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高三化学实验方案的设计和气体的制备

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1（25） 第四十六讲 实验方案的设计和气体的制备 （建议2课时完成） [考试目标] 1．复习气体的制备原理、收集、净化、尾气处理等知识，以及各种仪器装置的使用方法和操作注意事项。 2．选择仪器装置，解决气体制备、净化等问题的分析、迁移能力。 3．设计、评价或改进实验方案。了解控制实验条件的方法。

4．分析或处理实验数据，得出合理结论。

5．绘制和识别典型的实验仪器装置图。 [要点精析] 一、气体的制备 1．气体发生装置的类型 （1）设计原则：根据反应原理、反应物状态和反应所需条件等因素来选择反应装置。 （2）装置基本类型： 装置类型 固体反应物（加热） 固液反应物（不加热） 固液反应物（加热）

装置 示意图

典型气体 O2、NH3、CH4 H2、CO2、H2S H2、CO2、H2S、SO2、NO、NO2、C2H2、O2、NH3、 Cl2、HCl、CO

CH2=CH2

2．几种气体制备的反应原理 (1)O2 2KClO3 2KCl+3O2↑

2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑

2H2O22H2O+O2↑

(2)NH3 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O NH3·H2ONH3↑+H2O (3)CH4 CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑

(4)H2 Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑

(5)CO2 CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O 2（25）

(6)SO2 Na2SO4+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2↑+H2O (7)NO2 Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (8)NO 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O (9)C2H2 CaC2+2H2O→Ca(OH)2+CH≡CH↑

(10)Cl2 MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O (11)C2H4 C2H5OHCH2=CH2↑+H2O (12)H2 S FeS+H+=H2S↑+Fe2+ 3．收集装置 （1）设计原则：根据氧化的溶解性或密度

注：以上三种方法所得气体均不纯净：排气法所得气体中含有空气、排水法所得气体中含有水蒸气，故要得到纯净的气体可以用球胆或塑料袋或注射器收集。 （2）装置基本类型： 4．净化与干燥装置 （1）设计原则：根据净化药品的状态及条件 （2）装置基本类型： 装置类型 液体除杂剂（不加热） （也可以装固体吸收剂） 固体除杂剂（不加热） 固体除杂剂（加热）

装 置 示意图

（3）气体的净化剂的选择 选择气体吸收剂应根据气体的性质和杂质的性质而确定，所选用的吸收剂只能吸收气体中的杂质，而不能与被提纯的气体反应。一般情况下：①易溶于水的气体杂质可用水来吸收；②酸性杂质可用碱性物质吸收；③碱性杂质可用酸性物质吸收；④水分可用干燥剂来吸收；⑤能与杂质反应生成沉淀（或可溶物）的物质也可作为吸收剂。 （4）气体干燥剂的类型及选择 常用的气体干燥剂按酸碱性可分为三类： ①酸性干燥剂，如浓硫酸、五氧化二磷、硅胶。酸性干燥剂能够干燥显酸性或中性的气体，如CO2、SO2、NO2、HCI、H2、Cl2 、O2、CH4等气体。 ②碱性干燥剂，如生石灰、碱石灰、固体NaOH。碱性干燥剂可以用来干燥显碱性或中性的

装置类型 排水（液）集气法 向上排空气集气法 向下排空气集气法 装 置 示意图

适用范围 不溶于水（液）的气体 密度大于空气的气体 密度小于空气的气体 典型气体 H2、O2、NO、CO、CH4、 CH2＝CH2、CH≡CH Cl2、HCl、CO2、SO2、H2S H2、NH3、CH4 3（25）

