高中化學中五種重要氣體常規與非常規制法

李曉峰

摘要：高考中化學實驗的考查約占整個化學試題分值的三分之一，其中常見氣體的制備裝置及原理在試題中瀕繁出現，學生極易忽視或混淆，為便于透徹掌握這塊知識點，便于高三復習，有必要對其進行歸類比較，以備應戰高考.

關鍵詞：高考，常見氣體，制備，常規與非常規

高中化學實驗復習過程中，經常會出現一些氣體的非常規制法，它與實驗室常規制法在原理或裝置類型上會截然不同，它是高考中常考的熱點問題，這也是許多考生極易疏忽和極易被遺忘的知識點，現將氧氣、氯氣、氨、氯化氫、二氧化碳五種常見氣體的常規制取與非常規制取中的一系列問題進行對比歸納整理如下，供平時學習或高三實驗復習時作以參考：

一、氧氣制備的一系列問題

1.實驗室制法

（1）原理及反應：①2KMnO4△ K2MnO4+MnO2+O2↑② 2KClO3MnO2加熱2KCl+3O2↑

（2）裝置類型：固 + 固加熱氣體.

反應裝置類型反應裝置圖適用氣體操作注意事項

固、固加熱型O2、NH3等①試管要干燥②試管口略向下傾斜③加熱時先均勻加熱再局部加強熱

（3）收集方法：①排水法.②向上排空氣法.

（4）驗滿：排水收集中，水排完，說明已收集滿；用帶火星的木條靠近管口，木條復燃者，說明已收集滿.

制備要訣：二氧化錳氯酸鉀，混合均勻把熱加；高錳酸鉀易分解，都是氧氣的制法；余燼木條可用檢，排水取氣來收集.

2.非常規制法

（1）原理及反應：① 2H2O2MnO22H2O+O2↑

② 2Na2O2 + 2H2O4NaOH + O2↑

③2Na2O2 + 2CO22Na2CO3 + O2↑（堿液吸收CO2）

（2）裝置類型：固 +氣不加熱 氣體，或 固 + 液不加熱氣體

3.工業制法

（1） 電解水法：2H2O電解2H2↑+ O2↑

（2）分離液態空氣法：空氣經凈化降溫加壓成液態空氣，減壓蒸發液態空氣，先揮發出氮氣，留下的便是液態氧氣.

二、氯氣制備的一系列問題

1.實驗室制法

（1）原理及反應：

①MnO2 + 4HCl（濃）△ MnCl2 +2H2O + Cl2↑

②KClO3 +6HCl（濃）△ KCl +3H2O + 3Cl2↑

（2）裝置類型：固 + 液 加熱 氣體.

反應裝置類型反應裝置圖適用氣體操作注意事項

固、液加熱型或液、液加熱型 Cl2、HCl等①燒瓶加熱時要隔石棉網

②反應物均為液體時，燒瓶內要加碎瓷片（防暴沸）

（3）收集方法：①排飽和的食鹽水法.②向上排空氣法.

（4）驗滿：用濕潤的淀粉KI試紙靠近管口，試紙變藍者，說明已收集滿.

（5）尾氣處理：堿液吸收（如NaOH溶液）

制備要訣：二氧化錳濃鹽酸，混合反應要熱源；瓶口向上收集滿，尾氣處理要用堿.

2.非常規制法

（1）原理及反應：2KMnO4 + 16HCl（濃）2KCl + 2MnCl2 +8H2O + 5Cl2↑

（2）裝置類型： 固 + 液不加熱氣體

注：也可采用 固 + 液加熱氣體的另一種方法（即濃鹽酸可用H2SO4與NaCl代替）：

即MnO2 + 3H2SO4（濃） + 2NaCl△2NaHSO4 + MnSO4 + Cl2↑+ 2H2O

3.工業制法

（1） 電解飽和食鹽水法：

2NaCl +2H2O電解H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH

（2）電解熔融的金屬氯化物：

2NaCl（熔）電解 Cl2↑+ 2Na

三、氯化氫氣體制備的一系列問題

1.實驗室制法

（1）原理及反應：

①H2SO4（濃） + NaCl微熱NaHSO4+ HCl↑

或 ②H2SO4（濃） +2 NaCl △ Na2SO4+ 2HCl↑

（2）裝置類型：固 + 液加熱氣體.

