发生装置怎么选、除杂用什么、干燥剂配哪种、气体怎么收、尾气怎么处理——这是实验大题里最"套路化"也最容易丢分的一块。把每一步讲成人话、再动手拨一拨,连接顺序一气呵成,你就能在实验题里稳稳拿满分。
选装置只看两件事:反应物是固体还是液体、要不要加热。三张脸对号入座:
两种固体混合、需要酒精灯加热。大试管固定在铁架台,试管口要略向下倾斜——防止反应生成的水冷凝后倒流回热的管底,把试管炸裂。
⚠ 口诀:固固加热、口向下。这是"制 O₂(氯酸钾法)"和"制 NH₃(铵盐+碱)"的标志装置。
固体与液体常温反应即可放气,不需加热。可用启普发生器(随开随用、随关随停),或"锥形瓶+分液漏斗"简易装置。要求固体是块状不溶(如大理石、锌粒),反应放热不剧烈。
⚠ 启普发生器只适用于"块状固体+液体、不加热、气体不溶于水或微溶"的反应;粉末状固体、需加热、气体太易溶都不能用。
固体(或浓溶液)与液体反应,并且需要加热才能进行。用圆底烧瓶+分液漏斗+酒精灯,常配石棉网。
⚠ 稀盐酸不行,必须浓盐酸;而且随反应进行盐酸变稀,反应会停止。这是"制 Cl₂"的标志装置。
选一种气体(或自选『反应物状态+是否加热』),看该配哪一型装置,并给出注意点。
高考必背的七种气体。横着记原理、竖着记装置,和上一节的"三型脸"一一对应。
| 气体 | 主要原理 | 发生装置 | 干燥剂 | 收集 |
|---|---|---|---|---|
| O₂ | 2KClO₃→2KCl+3O₂↑(MnO₂,Δ);或 2H₂O₂→2H₂O+O₂↑(MnO₂) | ①固固加热 / ②固液不加热 | 浓硫酸/碱石灰均可 | 排水法 / 向上排空气 |
| H₂ | Zn+H₂SO₄(稀)→ZnSO₄+H₂↑ | ②固液不加热(可启普) | 浓硫酸/碱石灰均可 | 排水法 / 向下排空气 |
| CO₂ | CaCO₃+2HCl→CaCl₂+H₂O+CO₂↑ | ②固液不加热(可启普) | 浓硫酸(不可碱石灰) | 向上排空气 |
| Cl₂ | MnO₂+4HCl(浓)→MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O(Δ) | ③固液加热 | 浓硫酸(不可碱石灰) | 向上排空气 |
| NH₃ | 2NH₄Cl+Ca(OH)₂→CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O(Δ) | ①固固加热 | 碱石灰(不可浓硫酸/CaCl₂) | 向下排空气 |
| SO₂ | Na₂SO₃+H₂SO₄→Na₂SO₄+H₂O+SO₂↑ | ②固液不加热 | 浓硫酸(不可碱石灰) | 向上排空气 |
| NO | 3Cu+8HNO₃(稀)→3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O | ②固液不加热 | —(不可与 O₂ 接触) | 只能排水法 |
| NO₂ | Cu+4HNO₃(浓)→Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O | ②固液不加热 | — | 向上排空气(不可排水,会与水反应) |
⚠ NO 见空气立刻变红棕色(2NO+O₂→2NO₂),所以只能排水法收集;NO₂ 能与水反应(3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO),所以不能排水,只能向上排空气。
