氣密性的檢查，采用分段檢查法，見答案所示；（2）采用逆推法，己中出現紅棕色氣體推測是NO2，則戊中反應為：4NH3+5O24NO+6H2O ，根據限選試劑可知，原來甲和丙分別制備O2和NH3（方程式見答案所示），乙中可用堿石灰或無水氯化鈣干燥O2；丁中應該用堿石灰干燥NH3，因為CaCl2會和NH3發生絡合反應，不能用于氨氣的干燥。

（作者單位：深圳科學高中）

責任編校 李平安