内蒙古伊图里河高级中学高中化学《1.1.3 气体的制备和实验方案的设计》课件 新人教版必修1.ppt

第三课时　气体的制备和实验第三课时　气体的制备和实验方案的设计方案的设计1．实验室中常见气体的制备(1)制O2①原料：和.②反应原理：.③反应装置：固＋固 气．④收集方法：排水法或向 排空气法．上上KClO3MnO2•(2)制H2•①原料： 和.•②反应原理：.•③反应装置：固＋液―→气．•④收集方法：排水法或向排空气法．Zn稀稀H2SO4Zn＋＋H2SO4===ZnSO4＋＋H2↑下下•(3)制CO2•①原料：CaCO3和稀盐酸．•②反应原理：.•③反应装置：固＋液―→气．•④收集方法：CaCO3＋＋2HCl===CaCl2＋＋CO2↑＋＋H2O向上排空气法．向上排空气法．•(4)制NH3•①原料：和•②反应原理：••③反应装置：固＋固 气．•④收集方法：向 排空气法．Ca(OH)2NH4Cl.Ca(OH)2＋＋2NH4Cl CaCl2＋＋2NH3↑＋＋2H2O.下下•(5)制Cl2•①原料：二氧化锰和浓盐酸．•②反应原理：•.•③反应装置：固＋液 气．•④收集方法：向 排空气法．MnO2＋＋4HCl(浓浓) MnCl2＋＋Cl2↑＋＋2H2O上上2．化学实验方案的设计(1)实验设计的内容完整的实验方案包括以下内容：①实验名称；②实验目的；③；④ (仪器、药品及规格)；⑤ (包括实验仪器装配和操作)；⑥实验现象记录及结果处理；⑦ (误差分析)．实验原理实验原理实验用品实验用品实验步骤实验步骤问题和讨论问题和讨论•(2)实验设计时遵循的原则•化学实验设计要遵循一定的原则，这也是评价一个实验方案优劣的重要依据，它包括以下几个方面：•①：实验方法和操作程序是否科学合理；•②：实验方案是否切实可行，实验现象是否明显，实验数据是否准确；•③：实验步骤是否简单易行；•④：实验过程中安全及环保问题是否能够得到妥善解决．科学性科学性可行性可行性简约性简约性安全性安全性•1．设计学生实验要注意安全、无污染、现象明显．根据启普发生器原理，可用底部有小孔的试管制简易的气体发生器(见下图)．若关闭K，不能使反应停止，可将试管从烧杯中取出(会有部分气体逸散)．下列气体的制取宜使用该装置的是(　　)A．用二氧化锰(粉末)与双氧水制氧气B．用锌粒与稀硫酸制氢气C．用硫化亚铁(块状)与盐酸制硫化氢D．用碳酸钙(块状)与稀硫酸制二氧化碳解析：A项中固体为粉末会落入烧杯中；C项中H2S有毒；D项生成的CaSO4微溶于水会覆盖在CaCO3表面上从而阻止反应的进行．答案：BA．AlCl3、NH3·H2O　　　　　　B．ZnCl2、 NH3·H2OC．AlCl3、NaOH D．ZnCl2、NaOH解析：因Al(OH)3不溶于过量的氨水，故将AlCl3溶液滴入NH3·H2O和将NH3·H2O滴入AlCl3溶液的现象相同，不能通过互相滴加的方法进行鉴别．答案：A3．(2009·浙江金丽衢模拟)将空气缓慢通过如图所示装置后，在试管中收集到少量稀有气体．空气在通过a～d装置时，依次除去的气体是(　　)A．O2、N2、H2O、CO2 B．CO2、H2O、O2、N2C．H2O、CO2、N2、O2 D．N2、O2、CO2、H2O解析：此题考查除杂的原则：既要除掉原来的杂质，又不能生成新的难分离的杂质，一步除去一种杂质．氢氧化钠显碱性，吸收二氧化碳，带出水蒸气；浓硫酸吸收水分，铜除去氧气，镁粉除去氮气．答案：B类型类型固体＋固体固体＋固体加热加热固体＋液体不加热固体＋液体不加热固固(或液或液)体＋液体体＋液体加热加热装置装置适用的气适用的气体体O2、、NH3、、CH4H2、、CO2、、H2S、、SO2、、NO2Cl2、、HCl、、NO2.气体的净化(1)除杂试剂选择的依据主要气体和杂质气体性质上的差异：如溶解性、酸碱性、氧化还原性、可燃性等．(2)除杂原则①不损失主要气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④先除易除的气体．•(3)除杂装置•洗气瓶、干燥瓶、U形管、硬质玻璃管等．•(4)气体的干燥(除去气体中的水分)•干燥是使用适宜的干燥剂和装置除去气体中混有的少量水分，常用装置有干燥管(A)、U形管(B)(内装固体干燥剂)和洗气瓶(C)(内装液体干燥剂)．•常用的干燥剂有：•①浓硫酸(酸性干燥剂)：可干燥N2、O2、H2、Cl2、CO、CO2、SO2、HCl、NO、NO2、CH4、C2H4等(不可干燥还原性或碱性气体，如H2S、HBr、HI、NH3等)．