專題六 氣體的干燥、收集及凈化

申燕

高考動(dòng)向

1. 掌握常見氣體的實(shí)驗(yàn)室制備過程中的干燥、收集及凈化方法，并能夠正確選用相關(guān)儀器和藥品。

2. 高考對(duì)此考點(diǎn)的考查，在選擇題中大多較為基礎(chǔ)，主要是考查常見氣體的收集、除雜方法；而在非選擇題部分，更注重能力的考查，綜合性、應(yīng)用性較強(qiáng)，大多數(shù)題目是將氣體凈化部分整合在一個(gè)大的探究實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行考查，此時(shí)氣體制備往往是為后續(xù)反應(yīng)提供原料，因此考生在考慮凈化裝置、進(jìn)行藥品選擇時(shí)就應(yīng)該有整體觀，做到瞻前顧后。此外，實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)新點(diǎn)較多，比如考查不常見氣體制備過程中的除雜，考查儀器改進(jìn)的原理、目的、作用，對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)提供方案，定量分析中收集裝置的設(shè)計(jì)和選擇等，這就需要考生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、已知信息、反?yīng)要求、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、物質(zhì)的性質(zhì)等，進(jìn)行知識(shí)遷移和拓展應(yīng)用。

考點(diǎn)分析

考點(diǎn)1. 常見氣體的收集

氣體收集裝置的選擇，要考慮氣體的密度、溶解性以及該氣體是否與水（溶液）、空氣發(fā)生反應(yīng)。若氣體難溶于水（溶液）且不與水（溶液）反應(yīng)，即可選擇排水（溶液）法來收集，如H2、O2、NO、CO、Cl2等；根據(jù)所收集氣體和空氣密度的差別，對(duì)于不與空氣反應(yīng)的氣體可考慮選擇排空氣法（需注意集氣瓶導(dǎo)管進(jìn)出氣方向），如CO2、SO2、H2、NH3等；而對(duì)于大多數(shù)氣體均可用氣球進(jìn)行少量收集。根據(jù)實(shí)際反應(yīng)的具體需要，有時(shí)會(huì)將集氣瓶更換為帶有刻度的收集裝置，但是收集氣體的原理是一樣的。

考點(diǎn)2. 氣體的凈化與干燥。

氣體凈化除雜應(yīng)遵循不引入新雜質(zhì)、不減少被提純物質(zhì)、實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便易行的原則。常見的吸收劑如水，可用于吸收易溶氣體如HCl、NH3等；濃硫酸，可用于吸水干燥；強(qiáng)堿（NaOH）溶液，可用于吸收SO2、Cl2、HCl、H2S等；飽和碳酸氫鈉（飽和亞硫酸氫鈉）溶液，可用于吸收CO2（SO2）氣體中的HCl等；堿石灰（NaOH和CaO），可用于吸收CO2、H2O（g）、HCl等；灼熱的銅網(wǎng)（氧化銅），可用于吸收O2（H2、CO）等。常見的氣體凈化的方法如轉(zhuǎn)化和吸收（固體吸收和洗氣）等。

氣體的凈化往往需要先對(duì)可能雜質(zhì)成分進(jìn)行分析，然后再根據(jù)原氣體和雜質(zhì)氣體的特性選擇恰當(dāng)?shù)某s方法。其中，雜質(zhì)氣體的可能來源主要包括兩部分，一部分是反應(yīng)物揮發(fā)或未反應(yīng)剩余的氣體，一部分是反應(yīng)過程生成副產(chǎn)物。

氣體的干燥是通過干燥劑吸水實(shí)現(xiàn)的氣體凈化，干燥劑的選擇需要考慮原氣體的性質(zhì)，原氣體不能溶于所選試劑或者與所選試劑反應(yīng)，還需根據(jù)雜質(zhì)氣體的性質(zhì)進(jìn)行選擇。根據(jù)反應(yīng)裝置，常見的干燥劑分固體干燥劑（堿石灰、無水CaCl2、P2O5等）和液體干燥劑（濃硫酸等）兩種；根據(jù)干燥劑的性質(zhì)，干燥劑又分為酸性、堿性、中性干燥劑。