气体，如NH3、H2、O2、CH4等气体。 ③中性干燥剂，如无水氯化钙等，可以干燥中性、酸性、碱性气体，如O2、H2、CH4等。 在选用干燥剂时，显碱性的气体不能选用酸性干燥剂，显酸性的气体不能选用碱性干燥剂。有还原性的气体不能选用有氧化性的干燥剂。能与气体反应的物质不能选作干燥剂，如不能用CaCI2来干燥NH3（因生成 CaCl2·8NH3），不能用浓 H2SO4干燥 NH3、H2S、HBr、HI等。 (5)气体净化与干燥注意事项 ①一般情况下，若采用溶液作除杂试剂，则是先除杂后干燥；若采用加热除去杂质，则是先干燥后加热。 ②对于有毒、有害的气体尾气必须用适当的溶液加以吸收（或点燃），使它们变为无毒、无害、无污染的物质。如尾气Cl2、SO2、Br2（蒸气）等可用NaOH溶液吸收；尾气H2S可用CuSO4或NaOH溶液吸收；尾气CO可用点燃法，将它转化为CO2气体。 ③对于易爆的气体应点燃尾气,不能排放在实验室中。 5．气体实验装置的设计 （1）装置顺序：制气装置→净化装置→反应或收集装置→除尾气装置 （2）安装顺序：由下向上，由左向右 （3）操作顺序：装配仪器→检验气密性→加入药品 二、实验方案的设计 1．性质实验方案设计 (1)在进行性质实验方案的设计时，要充分了解物质的结构，性质，用途与制法之间的相互联系。 (2)性质实验的设计一般包括反应原理，实验仪器与操作、反应现象和实验结论几个方面。 (3)化学性质实验方案的设计,首先要求抓住物质本质特征进行整理和思考,然后进行分析、比较、综合和概括。需要在元素周期律等化学理论知识的指导下，将元素及其化合物的知识进行整理，使之系统化、网络化、在提取知识时能够准确、全面，并能注重知识间的内在联系。 [例1]设计一个简单的化学实验，证明明矾溶于水时，发生了水解反应，其水解反应是吸热反应，生成了胶体溶液，并说明该反应是一个可逆反应的理由。（可供选用的仪器和试剂有：明矾溶液、甲基橙、石蕊、酚酞试液、pH试纸、氢氧化钠溶液、酒精灯、电泳仪、聚光束仪等） [分析讲解]题中要求证明三点：①明矾水解是吸热反应；②水解后生成了胶体溶液；③水解反应是一个可逆反应。 可以根据丁达尔现象来区分胶体和溶液。 可逆反应的特征是反应可以达到平衡状态，改变某个条件能使化学平衡发生移动。所以，可以设计一个实验改变反应的某一个条件，测定某种物质的浓度变化，对于该反应最好是测定溶液的pH值。 实验步骤可设计成如下三步： 第一步：用pH试纸测定明矾溶液的pH<7，说明明矾溶液显酸性。 第二步：加热明矾溶液，再测pH，pH变小，说明加热时水解程度增大，从而证明水解反应是一个吸热反应，进而也就证明了水解反应是一个可逆反应。 第三步：用聚光束仪试验，可产生丁达尔现象，说明明矾水解后生成胶体溶液。 [例2]某中学学生将过氧化钠与水的反应作为研究性学习的课题。经过查资料、提出假设、进行实验设计，并通过实验得到验证结论。下面是他们的实验方案及实验现象。 4（25）

序号 实验程序 实验现象 1 将水滴入盛有过氧化钠固体的试管中，配成溶液，用带火星的木条检验生成的气体 反应激烈。有大量气体产生，木条复

燃 2 将实验1所得溶液分成两份。一份加入紫色石蕊试液 溶液变蓝且长时间不褪色

一份加入无色酚酞试液 溶液显红色，半分钟后褪色 3 若把实验1所得溶液分成两份。一份加热至沸1-2min，再滴入酚酞试液 溶液显红色，但仍很快褪色

另一份加热至沸1-2min，再滴入石蕊试液 溶液显蓝色，且很快褪色 4 在变为蓝色的石蕊试液中滴加H2O2溶液加热至沸 蓝色褪去

5 若把实验1所得溶液中加入少许MnO2静置到无气体产生时，分成两份。一份加入无色酚酞加热至沸；另一份加入紫色石蕊试液至沸 加酚酞的溶液变红且不再褪色。

加石蕊的溶液变蓝且不再褪色。

6 ①称取3.9g过氧化钠固体，当逐滴加入约50mL水时 测得氧气体积为170mL左右（已考虑

50mL水和导管管中水两者所占容积的体积因素） ②等不再产生气体约10 min以后，加入用小纸片包好的MnO2，迅速塞紧双孔塞，轻轻摇动反应器，纸包自动散开，与MnO2溶液开始接触 又产生大量氧气，至反应完全以后，又测得产生了395mL氧气（两次测定均在同温、同压下）