•②P2O5(酸性干燥剂)：可干燥H2S、HBr、HI及浓硫酸能干燥的气体(不可干燥NH3等)．•③无水CaCl2(中性干燥剂)：可干燥除NH3以外的其他气体(NH3能与CaCl2反应生成络合物CaCl2·8NH3)．•④碱石灰(碱性干燥剂)：可干燥NH3及中性气体(N2、O2、H2、CO、NO、CH4、C2H4等，不能干燥酸性气体)．　•⑤硅胶(酸性干燥剂)：可干燥Cl2、O2、H2、CO2、CH4、C2H4.•⑥其他：如生石灰、NaOH也可用于干燥NH3及中性气体(不可干燥有酸性或能与之反应的气体)．•(5)注意事项•①用洗气瓶吸收杂质时，气流方向是长管进，短管出．用干燥管吸收杂质时，气流方向是大口进，小口出；用U型管吸收杂质时，气流方向可以任意选择．•②当气体中含有多种杂质时，若采用洗气装置，通常是除杂在前，干燥在后；若用加热装置除杂时，通常是干燥在前，除杂在后；若气体中有多种酸性气体杂质时，应先将酸性较强的杂质气体除去，再除酸性较弱的杂质气体．3．气体的收集(1)收集方法①排水集气法适用范围：a.难溶于水，且不与水发生反应的气体，如H2、O2、CO、C2H4等；b.对能溶于水，但溶解度不大的气体，可采用排相应的饱和溶液的方法收集，如Cl2可用排饱和食盐水的方法，CO2可用排饱和NaHCO3溶液的方法等．•②向上排空气法•适用范围：不与空气反应且密度比空气大的气体，如O2、CO2、SO2、NO2等．•③向下排空气法•适用范围：不与空气反应且密度比空气小的气体，如H2、NH3、CH4等．•(2)收集装置4．尾气处理(1)吸收溶解度较小或吸收速率不太大的尾气(如Cl2等)．•(2)吸收溶解度较大的尾气(如HCl、NH3等)．•(3)点燃除去或收集于塑料袋中[例题1]　下列实验装置图正确的是(　　)点拨：本题中所有的装置均源于课本，考查学生对实验基本原理的认识．该类型题目，要求学生对常见物质的制取、收集、净化及尾气吸收装置要牢固掌握并灵活运用．解析：A项在实验室制取乙烯时必须控制反应液的温度为170℃，故温度计的水银球必须插入液面以下；C项为实验室制取氯气的装置，用二氧化锰与浓盐酸制取氯气时必须加热才能反应；D项在制取乙酸乙酯时，为了除去乙酸乙酯中混有的乙酸、乙醇，用饱和碳酸钠溶液吸收，但导管不能插入液面以下，否则易发生倒吸现象．答案：B1．(2009·厦门模拟)下图是制取、干燥和收集某气体的实验装置，可用于(　　)A．用Cu与稀HNO3反应制NOB．用NaOH固体与浓氨水反应制NH3C．用Fe与稀H2SO4反应制H2D．用MnO2与浓HCl反应制Cl2解析：A项，NO不能用排空气法收集，错误；B项，NH3不能用浓H2SO4干燥，错误；D项，Cl2制取时需加热且收集时应长管进气，短管出气，错误；只有C项，H2制取、干燥、收集全符合，正确．答案：C•2．为制备干燥、纯净的CO2，将大理石和盐酸反应生成的气体先后通过装有下列物质的两个吸收装置，两个装置应按顺序装入(　　)•A．饱和Na2CO3溶液；无水CaCl2•B．饱和NaHCO3溶液；浓H2SO4•C．浓H2SO4；饱和NaHCO3溶液•D．饱和NaHCO3溶液；稀H2SO4解析：实验室制取CO2时，混有杂质为HCl、H2O(g)，应先通过饱和的NaHCO3溶液以除去HCl，再通过浓H2SO4或无水CaCl2，目的是除去CO2中的水蒸气．除HCl时，不能用饱和Na2CO3溶液，因为Na2CO3能消耗CO2.故只有B正确．答案：B1．化学实验方案设计的思路实验目的→实验原理→仪器装置→操作步骤→数据处理方法→形成方案→确定最佳方案2．实验设计的步骤(1)明确目的、原理首先必须认真审题，明确实验的目的要求，弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理．•(2)选择仪器、药品•根据实验的目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态，能否腐蚀仪器和橡胶、反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等，从而选择合理的化学仪器和药品．•(3)设计装置、步骤•根据实验目的和原理，以及所选用的仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤．