高中化學(xué)中五種重要?dú)怏w常規(guī)與非常規(guī)制法

李曉峰

摘要：高考中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查約占整個(gè)化學(xué)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(xiàn)，學(xué)生極易忽視或混淆，為便于透徹掌握這塊知識(shí)點(diǎn)，便于高三復(fù)習(xí)，有必要對(duì)其進(jìn)行歸類比較，以備應(yīng)戰(zhàn)高考.

關(guān)鍵詞：高考，常見氣體，制備，常規(guī)與非常規(guī)

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些氣體的非常規(guī)制法，它與實(shí)驗(yàn)室常規(guī)制法在原理或裝置類型上會(huì)截然不同，它是高考中?？嫉臒狳c(diǎn)問題，這也是許多考生極易疏忽和極易被遺忘的知識(shí)點(diǎn)，現(xiàn)將氧氣、氯氣、氨、氯化氫、二氧化碳五種常見氣體的常規(guī)制取與非常規(guī)制取中的一系列問題進(jìn)行對(duì)比歸納整理如下，供平時(shí)學(xué)習(xí)或高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時(shí)作以參考：

一、氧氣制備的一系列問題

1.實(shí)驗(yàn)室制法

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

（2）裝置類型：固 + 固加熱氣體.

反應(yīng)裝置類型反應(yīng)裝置圖適用氣體操作注意事項(xiàng)

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(shí)先均勻加熱再局部加強(qiáng)熱

（3）收集方法：①排水法.②向上排空氣法.

（4）驗(yàn)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(fù)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(guī)制法

（1）原理及反應(yīng)：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(yè)制法

（1） 電解水法：2H2O電解2H2↑+ O2↑

（2）分離液態(tài)空氣法：空氣經(jīng)凈化降溫加壓成液態(tài)空氣，減壓蒸發(fā)液態(tài)空氣，先揮發(fā)出氮?dú)?，留下的便是液態(tài)氧氣.

二、氯氣制備的一系列問題

1.實(shí)驗(yàn)室制法

（1）原理及反應(yīng)：

①M(fèi)nO2 + 4HCl（濃）△ MnCl2 +2H2O + Cl2↑

②KClO3 +6HCl（濃）△ KCl +3H2O + 3Cl2↑

（2）裝置類型：固 + 液 加熱 氣體.

反應(yīng)裝置類型反應(yīng)裝置圖適用氣體操作注意事項(xiàng)

固、液加熱型或液、液加熱型 Cl2、HCl等①燒瓶加熱時(shí)要隔石棉網(wǎng)

②反應(yīng)物均為液體時(shí)，燒瓶內(nèi)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(yàn)滿：用濕潤的淀粉KI試紙靠近管口，試紙變藍(lán)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(yīng)要熱源；瓶口向上收集滿，尾氣處理要用堿.

2.非常規(guī)制法

（1）原理及反應(yīng)：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(yè)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(shí)驗(yàn)室制法

（1）原理及反應(yīng)：

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(yàn)滿：①用濕潤的藍(lán)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(xiàn)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(yīng)注意用倒扣漏斗，一方面擴(kuò)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(chǎn)生氯化氫；瓶口向上來收集，石蕊試紙藍(lán)變紅.

2.非常規(guī)制法

（1）原理及反應(yīng)：HCl（濃） H2SO4（濃） HCl↑

注意：①H2SO4（濃） 可吸水.②H2SO4（濃） 遇水會(huì)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(yè)制法： H2 + Cl2點(diǎn)燃2HCl（注意：不能光照，否則會(huì)發(fā)生爆炸）

四、氨氣制備的一系列問題

1.實(shí)驗(yàn)室制法

（1）原理及反應(yīng)：

2NH4Cl + Ca（OH）2△ CaCl2 + 2NH3↑+ 2H2O

（2）裝置類型：固 + 固△氣體.（與實(shí)驗(yàn)制取氧氣一致）

（3）收集方法：向下排空氣法（管口應(yīng)塞有棉花團(tuán)，且導(dǎo)管應(yīng)伸入集氣瓶底部）.

（4）驗(yàn)滿：①用濕潤的紅色石蕊試紙靠近管口，試紙變藍(lán)者，說明已收集滿.

②用玻璃棒蘸取濃鹽酸靠近管口，出現(xiàn)白煙，說明已收集滿.

（5）尾氣處理：用水吸收（但應(yīng)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(lán).

2.非常規(guī)制法

（1）原理及反應(yīng)：

NH3·H2O（濃）CaO或NaOH NH3↑+ H2O

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

（2）裝置類型： 液 + 固不加熱氣體

3.工業(yè)制法

N2 + 3H2崔化劑加熱 2NH3

五、二氧化碳?xì)怏w制備的一系列問題

1.實(shí)驗(yàn)室制法

（1）原理及反應(yīng)：

CaCO3 + 2HClCaCl2 + CO2↑+ H2O

（2）裝置類型：固 + 液 不加熱 氣體.