考點(diǎn)3. 尾氣處理。

在氣體制備的過程中，對(duì)于有毒有刺激性氣味的氣體應(yīng)采用相應(yīng)的處理方法避免污染空氣。常見的尾氣處理的方法有：吸收法，大部分的氣體均可采用此方法，根據(jù)氣體性質(zhì)的不同選擇吸收劑（如可用堿石灰吸收SO2、NO2等氣體），此方法需要根據(jù)氣體溶解度的大小選擇不同的裝置，對(duì)于溶解度較小的氣體（如Cl2等），用玻璃管導(dǎo)入吸收液即可，而溶解度較大的氣體（如NH3等），則需注意防止液體倒吸。燃燒法，對(duì)于不溶于水、不溶于酸或堿的可燃性有毒氣體可采用燃燒法，如CO等。收集法，對(duì)于不溶的氣體（如NO、CO等）可采用收集法，此法收集到的氣體需進(jìn)行后續(xù)處理。

考點(diǎn)4. 氣體凈化與干燥注意事項(xiàng)。

對(duì)氣體凈化與干燥時(shí)應(yīng)注意凈化和干燥的先后順序，可以根據(jù)具體情況具體分析，一般情況下，若用洗氣裝置除雜，則除雜在前，干燥在后（洗氣過程會(huì)帶出水蒸氣）；若用加熱裝置除雜，則干燥在前，除雜在后。此外，還需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體需要進(jìn)行選擇性凈化，對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)有影響的雜質(zhì)氣體需進(jìn)行處理，而不影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)的雜質(zhì)氣體可以不必處理，以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟。

考點(diǎn)突破

氣體的干燥、收集和尾氣的處理技巧

1. 氣體的干燥技巧。

為了防止大氣中的水蒸氣干擾實(shí)驗(yàn)，有特殊干燥要求的需進(jìn)行空氣干燥。

如：（2013·山東理綜，30 節(jié)選）TiO2既是制備其他含鈦化合物的原料，又是一種性能優(yōu)異的白色顏料。（1）實(shí)驗(yàn)室利用反應(yīng)TiO2（s）+CCl4（g）TiCl4（g）+CO2（g），在無水無氧條件下制備TiCl4，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如下：

【解析】依題意TiCl4的制備需無水條件，要防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入干擾實(shí)驗(yàn)，因此，裝置E即為空氣干燥裝置，盛放濃硫酸。

2. 尾氣的處理技巧。

（1）采用吸收法進(jìn)行尾氣處理時(shí)，對(duì)于溶解性大的氣體要注意防倒吸。常見的防止倒吸方法和裝置如下：

（2）采用燃燒法進(jìn)行尾氣處理時(shí)，應(yīng)注意防止回火。如右圖：

3. 一種裝置多種用途。

改變裝置的進(jìn)出氣方向，或改變裝置中所盛試劑，均可以將一種裝置設(shè)計(jì)為具有多種用途的裝置。例如：下題中的裝置，既可設(shè)計(jì)為收集裝置，又可設(shè)計(jì)為除雜干燥裝置。

利用圖3所示裝置收集以下8種氣體（圖中燒瓶位置不得移動(dòng)）：①H2 ②Cl2 ③CH4 ④HCl ⑤NH3 ⑥NO ⑦H2S ⑧SO2

（1）若燒瓶是干燥的，則由A口進(jìn)氣，在B口可收集的氣體有（用數(shù)字表示，下同） 。

（2）若燒瓶充滿水，可收集的氣體有________，這時(shí)氣體由________口進(jìn)入。

（3）若在燒瓶?jī)?nèi)裝入濃硫酸進(jìn)行干燥氣體，則可用此裝置的氣體有____________，這時(shí)氣體由________口進(jìn)入。

（4）若燒瓶是干燥的，不能用此裝置來收集的氣體是___________。

參考答案：（1）②④⑦⑧；（2）①③⑥ A；（3）①②③④⑥⑧ B；（6）⑥

決勝高考

1.（2013·安徽理綜，8）實(shí)驗(yàn)室中某些氣體的制取、收集及尾氣處理裝置如圖4所示（省略夾持和凈化裝置）。僅用此裝置和表中提供的物質(zhì)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，最合理的選項(xiàng)是

2. 實(shí)驗(yàn)是化學(xué)研究的基礎(chǔ)，如圖5所示的實(shí)驗(yàn)操作正確的是

3.（A）（2015·海南節(jié)選第（1）、（2）問）工業(yè)上，向500～600℃的鐵屑中通入氯氣生產(chǎn)無水氯化鐵；向熾熱鐵屑中通入氯化氫生產(chǎn)無水氯化亞鐵。現(xiàn)用如圖6所示的裝置模擬上述過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