学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力，实验步骤应完整而又简明．•(4)记录现象、数据：根据观察，全面而准确地记录实验过程中的现象和数据．•(5)分析得出结论•根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论．3．实验设计注意的问题(1)仪器连接的顺序①所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用．②仪器是否齐全．例如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的处理装置．③安装顺序是否合理．例如是否遵循“自下而上，从左到右”的原则；气体净化装置中不应先干燥后又经水溶液洗气．•④仪器间连接顺序是否正确．例如：洗气时“进气管长，出气管短”；用干燥管除杂质时“大进小出”等．•(2)实验操作的顺序•①连接仪器．按气体发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理顺序连接好实验仪器．•②检查气密性．在整套仪器连接完毕后，应先检查装置的气密性，然后装入药品．检查气密性的方法要依装置而定．•③装药品，进行实验操作．•(3)检验气体的纯度．点燃或加热通有可燃性气体(H2、CO、CH4、C2H2等)的装置前，必须检验气体的纯度．•(4)加热操作先后顺序的选择．若气体产生需加热，应先用酒精灯加热产生气体的装置，而产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热，目的是：一则防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；二则保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中其他物质反应．•(5)冷凝回流的问题．有些易挥发的液体反应物，为了避免反应物损耗和充分利用原料．要在发生装置中设计冷凝回流装置或在发生装置中安装长玻璃管等．•(6)冷却问题．有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失，需用冷凝管冷凝气体(物质蒸气)，使物质蒸气冷凝为液态便于收集．•(7)防止倒吸问题．实验过程用到加热操作的，要防倒吸；气体易溶于水的要防倒吸．• (8)具有特殊作用的实验改进装置．如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管等．•(9)拆卸时的安全性和科学性．实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑停止加热或停止通气的先后顺序，如对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后再停止通氢气，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化，或形成易爆气体；拆卸用排水法收集需要加热制取气体的装置时，需先把导管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸；拆下的仪器要清洗、干燥、归位．[例题2]　氮化铝(AlN)是一种新型无机材料，广泛用于集成电路生产领域．某氮化铝中含有碳或氧化铝杂质，现用下图中的装置来进行检验，使氮化铝样品和NaOH溶液反应：AlN＋NaOH＋H2O===NaAlO2＋NH3↑，根据反应中所生成氨气的体积来测定样品中氮化铝的质量分数，并根据实验现象来确定杂质的成分(实验中导管体积忽略不计)．•(1)实验有关操作为：a.往锥形瓶中放入少量的AlN样品；b.从分液漏斗往锥形瓶中加入稍过量的NaOH浓溶液；c.检验装置的气密性；d.测定收集到水的体积．•正确的操作顺序为________(以字母进行排序)．•(2)广口瓶中的试剂X可选用________(填选项的字母)．•A．酒精　　B．植物油　　C．CCl4•(3)广口瓶中的液体没有装满(上方留有少量空间)，实验测得NH3的体积将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．•(4)实验结束后，若观察到锥形瓶中还有固体，则样品中含有的杂质是________．