请仔细阅读有关内容后回答： （1）写出过氧化钠与水反应的化学方程式： 根据实验分析，过氧化钠与水反应除了课本所介绍的上述反应外还存在另一反应，其化学方程式为 。 （2）写出实验5中“加入少许MnO2产生气体”时发生反应的化学方程式 ，其中MnO2的作用是 。 （3）从以上实验结果分析，石蕊分子与酚酞分子相比较，它们的稳定性 （填“相等”或“前者大”或“后者大”） 。 [分析讲解]根据题表信息可得出： （1）2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑ Na2O2+2H2O==H2O2+2NaOH

（2）2H2O2二氧化锰H2O+ O2↑；催化剂。

（3）后者大。 （4）H2O2；强氧化剂。 2．制备实验方案设计 (1)物质制备方案的设计，首先要弄清物质制备的原理，从原理为切入点设计方案，方案一般已包括实验名称、目的、原理、用品、步骤、现象记录及结果处理。 (2)针对一个实验，可以设计出多种方案，要会得对每个方案进行科学的评价，评价可从以下几个方面进行：①理论上要科学。②操作上要简单可行。③原料用量要节约。④要环保，符合绿色化学原则。 [例题3]下图表示某种盐的制备步骤：

稀硫酸

金属屑A 80℃ 过滤，除杂质 滤液 结晶 水合盐B 300℃ 氮气保护 无水盐C

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2020高考化学考点剖析 氨气的工业制备及实验室制法(解析版)

2020高考化学考点剖析 氨气的工业制备及实验室制法(解析版)

考点氨气的工业制备及实验室制法1.（2019全国Ⅰ卷）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。

下列说法错误的是A. 相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B. 阴极区，氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+C. 正极区，固氮酶催化剂，N2发生还原反应生成NH3D. 电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【答案】B【解析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。

A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，A正确；B项、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，B错误；C项、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，C正确；D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，D正确。

2．（2018江苏）下列有关物质性质的叙述一定不正确的是A．向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液，溶液显红色B．KAl(SO4) 2·12H2O溶于水可形成Al(OH)3胶体C．NH4Cl与Ca(OH)2混合加热可生成NH3D．Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2【答案】A【解析】A项，FeCl2溶液中含Fe2+，NH4SCN用于检验Fe3+，向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液，溶液不会显红色，A项错误；B项，KAl（SO4）2·12H2O溶于水电离出的Al3+水解形成Al（OH）3胶体，离子方程式为Al3++3H 2O Al（OH）3（胶体）+3H+，B项正确；C项，实验室可用NH4Cl和Ca（OH）2混合共热制NH 3，反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca（OH）2CaCl2+2NH3↑+2H2O，C项正确；D项，Cu与FeCl3溶液反应生成CuCl2和FeCl2，反应的化学方程式为Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2，D项正确。

第34讲 物质的制备及性质探究类实验 课件 2021届高考化学创新复习(共111张PPT)