回答下列問題：

（1）裝置B中加入的試劑是 。

（2）制取無水氯化亞鐵的實(shí)驗(yàn)中，尾氣的成分是 。

若仍用D裝置進(jìn)行尾氣處理，存在的問題是 、

。

（B）（2015·福建第25題（1）（2）問）某化學(xué)興趣小組制取氯酸鉀和氯水并進(jìn)行有關(guān)探究實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)一制取氯酸鉀和氯水，利用圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

若對(duì)調(diào)B和C裝置的位置， （填“能”或“不能”）提高B中氯酸鉀的產(chǎn)率。

4.（2015·全國新課標(biāo)II第 28題第（3）②問節(jié)選）二氧化氯（ClO2，黃綠色易溶于水的氣體）是高效、低毒的消毒劑，

回答下列問題：（3）用如圖8所示裝置可以測(cè)定混合氣中ClO2的含量：

Ⅰ. 在錐形瓶中加入足量的碘化鉀，用50 mL水溶解后，再加入3 mL稀硫酸：

Ⅱ. 在玻璃液封裝置中加入水，使液面沒過玻璃液封管的管口；

玻璃液封裝置的作用是

5.（2015 ·上海第36題節(jié)選）過氧化鈣（CaO2）是一種白色、無毒、難溶于水的固體，能殺菌消毒，廣泛用于果蔬保鮮、空氣凈化、污水處理等方面.工業(yè)生產(chǎn)過程如下：

①在NH4Cl溶液中加入Ca（OH）2；

②不斷攪拌的同時(shí)加入30% H2O2，反應(yīng)生成CaO2·8H2O沉淀；

③經(jīng)過陳化、過濾，水洗得到CaO2·8H2O，再脫水干燥得到CaO2。

完成下列填空

已知CaO2在350℃迅速分解生成CaO和O2。如圖是實(shí)驗(yàn)室測(cè)定產(chǎn)品中CaO2含量的裝置（夾持裝置省略）。

若所取產(chǎn)品質(zhì)量是m g，測(cè)得氣體體積為V mL（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），則產(chǎn)品中CaO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 （用字母表示）。

答案點(diǎn)撥

1. B 解析： 此題綜合考查了氣體的制備、收集和尾氣處理；A中氨氣不能使用向上排氣法收集，錯(cuò)誤；B正確；C中Cu和稀硝酸反應(yīng)生成NO，NO遇空氣中的氧氣反應(yīng)生成NO2，收集氣體不純，錯(cuò)誤；D中制備氯氣需要加熱，錯(cuò)誤。

2. C解析：此題考查了氣體的凈化、收集和尾氣處理；A中不能用堿石灰吸收酸性氣體，錯(cuò)誤；B中不能用向下排氣法收集O2，錯(cuò)誤；C有效防止倒吸，正確；D中氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)，錯(cuò)誤。

3.（A）（1）濃硫酸。

（2）HCl和H2；發(fā)生倒吸；可燃性氣體H2不能被吸收。

（B）能

解析：（A）（1）經(jīng)分析裝置B的作用是對(duì)氯氣進(jìn)行干燥，常選用濃硫酸。

（2）制備無水氯化亞鐵，需要HCl氣體，通過分析，即可知尾氣的成分為未反應(yīng)的HCl和生成的H2。而裝置D的尾氣處理方法為吸收法，HCl在水中溶解度較大，所以應(yīng)為防倒吸的尾氣處理裝置，而H2并不溶于水，所以不能采用吸收法來處理。

（B）本實(shí)驗(yàn)采用二氧化錳和濃鹽酸來制取氯氣，氯氣中的雜質(zhì)氣體為H2O和HCl，HCl在水中溶解度大，會(huì)和KOH溶液反應(yīng)生成KCl雜質(zhì)，影響B(tài)中氯酸鉀的產(chǎn)率，而H2O對(duì)在溶液中制備氯酸鉀并沒有影響，所以，可以對(duì)調(diào)B和C裝置，除去HCl，提高氯酸鉀的產(chǎn)率。

4. 玻璃液封裝置可防止有害氣體逸出

解析：對(duì)尾氣處理的裝置進(jìn)行改進(jìn)。液封的作用是吸收未反應(yīng)的ClO2，同時(shí)對(duì)產(chǎn)物I2也可以起到封存避免其逸出的作用。

（作者單位：深圳科學(xué)高中）

責(zé)任編校 李平安