•(5)若实验中测得样品的质量为w g，氨气的体积为a L(标准状况)，则样品中AlN的质量分数为________．•(6)有学生改用通过测定生成氨气的质量来确定样品中的AlN的质量分数．应将产生的氨气通入装置________(忽略溶剂的挥发，填选项的字母)．点拨：解答该类题目，首先要理解实验目的和实验原理，明确各装置的作用，然后根据实验要求逐一解答．解析：(1)实验步骤：连接装置→检查装置气密性→加药品→测定结果，故正确的顺序为c→a→b→d.(2)因NH3极易溶于水，而该装置设计成用排水法来测NH3的体积，因此需在水的上方加上难溶于水(NH3也难溶)且比水的密度小的物质，故A、C不可，只有B符合．(3)广口瓶中的液体体积只要比能产生的NH3的体积大即可，不一定充满．(4)因AlN、Al2O3均能与NaOH反应且无不溶物生成，今反应后锥形瓶仍有固体，说明含有杂质碳．•某兴趣小组同学根据Mg与CO2反应原理，推测钠也应能在CO2中燃烧．为了确定其生成产物并进行实验论证，请你参与以下研究过程．•(1)甲同学首先设计了实验室制取二氧化碳的三种发生装置，若选用碳酸氢钠分解制取二氧化碳，则应选用装置是________(选填装置序号A、B、C，下同)；若用石灰石与稀盐酸为原料，并能控制反应随时发生随时停止，最好应选用的装置是________；若用碳酸钠固体与稀硫酸反应应选用的装置是________．•(2)乙同学按实验要求，用下列装置进行实验(已知PdCl2溶液能被CO还原得到黑色的Pd)，请回答下列问题：•①若装置6中有黑色沉淀，装置4中的残留固体(只有一种物质)加盐酸有能使石灰水变浑浊的气体放出，则钠与二氧化碳反应的化学方程式为____________________．•②若装置6中溶液无明显现象，装置4中残留固体加盐酸有能使石灰水变浑浊的气体放出，则钠与二氧化碳反应的化学方程式为__________________．•(3)指导老师认为，不仅要检验残留固体中是否有碳酸钠，还要检验其中是否有氧化钠和碳．当确认钠充分反应后，请你设计一个简单实验，验证装置4中得到的残留固体中是否含有Na2O和C.•(3)将固体溶于水，若有黑色不溶颗粒，则说明有碳生成，在所得水溶液中加入过量BaCl2溶液，用pH试纸检验，若溶液显碱性，则原来含有氧化钠．(2009·福建理综高考)某研究性学习小组借助AD的仪器装置完成有关实验．•[实验一]收集NO气体．•(1)用装置A收集NO气体，正确的操作是________(填序号)．•a．从①口进气，用排水法集气•b．从①口进气，用排气法集气•c．从②口进气，用排水法集气•d．从②口进气，用排气法集气•[实验二]为了探究镀锌薄铁板上锌的质量分数ω(Zn)和镀层厚度，查询得知锌易溶于强碱：Zn＋2NaOH===Na2ZnO2＋H2↑.据此，截取面积为S的双面镀锌薄铁板试样剪碎、称得质量为m1 g．用固体烧碱和水作试剂，拟出下列实验方案并进行相关实验．•方案甲：通过测量试样与碱反应生成的氢气体积来实现探究目标．•(2)选用B和________(填仪器标号)两个装置进行实验．•(3)测得充分反应后生成氢气的体积为V L(标准状况)，ω(Zn)＝________.•(4)计算镀层厚度，还需检索的一个物理量是________．•(5)若装置B中的恒压分液漏斗改为普通分液漏斗，测量结果将________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)．•方案乙：通过称量试样与碱反应前后的质量实现探究目标．选用仪器C做实验，试样经充分反应，滤出不溶物、洗涤、烘干，称得其质量为m2g.•(6)ω(Zn)＝________.•方案丙：通过称量试样与碱反应前后仪器、试样和试剂的总质量(其差值即为H2的质量)实现探究目标．实验同样使用仪器C.•(7)从实验误差角度分析，方案丙________方案乙(填“优于”、“劣于”或“等同于”)．1．(2009·福州高三质检)用下列装置制取并收集NO2气体，其中最合理的是(　　)解析：铜和浓硝酸反应的产物是二氧化氮，其密度比空气大，因此利用排空气法用封闭装置收集二氧化氮气体时，导气管应该长进短出，这样有利于把试管中的空气排尽．答案：C•2．