点任一气体,查它的原理、装置型、干燥剂、收集法、尾气一条龙。是本包的"速查卡"。
刚制出的气体常带杂质(挥发的酸、水汽等)。用洗气瓶(装液体试剂)或干燥管(装固体)让气体通过,把杂质"吸掉"。
① 只除杂、不吸主气: 试剂能吸收杂质,却不能和要收集的目标气体反应。
② 不能引入新杂质: 除完不能带进别的气体。
| 目标气体 | 要除的杂质 | 选用试剂 | 为什么不用别的 |
|---|---|---|---|
| Cl₂ | HCl | 饱和食盐水 | 不用水/NaOH:会溶解或反应掉 Cl₂ |
| CO₂ | HCl | 饱和 NaHCO₃ 溶液 | 不用 Na₂CO₃/NaOH:会吸收 CO₂ |
| SO₂ | HCl | 饱和 NaHSO₃ 溶液 | 不用 NaOH:会吸收 SO₂ |
| CO₂ | SO₂(混在里面) | 饱和 NaHCO₃ 溶液 | NaHCO₃ 吸 SO₂ 却放出 CO₂,不损失目标气 |
⚠ 记住:除 Cl₂ 中 HCl 用饱和食盐水(既压 HCl 挥发,又不溶 Cl₂);除 CO₂ 中 HCl 用饱和 NaHCO₃(它吸 HCl 不吸 CO₂)。选错试剂把目标气也吸走,是本节头号翻车点。
洗气瓶必须『长管进、短管出』:气体从长导管插入液面下鼓泡通过,才能充分接触试剂;从短管排出。点按钮看正确气流,以及接反了会怎样。
| 干燥剂 | 酸碱性 | 能干燥 | 不能干燥 |
|---|---|---|---|
| 浓硫酸 / P₂O₅ | 酸性 | 酸性 & 中性气体:CO₂、SO₂、Cl₂、H₂、O₂、HCl、NO₂等 | NH₃(碱性,会被吸收/反应) |
| 碱石灰(NaOH+CaO) | 碱性 | 碱性 & 中性气体:NH₃、H₂、O₂、N₂等 | CO₂、SO₂、Cl₂、HCl(酸性气,会被吸收) |
| 无水 CaCl₂ | 中性 | 大多数中性/酸性气体 | NH₃(会生成 CaCl₂·8NH₃) |
⚠ 三条高频错点:NH₃ 不能用浓硫酸、也不能用无水 CaCl₂,只能用碱石灰;CO₂/SO₂/Cl₂ 不能用碱石灰(碱性干燥剂吸走它们);要干燥的气体和干燥剂"酸碱相反"就一定错。
选一种气体、再选一种干燥剂,系统判断"合适 / 不合适"并说明原因。多试几组,把"酸碱互斥"的感觉练出来。
收集只看两条性质:溶不溶于水、密度比空气大还是小(空气平均摩尔质量 ≈ 29 g/mol)。
| 收集法 | 适用条件 | 典型气体 |
|---|---|---|
| 排水法 | 不溶 / 难溶于水,且不与水反应 | O₂、H₂、NO、N₂ |
| 向上排空气法(瓶口朝上) | 密度 大于空气(M > 29) | Cl₂(71)、CO₂(44)、SO₂(64)、NO₂(46)、HCl(36.5) |
| 向下排空气法(瓶口朝下) | 密度 小于空气(M < 29) | H₂(2)、NH₃(17) |
能排水法尽量排水法(纯度高),但易溶于水的(NH₃、HCl、SO₂、CO₂部分)只能排空气;有色/有毒又不溶的(如 NO)常用排水。
⚠ 三个"钉子":NH₃ 极易溶于水,只能向下排空气;NO 只能排水法(见空气变 NO₂);NO₂ 不能排水(与水反应),只能向上排空气。H₂ 既可排水也可向下排空气。
拨"是否溶于水"和"相对密度(与空气比)",实时判定该用哪种收集法,并画出对应装置示意。
| 气体 | 验满方法 |
|---|---|
| O₂ | 带火星的木条放瓶口,复燃则已满 |
| CO₂ | 燃着的木条放瓶口,熄灭则已满 |
| Cl₂ | 湿润的淀粉碘化钾试纸放瓶口,变蓝则已满 |