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5．排空气法收集气体时，除了考虑气体的密度大小外，还要考虑是否
与空气反应，如 NO 能被氧气氧化，不能用排空气法收集。
6．常见干燥装置与干见干燥剂 浓硫酸(酸性、强氧化性) 无水氯化钙(中性) 碱石灰(碱性)
可干燥 的气体
H2、OC2H、4C、l2N、2、COSO2、2 CO、HCO2、2、O2C、HC4l、2、NS2O、2、HNH2、3、O2N、2CH4、 HCl
通过 与 O2 混合后 通入 21
灼热
浓硫酸
_N__a_O_H___溶
的 CuO
液
②直接排空气处理 主要是针对无毒、无害气体的处理。如 N2、O2、CO2 等。 ③尾气处理装置
a．在水中溶解度较小的有毒气体，多数可通入烧杯中的溶液中，用某 些试剂吸收除去(如图甲)。如 Cl2、NO2 均可通入 22 _N__a_O_H__溶__液___中除去； 对于溶解度很大、吸收速率很快的气体，吸收时应防止 23 倒__吸__(如图乙)。
b．某些可燃性气体可用点燃或转化的方法(如图丙)，如 CO、H2 可点 燃或通过灼热的 24 _C_u_O___除去。
c．收集法(如图丁)，尾气也可以采用收集的方法，如 CH4、C2H4、 H2、CO 等。
2．物质制备的原则 (1)选择最佳反应途径 ①用铜制取硫酸铜
△ 01 2_C__u_＋___O_2_=__=_=_=_=__2_C_u__O____。 02 _C_u__O__＋__H__2S__O__4=__=_=_C__u_S__O_4_＋__H__2_O__
②酸性杂质用碱性吸收剂，碱性杂质用酸性吸收剂来吸收。 如 CO(CO2)，可将混合气体通过盛 13 _N__a_O_H__溶__液___的 a 装置，也可用 盛 14 碱__石__灰__的 b 装置或 c 装置或 d 装置来除去杂质。 ③还原性杂质，可用氧化性较强的物质来吸收或转化；氧化性杂质， 可用还原性较强的物质来吸收。例如 CO2(CO)，可将混合气体通过盛灼热 15 _C__u_O__的 e 装置来除去杂质。 ④选用能与气体中杂质反应生成难溶性物质或可溶性物质的试剂作吸 收剂来除去杂质。如 O2(H2S)，可将混合气体通过盛有 16 _C__u_S_O__4 _溶液的 a 装置除去杂质。
高考化学化学实验方案的设计(表格图象型)分项训练(新高考解析版)

高考化学化学实验方案的设计(表格图象型)分项训练(新高考解析版)

化学实验方案的设计（表格图象型）1．（2022·广东卷）实验室用2MnO 和浓盐酸反应生成2Cl 后，按照净化、收集、性质检验及尾气处理的顺序进行实验。

下列装置(“→”表示气流方向)不能达到实验目的的是【答案】D【解析】A ．浓盐酸易挥发，制备的氯气中含有HCl ，可用饱和食盐水除去HCl ，Cl 2可用浓硫酸干燥，A 装置能达到实验目的，故A 不符合题意；B ．氯气的密度大于空气，用向上排空气法收集，B 装置能收集氯气，故B 不符合题意；C ．湿润的红布条褪色，干燥的红色布条不褪色，可验证干燥的氯气不具有漂白性，故C 不符合题意；D ．氯气在水中的溶解度较小，应用NaOH 溶液吸收尾气，D 装置不能达到实验目的，故D 符合题意； 答案选D 。

2．（2022·浙江卷）亚硝酸钠俗称“工业盐”，其外观、口感与食盐相似，人若误服会中毒。

现将适量某样品(成分为亚硝酸钠或氯化钠)溶于水配成溶液，分别取少量该溶液于试管中进行实验。

下列方案设计、现象和结论都正确的是方案设计 现象和结论A先加入少量3KClO 溶液，再加3AgNO 溶液和足量稀硝酸，振荡若产生白色沉淀，则样品为亚硝酸钠B 加到少量4KMnO 溶液中，再加硫酸酸化，振荡若溶液褪色，则样品为亚硝酸钠 C 先加到少量2FeCl 溶液中，再加入稀盐酸酸化，振荡若溶液变黄色，则样品为亚硝酸钠D先加入少量23Na SO 溶液，再加入2BaCl 溶液和稀硝酸，振荡若产生白色沉淀，则样品为亚硝酸钠【解析】A ．3KClO 溶于水，电离出钾离子和氯酸根离子，亚硝酸钠溶于水电离出钠离子和亚硝酸根离子，由于AgNO 2沉淀可溶于稀硝酸，滴加硝酸银和足量稀硝酸不能生成白色沉淀，A 错误；B ．氯化钠电离出的氯离子也可以被酸性高锰酸钾氧化，而使其褪色，B 错误；C ．亚硝酸有氧化性，可以把二价铁氧化为三价铁，溶液变为黄色，C 正确；D ．稀硝酸可以把亚硫酸根离子氧化为硫酸根离子，再加入氯化钡可以生成硫酸钡白色沉淀，D 错误； 故选C 。