（3）收集方法：向上排空氣法.

（4）驗滿：①用濕潤的藍色石蕊試紙靠近管口，試紙變紅者，說明已收集滿.

②用玻璃棒蘸取濃氨水靠近管口，出現白煙者，說明已收集滿.

（5）尾氣處理：用水或堿液吸收（如H2O 、NaOH溶液，但應注意用倒扣漏斗，一方面擴大吸收面積，提高吸收率，另一方面可以防止倒吸）.

制備要訣：固體食鹽硫酸濃，微熱產生氯化氫；瓶口向上來收集，石蕊試紙藍變紅.

2.非常規制法

（1）原理及反應：HCl（濃） H2SO4（濃） HCl↑

注意：①H2SO4（濃） 可吸水.②H2SO4（濃） 遇水會放出大量熱，更有利于HCl的逸出.

（2）裝置類型： 液 + 液不加熱 氣體

3.工業制法： H2 + Cl2點燃2HCl（注意：不能光照，否則會發生爆炸）

四、氨氣制備的一系列問題

1.實驗室制法

（1）原理及反應：

2NH4Cl + Ca（OH）2△ CaCl2 + 2NH3↑+ 2H2O

（2）裝置類型：固 + 固△氣體.（與實驗制取氧氣一致）

（3）收集方法：向下排空氣法（管口應塞有棉花團，且導管應伸入集氣瓶底部）.

（4）驗滿：①用濕潤的紅色石蕊試紙靠近管口，試紙變藍者，說明已收集滿.

②用玻璃棒蘸取濃鹽酸靠近管口，出現白煙，說明已收集滿.

（5）尾氣處理：用水吸收（但應注意用倒扣漏斗，以防止倒吸）.

制備要訣：熟石灰和氯化銨，傾斜試管要熱源；瓶口向下收集滿，石蕊試紙紅變藍.

2.非常規制法

（1）原理及反應：

NH3·H2O（濃）CaO或NaOH NH3↑+ H2O

注意此原理的解釋常作考點出現：①NaOH（固）或CaO 可吸水.②NaOH（固）或CaO溶于水會放出大量熱，更有利于HCl的逸出.③此原理也可從化學平衡：NH3·H2O NH3 + H2O平衡移動上作以解釋.

（2）裝置類型： 液 + 固不加熱氣體

3.工業制法

N2 + 3H2崔化劑加熱 2NH3

五、二氧化碳氣體制備的一系列問題

1.實驗室制法

（1）原理及反應：

CaCO3 + 2HClCaCl2 + CO2↑+ H2O

（2）裝置類型：固 + 液 不加熱 氣體.

反應裝置類型反應裝置圖適用氣體操作注意事項

固、液不加熱型或液、液不加熱型H2、CO2、SO2、NO、NO2等①使用長頸漏斗時，要使漏斗下端插入液面以下

②啟普發生器只適用于塊狀固體和液體反應，且氣體不溶于水

③使用分液漏斗既可以增強氣密性，又可控制液體流速

（3）收集方法：向上排空氣法.

（4）驗滿：用帶火星的木條靠近管口，木條熄滅者，說明已收集滿.

制備要訣：稀鹽酸和石灰石，常溫反應也容易；兩物混合泡沫起，瓶口向上來收集.

2.非常規制法

（1）原理及反應：雙水解法

AlCl3 + 3NaHCO3Al（OH）3↓+ 3NaCl + CO2↑

（2）裝置類型： 液 + 液不加熱氣體

注：除上述不同制法外，也可采用Na2CO3與H2SO4反應，

即：Na2CO3 + H2SO4Na2SO4 + H2O + CO2↑（注意CaCO3 與 H2SO4不能搭配）

3.工業制法

煅燒石灰石： CaCO3高溫CaO + CO2↑

六、應用題型舉例

例1某興趣小組同學共同設計了如圖1所示的實驗裝置.該裝置既可用于制取氣體，又可用于驗證物質的性質，試回答下列各項問題：

（1）打開K1關閉K2，可制取某些氣體.

①甲同學認為裝置I可用于制取H2、NH3、O2，但裝置II只能收集H2、NH3，不能收集O2.其理由是.

②乙同學認為在不改動裝置II儀器的前提下，對裝置II進行適當改進，也可收集O2.你認為他的改進方法是.