反應(yīng)裝置類型反應(yīng)裝置圖適用氣體操作注意事項(xiàng)

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(shí)，要使漏斗下端插入液面以下

②啟普發(fā)生器只適用于塊狀固體和液體反應(yīng)，且氣體不溶于水

③使用分液漏斗既可以增強(qiáng)氣密性，又可控制液體流速

（3）收集方法：向上排空氣法.

（4）驗(yàn)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(yīng)也容易；兩物混合泡沫起，瓶口向上來收集.

2.非常規(guī)制法

（1）原理及反應(yīng)：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(yīng)，

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

3.工業(yè)制法

煅燒石灰石： CaCO3高溫CaO + CO2↑

六、應(yīng)用題型舉例

例1某興趣小組同學(xué)共同設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置.該裝置既可用于制取氣體，又可用于驗(yàn)證物質(zhì)的性質(zhì)，試回答下列各項(xiàng)問題：

（1）打開K1關(guān)閉K2，可制取某些氣體.

①甲同學(xué)認(rèn)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(xué)認(rèn)為在不改動(dòng)裝置II儀器的前提下，對(duì)裝置II進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，也可收集O2.你認(rèn)為他的改進(jìn)方法是.

③丙同學(xué)準(zhǔn)備用此裝置制取HCl，對(duì)裝置II中的儀器稍作了改進(jìn)，可收集 HCl，你認(rèn)為他如何改進(jìn)；用此裝置制取HCl中，A中盛，B中盛.

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

①當(dāng)A為醋酸、B為貝殼（粉狀）、C為C6H5ONa溶液時(shí)，小試管中的現(xiàn)象是，其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是；

②當(dāng)A為食鹽水、B為電石、C為KMnO4溶液時(shí)，小試管中的現(xiàn)象是 ；A和B反應(yīng)的化學(xué)方程式是.

③當(dāng)A為濃氨水、B為生石灰、C為AgNO3溶液時(shí)，小試管中的現(xiàn)象是；其中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是.

（3）打開K2關(guān)閉K1，可以比較一些物質(zhì)的性質(zhì).

戊同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較氧化性：KMnO4>Cl2>Br2.在A中加濃鹽酸后一段時(shí)間，觀察到C中的現(xiàn)象是；儀器D在該裝置中的作用是.

己同學(xué)用石灰石、醋酸、苯酚鈉等藥品設(shè)計(jì)了另一實(shí)驗(yàn).他的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖?.

解析及說明本題第（1）問主要考查常見氣體的非常規(guī)制取與收集基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況.能利用這套裝置制得的氣體需符合三個(gè)條件：固體與液體或液體與液體反應(yīng)，反應(yīng)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(dǎo)管長短作以調(diào)整，即長進(jìn)短出，則又變?yōu)橄蛏吓趴諝夥?第（1）問答案應(yīng)為：①氧氣的密度比空氣大.②將裝置II中裝滿水.③II中導(dǎo)管調(diào)整為長進(jìn)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(guī)制取與常規(guī)制取，以及它們的一些性質(zhì)，①實(shí)質(zhì)是常規(guī)制取CO2，同時(shí)CO2又與C6H5ONa溶液反應(yīng)，①問答案應(yīng)為：出現(xiàn)渾濁，

—ONa+CO2+H2O→—OH+NaHCO3②實(shí)質(zhì)是常規(guī)制取C2H2 ，同時(shí)考查C2H2被KMnO4溶液氧化的情況，②問答案應(yīng)為：紫紅色褪去CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑.③實(shí)質(zhì)是常規(guī)制取NH3 ，同時(shí)考查銀氨溶液的制取相關(guān)反應(yīng)，③問答案應(yīng)為：出現(xiàn)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(guī)制取與常規(guī)制取，以及它們的一些性質(zhì)，由現(xiàn)象推及一些實(shí)驗(yàn)結(jié)論.戊同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)質(zhì)是非常規(guī)制取Cl2 ，及Cl2與Br-的置換反應(yīng)，通過這兩個(gè)氧化還原反應(yīng)，便得KMnO4>Cl2>Br2，所以答案應(yīng)為：溶液呈橙色等，防止倒吸.己同學(xué)用石灰石、醋酸常規(guī)制取了CO2 ，又由于CO2與C6H5ONa溶液會(huì)反應(yīng)，以強(qiáng)制弱，所以己同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有重要的用途.某化學(xué)小組試圖制備純凈氨并驗(yàn)證其某些性質(zhì).

（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(jù)以上所給儀器和藥品，選用合理編號(hào)，完成下表.

制備NH3干燥化學(xué)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(xiàn)象為，反應(yīng)結(jié)束所得溶液中的離子主要有（寫離子符號(hào)）.

解析及說明本題從所給的試劑狀態(tài)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(guī)制法，制備儀器只能選B，藥品應(yīng)選bc，由于氨氣為堿性氣體不能選酸性干燥劑濃硫酸，同時(shí)氨可與氯化鈣結(jié)合形成CaCl2·8NH3，所以干燥僅器應(yīng)選E，試劑應(yīng)選b.將氨氣不斷通入滴有酚酞的AgNO3溶液中時(shí)，先產(chǎn)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(yīng)結(jié)束所得溶液中的離子主要有[Ag（NH3）2]+、OH-、NO-3.