2022届高三化学一轮复习实验专题考点细练专题33实验方案的设计与评价含解析

2022届高三化学一轮复习实验专题考点细练专题33实验方案的设计与评价含解析

专题33 实验方案的设计与评价一、单选题（本大题共17小题，共51分）1.有以下三种途径来制取硫酸铜：铜与浓硫酸反应铜与氧气反应生成CuO，CuO再与稀硫酸反应常温下向装有稀硫酸和铜片的烧杯中不断通入空气，下列有关叙述不正确的是A. 的离子方程式为B. 三种方法制取等量产品消耗的硫酸一样多C. 从能耗、环保角度考虑，为最佳方案D. 上述各反应过程中硫酸都体现了酸性2.室温下进行下列实验，根据实验操作和现象所得到的结论正确的是实验操作和现象结论A 向碘水中加入等体积的，振荡后静置，上层接近无色，下层显紫红色在中的溶解度大于在水中的溶解度B 在溶液中先加入氯水，再加入KSCN溶液，溶液变红色该溶液中一定含C 将一铝箔放在酒精灯外焰上灼烧，铝箔熔化但不滴落Al的熔点高D 用铂丝蘸取某溶液在酒精灯外焰上灼烧，火焰为黄色该溶液中一定不含A. AB. BC. CD. D3.实验室分离和的流程如图：已知在浓盐酸中生成黄色配离子，该配离子在乙醚，沸点中生成缔合物下列说法错误的是A. 萃取振荡时，分液漏斗下口应倾斜向下B. 分液时，应先将下层液体由分液漏斗下口放出C. 分液后水相为无色，说明已达到分离目的D. 蒸馏时选用直形冷凝管4.将气体a通入溶液b中装置如图所示，始终无明显现象的是选项 A B C D气体a溶液b 溶液KI溶液溶液溶液A. AB. BC. CD. D5.下列有关仪器使用方法或实验操作正确的是A. 可以用酸式滴定管量取双氧水B. 蒸发皿、坩埚、燃烧匙、烧瓶等仪器可直接加热C. 做焰色反应实验时，铂丝可用玻璃棒、铁丝等代替D. 分离水和汽油两层液体时，先打开活塞使水流出，再将汽油从下口放出6.实验室制备氨气、收集、验证其还原性并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是A. 用装置甲制取氨气B. 用装置乙收集氨气时气体应该从a口进b口出C. 装置丙中黑色固体变成红色时还原产物一定为铜D. 可以用装置丁吸收氨气，进行尾气处理7.下列实验操作、现象和解释或结论均正确的是8.根据下列实验操作和现象所得出的结论正确的是9.下列各实验的现象及结论都正确的是10.下列实验中，操作、现象及结论均正确的是选项11.下列实验操作、实验现象、解释或结论不对应的是12.由下列实验现象一定能得出相应结论的是选项A B C D装置现象中无明显现象，中产生浑浊左边棉球变黄，右边棉球变蓝试管中先出现淡黄色固体，后出现黄色固体试管中液体变浑浊结论热稳定性：氧化性：溶解度：非金属性：A. AB. BC. CD. D13.下列实验操作中，其现象、解释及结论均正确的是选项实验操作实验现象解释或结论A 用pH试纸测定“84”消毒液pH 试纸最终显蓝色NaClO在溶液中水解显碱性B 分别向两份相同的溶液中滴入5滴等浓度的溶液和溶液前者产生气泡速率更快比的催化效果好C 向溶液中通入和X气体产生白色沉淀气体X一定具有强氧化性D 分别向两份相同的蛋白质溶液中滴入饱和硫酸铵溶液和醋酸铅溶液均有固体析出前者是物理变化，后者是化学变化A. AB. BC. CD. D14.如图所示装置可用来制取和观察在空气中被氧化时的颜色变化。