| NH₃ | 湿润的红色石蕊试纸放瓶口,变蓝则已满 |
H₂ 验纯: 收一小试管气体点燃,声音尖锐刺耳=不纯(混空气),声音很轻"噗"=较纯。可燃气(H₂、CO 等)点燃或加热前必须先验纯,否则易爆炸。
| 尾气 | 处理方法 |
|---|---|
| Cl₂、SO₂ | 通入 NaOH 溶液吸收(碱液) |
| NO₂、NO | NaOH 溶液吸收(NO 常需与 O₂ 配合) |
| NH₃、HCl(极易溶) | 用水吸收,需防倒吸(倒扣漏斗/干燥管) |
| CO | 点燃烧掉(可燃,尾气收集或燃烧) |
⚠ 极易溶于水的气体(NH₃、HCl)用水或碱液吸收时,导管不能直接插入液面下,否则液体倒吸。要用倒扣漏斗或防倒吸装置。
为什么是这个顺序? ① 先除杂再干燥——因为很多除杂用的是溶液(如饱和食盐水、NaHCO₃),气体过完液体会重新带上水汽,所以干燥必须放在洗气之后,否则前面干了后面又湿了,白干。
② 收集放在干燥之后——要收的是又纯又干的气体。
③ 尾气处理放最后——把没收满、逸出的有毒气兜住。
⚠ 头号错点:先干燥后除杂是错的!洗气(溶液)会把气体重新润湿,干燥一定在洗气之后。这一条几乎年年考。
下面五个环节被打乱了。把它们拖成正确顺序(制备→除杂→干燥→收集→尾气),点"检查"看对错。
1. NH₃ 不能用浓硫酸、也不能用无水 CaCl₂ 干燥(都会吸收/反应),只能用碱石灰。
2. CO₂、SO₂、Cl₂、HCl 等酸性气体不能用碱石灰干燥(碱性干燥剂会把它们吸走)。
3. 顺序错:必须"先除杂再干燥"。洗气用的是溶液,会重新带上水汽,干燥要放在洗气之后。
4. 洗气瓶要"长进短出":长导管伸入液面下鼓泡,短导管排气。接反(短进长出)起不到洗气作用甚至把液体压出。
5. 固固加热型(制 O₂、NH₃)试管口要略向下倾斜,防冷凝水倒流炸裂试管。
6. NO 只能排水法(见空气变 NO₂);NO₂ 不能排水(与水反应生成 HNO₃ 和 NO),只能向上排空气。
7. 除 Cl₂ 中 HCl 用饱和食盐水(不能用水或 NaOH,会损失 Cl₂);除 CO₂ 中 HCl 用饱和 NaHCO₃(不能用 NaOH/Na₂CO₃)。
8. 制 Cl₂ 必须用浓盐酸且加热;稀盐酸不行,盐酸变稀后反应停止。
9. 极易溶气体(NH₃、HCl)尾气吸收要防倒吸(倒扣漏斗)。
10. 可燃气(H₂)点燃前必须验纯,防爆炸。
▸ 一条主线统摄全局: 任何制气题都能拆成"发生—除杂—干燥—收集—尾气—验纯/验满"六格。拿到题先在脑中列这六格,逐格填,漏项、错序自然浮现。
▸ "酸碱相斥"的普适判据: 干燥剂、除杂剂、尾气吸收剂,本质都在问"目标气体是酸性/碱性/中性?试剂会不会和它反应?"。把气体分类(酸性:CO₂/SO₂/Cl₂/HCl/NO₂;碱性:NH₃;中性:H₂/O₂/NO/N₂),再套"同性不吸、异性吸收",一切迎刃而解。
▸ 装置气密性检验是隐藏得分点: 组装后先检气密性(如微热法看气泡/液柱)。大题常在此设问,别忽略。
▸ 启普发生器的三条件同时满足: 块状固体 + 不加热 + 气体不溶(或微溶)。任缺一条就不能用——这是判断题的常客(如制 O₂ 需加热、制 CO₂ 用粉末都不行)。
▸ 浓稀之辨: 铜与浓硝酸放 NO₂、与稀硝酸放 NO;MnO₂ 只与浓盐酸反应放 Cl₂。"浓/稀"是很多制气题的分水岭,读题先圈浓度。
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