(1)在没有现成的CO2气体发生器的情况下，请你选用下图中的部分仪器，装配成 一个简易的、能随开随用、随关随停的CO2气体发生装置，应选用的仪器是(填入编号)________；•(2)若用上述发生装置制取CO2气体，而实验室只有稀硫酸、浓硝酸、水、块状纯碱、块状大理石，比较合理的方案，应选用的药品是__________________．解析：(1)本题实质是考查考生是否掌握启普发生器的原理，用干燥管、烧杯和单孔塞组合，可以取代启普发生器中的“球形漏斗”和“容器”这两个核心部分，从而达到随关随停的目的．(2)选用试剂时要注意，题目没有提供学生熟悉的盐酸，而硫酸会与大理石生成CaSO4沉淀，包在其表面阻止CaCO3继续和酸作用产生CO2；块状Na2CO3遇酸会溶解，使制气装置起不到随关随停的作用，本题只能选用大理石、浓硝酸和水．答案：(1)a、c、d、e(2)浓硝酸、水、块状大理石•3．实验室制取H2、CO2、H2S等气体，往往都用启普发生器．它有开后即制气、关闭即停止的便利，其不足之处在于体积大，浪费药品，制作工艺水平高，价格较贵．某课外兴趣小组的同学设计了以下几种简易的装置：•(1)图①、图②、图③装置是基于什么物理原理设计的________．•(2)图④与图①、图②、图③有很大不同．如果用FeS固体与稀硫酸，用图④装置来制取H2S，请简述操作步骤____________________．•(3)如果利用图⑤装置制取一定量的H2，其操作过程是________________________________．解析：为达到四个“随”的要求(随用随制，随关随停)，组装仪器的关键是要让固体时而接触液体，时而又和液体分离．仔细观察后，发现图①、图②、图③都与启普发生器的功能类似，图④则换了一种思路，也是利用了实际的操作方法来实现随用随制．答案：(1)连通器原理•(2)在锥形瓶中注入适量的稀硫酸，把FeS固体装入多孔袋中，用高强度的化纤扎紧袋口，并系好铜丝，将多孔袋悬空，按图示装置放好，打开活塞，塞好橡皮塞，放松铜丝，让袋浸泡在稀硫酸中，若要停止反应，上提铜丝，便可将装有FeS的袋子脱离稀硫酸而终止反应•(3)打开活塞把装有锌粒的干燥管浸入装有稀硫酸的烧杯中•4．氧化铜是一种黑色固体，可溶于稀硫酸，某同学想知道是稀硫酸中的哪种粒子(H2O、H＋、SO)能使氧化铜溶解，请你和他一起通过下图所示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个实验完成这次探究活动．•猜想：(1)该同学提出的假设是________________．•探究：•(2)通过实验Ⅰ，可以证明____________________．•(3)要证明另外两种粒子能否溶解氧化铜，还需要进行实验Ⅱ和Ⅲ，在Ⅱ中加入稀硫酸后氧化铜溶解，则进一步确认的实验操作是：在Ⅲ中先加入________，再加入________．•(4)探究结果为________．你认为除实验Ⅱ和Ⅲ所用的试剂外，还能溶解氧化铜的一种常见的物质是________． •5．某课外活动小组加热炭粉(过量)和氧化铜的混合物，再用下图所示装置，对获得的铜粉(含炭)样品进行实验．图中铁架台等装置已略去．请你帮助他们完成下列实验报告. •(一)实验目的：________________.•(二)实验用品•仪器：天平、分液漏斗、锥形瓶、硬质玻璃管、干燥管、酒精灯、洗气瓶等．•药品：红褐色(含炭)样品、过氧化氢溶液、二氧化锰、碱石灰、浓硫酸等．•(三)实验内容：•(1)在C中加入样品粉末W g，D中装入药品后并称量为m1 g，连接好仪器•(2)打开A的活塞，慢慢滴加溶液，此时发生的现象为________．有关化学方程式有________．•(3)对C进行加热，当C中药品充分反应后，关闭A的活塞，停止加热，此时发生的现象为________，有关的化学方程式为________．•(4)冷却后，称量D的质量为m2 g.•(四)计算：样品中铜的质量分数＝________(用含W、m1、m2的代数式表示)．•(五)问题和讨论：•实验完成后，老师评议说：按上述实验设计，即使C中反应完全，D中吸收完全，也不会得出正确的结果．经讨论，有同学提出在B与C之间加入一个装置．再次实验后，得到了较正确的结果．那么，原来实验所测得的铜的质量分数偏小的原因可能是____________．在BC之间加入的装置可以是________，其中盛放的药品是________．第(五)小题出现了实验结果负误差，所以一定是D多吸收了什么物质，由此可以结合化学方程式找到水的存在，进而得到这一问的答案．答案：(一)测定铜粉样品中铜的质量分数。