③丙同學準備用此裝置制取HCl，對裝置II中的儀器稍作了改進，可收集 HCl，你認為他如何改進；用此裝置制取HCl中，A中盛，B中盛.

（2）打開K2關閉K1，丁同學向如圖裝置的儀器中分別加入了三種情況下的藥品，請回答以下問題：

①當A為醋酸、B為貝殼（粉狀）、C為C6H5ONa溶液時，小試管中的現象是，其中發生反應的化學方程式是；

②當A為食鹽水、B為電石、C為KMnO4溶液時，小試管中的現象是 ；A和B反應的化學方程式是.

③當A為濃氨水、B為生石灰、C為AgNO3溶液時，小試管中的現象是；其中發生反應的離子方程式是.

（3）打開K2關閉K1，可以比較一些物質的性質.

戊同學設計實驗比較氧化性：KMnO4>Cl2>Br2.在A中加濃鹽酸后一段時間，觀察到C中的現象是；儀器D在該裝置中的作用是.

己同學用石灰石、醋酸、苯酚鈉等藥品設計了另一實驗.他的實驗目的是 .

解析及說明本題第（1）問主要考查常見氣體的非常規制取與收集基礎知識的掌握情況.能利用這套裝置制得的氣體需符合三個條件：固體與液體或液體與液體反應，反應不用加熱；氣體密度小于空氣，可用向下排空氣法收集.若將Ⅱ中的導管長短作以調整，即長進短出，則又變為向上排空氣法.第（1）問答案應為：①氧氣的密度比空氣大.②將裝置II中裝滿水.③II中導管調整為長進短出，A中盛濃鹽酸，B中盛濃硫酸.

本題第（2）問主要考查常見氣體非常規制取與常規制取，以及它們的一些性質，①實質是常規制取CO2，同時CO2又與C6H5ONa溶液反應，①問答案應為：出現渾濁，

—ONa+CO2+H2O→—OH+NaHCO3②實質是常規制取C2H2 ，同時考查C2H2被KMnO4溶液氧化的情況，②問答案應為：紫紅色褪去CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑.③實質是常規制取NH3 ，同時考查銀氨溶液的制取相關反應，③問答案應為：出現渾濁，最后消失 ；

Ag++NH3·H2O→AgOH↓+NH+4

AgOH+2NH3·H2OAg（NH3）+2+OH-+2H2O .

本題第（3）問主要考查通過常見氣體非常規制取與常規制取，以及它們的一些性質，由現象推及一些實驗結論.戊同學設計的實驗，實質是非常規制取Cl2 ，及Cl2與Br-的置換反應，通過這兩個氧化還原反應，便得KMnO4>Cl2>Br2，所以答案應為：溶液呈橙色等，防止倒吸.己同學用石灰石、醋酸常規制取了CO2 ，又由于CO2與C6H5ONa溶液會反應，以強制弱，所以己同學設計的實驗其目的是：比較醋酸、碳酸和苯酚的酸性：CH3COOH >H2CO3>C6H5OH.

例2氨在工農業生產中有重要的用途.某化學小組試圖制備純凈氨并驗證其某些性質.

（1）圖2是所給的部分儀器：

所給的藥品有：a.氯化銨溶液b.堿石灰c.濃氨水d.濃硫酸e.氯化鈣

根據以上所給儀器和藥品，選用合理編號，完成下表.

制備NH3干燥化學方程式

儀器藥品儀器藥品

（2）如將氨氣不斷通入滴有酚酞的AgNO3溶液中，現象為，反應結束所得溶液中的離子主要有（寫離子符號）.

解析及說明本題從所給的試劑狀態看氯化銨為溶液，無法采用固固加熱型，只能采用氨氣的非常規制法，制備儀器只能選B，藥品應選bc，由于氨氣為堿性氣體不能選酸性干燥劑濃硫酸，同時氨可與氯化鈣結合形成CaCl2·8NH3，所以干燥僅器應選E，試劑應選b.將氨氣不斷通入滴有酚酞的AgNO3溶液中時，先產生白色沉淀（生成AgOH），隨后不斷溶解，最后完全消失（生成[Ag（NH3）2]OH），溶液最后變成紅色（因溶液呈堿性），反應結束所得溶液中的離子主要有[Ag（NH3）2]+、OH-、NO-3.