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  4. 溶液的配制实验室制取和收集气体的思路

现有以下实验仪器,请按要求填空:(1)配制一定质量分数的氯化钠溶液,需用到的仪器有______(填字母,下同),还缺少的仪器是______(填名称),若选用石灰石与盐酸反应制取CO2,

一、题文

现有以下实验仪器,请按要求填空:



(1)配制一定质量分数的氯化钠溶液,需用到的仪器有______(填字母,下同),还缺少的仪器是______(填名称),若选用石灰石与盐酸反应制取CO2,可选用上述仪器中的______组成发生装置.
(2)某同学利用仪器A与E组成一个贮气装置.当装满水用排水法收集甲烷(甲烷难溶于水、比空气轻)时,气体应从仪器A的______通入;集满甲烷后将其导出使用时,水应该从仪器A的______导入.该装置还有其他用途,请任举一例______.

考点提示:溶液的配制,实验室制取和收集气体的思路

二、答案

(1)配制一定质量分数的氯化钠溶液,需用到的仪器有C、D、F,还缺少的仪器是玻璃棒;若选用石灰石与盐酸反应制取CO2,符合“固体与液体反应,不需要加热”,可选用上述仪器中的BE组成发生装置.
(2)某同学利用仪器A与E组成一个贮气装置.当装满水用排水法收集甲烷(甲烷难溶于水、比空气轻)时,气体应从仪器A的b通入,利用排水收集气体;集满甲烷后将其导出使用时,水应该从仪器A的a导入.该装置还有其他用途,请任举一例:可用于气体除杂或干燥装置.
故答为:(1)C、D、F  玻璃棒  B、E
(2)b  a  可用于气体除杂或干燥装置(合理给分)

三、考点梳理

知名教师分析,《现有以下实验仪器,请按要求填空:(1)配制一定质量分数的氯化钠溶液,需用到的仪器有______(填字母,下同),还缺少的仪器是______(填名称),若选用石灰石与盐酸反应制取CO2,》这道题主要考你对 溶液的配制实验室制取和收集气体的思路 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:溶液的配制,实验室制取和收集气体的思路

考点名称:溶液的配制
  • 知识梳理:

    1 、固体 + 水
    ①实验步骤:计算—称量—量取—溶解
    ②实验器材:托盘天平 + 药匙(或镊子) ;合适的量筒 + 胶头滴管;烧杯 + 玻璃棒
    ③注意事项:计算、称量和量取都要准确,溶解时固体要溶解完全

    2 、液体 + 水
    ①实验步骤:计算—量取—溶解
    ②实验器材:合适的量筒 + 胶头滴管;烧杯 + 玻璃棒
    ③注意事项:计算、量取都要准确,同时需要两种不同规格的量筒

  • 配制溶液的步骤:

    (1)用溶质和水配制一定溶质质量分数的溶液

    ①实验用品:托盘天平、烧杯、量筒、胶头滴管、玻璃棒、药匙等。
    ②实验步骤:
    计算→称量药品→量取水→搅拌溶解

    a.计算所需溶质和水的质量;
    b.用托盘天平称量所需溶质,倒入烧杯中;
    c.把水的密度近似看作1g/cm3,用量筒量取一定体积的水,倒入盛有溶质的烧杯里,用玻璃棒搅拌,使溶质溶解;
    d.把配好的溶液装入试剂瓶中,盖好瓶塞并贴上标签(标签中应包括药品的名称和溶液中溶质的质量分数),放到试剂柜中。
    ③导致溶液质量分数变化的因素
    a.称量时物质和砝码的位置放错,如止确称量5.8gNaCl,应在右盘放置5g砝码,再用0.8g游码,若放错位置,将砝码放在天平的左盘,则实际称量NaCl的质量为5g-0.8g=4.2g,这样会导致配制的溶液溶质质量分数变小;
    b.量筒量取水的体积时读取示数错误,读取示数时仰视读数所量取水的实际体积大于理论值,将会使配制的溶液溶质质量分数变小;读取示数时俯视读数所量取水的实际体积小于理论值,将会使配制的溶液溶质质量分数变大;
    c.将量筒中的水倒入烧杯时洒落到外面或未倒净,将导致溶液溶质质最分数偏大;
    d.所用固体不纯,将会导致溶液溶质质量分数偏小;
    e.计算错误可能会导致溶液溶质质量分数偏大或偏小。
  • 配制溶液时导致溶质质量分数变化的原因:

    在配制一定质量和一定质量分数的溶液过程中,经常会出现所得溶液溶质质量分数偏大或偏小的情况。

    1. 所配溶液溶质质量分数偏小的原因: 
    ①从计算错误角度考虑:水的质量算多了,溶质的质量算少了;
    ②从用托盘大平称量的角度考虑:天平读数有问题。药品和砝码放颠倒了,左盘放纸片但右盘没有放纸片,调零时,游码未拨回“0”刻度等;
    ③从用量筒量取液体的角度考虑:量取溶剂时,仰视读数了;
    ④从转移药品角度考虑:烧杯不干燥或烧杯内有水,量筒中的液体溶质未全部倒人烧杯中;
    ⑤从药品的纯度角度考虑:溶质中含有杂质

    2. 所配溶液溶质质量分数偏大的原因
    ①称量时,所用砝码已生锈或沾有油污;②量取溶剂时,俯视读数了。

  • 综合配制溶液的计算利用:

    所提供的信息可选取多种方案配制所需的溶液。如现有KCl固体、蒸馏水、5%的KCl溶液、15%的KCl溶液,配制100g10%的KCl溶液,其方案有:
    所需药品主要步骤
    10gKCl+90g蒸馏水用天平称量10gKCl,用量筒量取90ml水,分别倒入烧杯,用玻璃棒搅拌至KCl固体全部消失
    66.7g15%的KCl溶液33.3g蒸馏水用量筒量取33.3mL水,用天平称66.7g15%的KCl溶液,混合均匀即可
    5.3gKCl+94.7g 5%的KCl溶液用天平称量5.3gKCl固体和94.7g 5%的KCl溶液,将5.3gKCl倒入94.7g5%的KCl溶液中,用玻璃棒搅拌至KCl固体全部消失
    50g5%KCl溶液+50g15%KCl 溶液用天平称量5%、15%的KCl溶液各50g,混合均匀即可
考点名称:实验室制取和收集气体的思路
  • 实验室制取气体的思路:

          1.知识要点详解在初中化学中,主要应掌握O2、H2、CO2的实验室制法。可以从制备所需仪器、药品、反应原理、收集方法、实验装置、验满、验纯及操作要点等方面进行比较。通过比较,能够总结和归纳实验室制取气体的思路。即:研究反应原理一根据所选药品的状态和反应条件,选择适当的仪器组成相应的实验装置一根据实验装置的特点,设计合理的实验操作步骤,预测可能的注意事项一根据所制取气体的性质,选择相应的收集、检验、验满及验纯的方法。
          实验室制取气体及验证其性质的实验,属于基本操作的简单综合实验。通过对比发生装置和收集装置,总结气体的个性及几种气体的共性,提高记忆效果。 

          2.设计装置的依据制取气体的装置分两部分:气体发生装置和气体收集装置。
          发生装置的选取根据反应条件和反应物的状态而设计,收集装置是根据气体的性质(主要是物理性质)而确定的。
          确定收集装置的原则——气体的收集方法是由该气体的性质,如密度、在水中的溶解性、是否与空气或水反应、是否有毒等决定的。

  • 气体发生装置:

    ①“固+固”的反应,简称“固体加热型”,装置如图A所示,如用KMnO4或KClO3和MnO2制O2
    ②“固+液”的反应,简称“固液常温型”,装置如图B、C、D、E。如用H2O2和MnO2制O2、用锌粒与稀H2SO4制H2或用CaCO3与稀盐酸制CO2。同B装置相比,D装置具有便于添加液体药品,制取的气体量较多的优点;C装置不仅添加液体药品方便,而且可通过导管上的开关控制反应的发生和停止;E装置可通过分液漏斗的活塞控制加入药品的量和速度。

    ③“固+液”的反应的发生装置的其他改进:
    为了节约药品,方便操作,可设计如下图所示装置,这些装置都可自动控制。

    当打开弹簧夹时,溶液进入反应器内开始反应;当关闭弹簧夹时,气路不通,反应产生的气体将溶液压出反应器外,液体与同体分离,反应停止。

    气体收集装置:

    收集装置
    选择条件难溶或微溶于水,与水不发生化学反应的气体。如:H2、 O2、CH4不与空气发生反应,密度比空气密度大的气体。如:O2、 CO2不与空气发生反应,密度比空气密度小的气体。如:H2、CH4
    说明①使用排水法收集的气体较纯净,但缺点是会使收集的气体中禽有水蒸气。当导管口有连续均匀的气泡冒出时才开始收集,当有大量气泡从集气瓶口冒出时,表明气体已收集满。
    ②用向上排空气法收集气体,应注意将导管伸到接近集气瓶瓶底,同时应在瓶口盖上玻璃片,以便尽可能地排尽空气,提高所收集气体的纯度。使用排空气法收集的气体比较十燥,但纯度较低,需要验满(可燃性气体则要注意安全,点燃之前一定要验纯,否则有爆炸危险)

    药品的选取和实验方案的设计:

    (1)可行性:所选取的药品能制得要制取的气体;
    (2)药品廉价易得;
    (3)适宜的条件:要求反应条件易达到,便于控制;
    (4)反应速率适中:反应速率不能太快或太慢,以便于收集或进行实验;
    (5)气体尽量纯净;
    (6)注意安全性:操作简便易行,注意防止污染。
    例如:①实验室制取H2时选用锌粒,而不用镁条、铁片,原因是镁价格贵且反应速率太快而铁反应速率又太慢;酸选用稀硫酸,而不宜用稀盐酸、浓硫酸,因为用稀盐酸制得的H2,因混有HCl而不纯,而锌与浓硫酸反应不生成H2.
    ②制CO2时可选用用石灰石(或大理石)与稀盐酸,而不选用Na2CO3浓盐酸、稀硫酸,原因是Na2CO3,反应速率太快,浓盐酸易挥发出HCl气体,稀硫酸反应不能进行到底,也不能煅烧石灰石,因为条件不易达到,不呵操作;
    ④用KClO3、过氧化氢制O2时,要加少量的MnO2,作催化剂,以加快反应的速率

    实验室制取气体的实验操作程序:

    实验室制取气体存选择好药品、仪器后操作的一般程序:
    (1)组装仪器:一般按从左到右,从下到上的顺序进行;
    (2)检查装置气密;
    (3)装药品:若是固体跟液体反应,一般是是先装入固体再加入液体;
    (4)准备收集装置:若用排水法收集气体时,应在制取气体之前将集气瓶盛满水;
    (5)制取气体;
    (6)收集气体并验满;
    (7)拆洗仪器。
    注意:①给同体加热时.试管口要略向下倾斜;
    ②用加热KMnO4或KClO3(MnO2作催化剂)的方法制取O2,若用排水法收集,实验完毕时应先把导管移出水槽再移走酒精灯;
    ③固体跟液体反应制取气体时,要注意长颈漏斗末端要插入液面以下进行液封,以防漏气。

    装置的选取与连接:

    实验室制取气体的实验往往与气体的净化、气体的干燥综合在一起。气体综合实验的装置选择及连接顺序为:

  • 气体净化的几种方法:

    (1)吸收法:用吸收剂将杂质气体吸收除去。如除去CO中混有的少量CO2,可先用浓NaOH溶液吸收CO2,再用浓硫酸等干燥剂除去水蒸气。常用吸收剂如下表:
    吸收剂吸收的气体杂质吸收剂吸收的气体杂质
    可溶性的气体:HCl,NH3NaOHCO2,HCl,H2O
    无水CuSO4H2O碱石灰CO2,HCl ,H2O
    灼热的铜网O2NaOHCO2,HCl
    灼热的CuOH2,CO浓硫酸H2O
    (2)转化法:通过化学反血,将杂质气体转化为所要得到的气体:如除去CO2中的CO,可将混合气体通过足量的灼热CuO+COCu+CO2

    气体的干燥:

    气体的干燥是通过干燥剂来实现的,选择干燥剂要根据气体的性质。一般原则是:酸性干燥剂不能用来干燥碱性气体,碱性干燥剂不能用来干燥酸性气体,干燥装置由干燥剂的状念决定.
    (1)常见的干燥剂
    干燥剂可干燥的气体不可干燥的气体
    名称或化学式酸碱性状态
    浓H2SO4酸性液体H2、N2、O2、CO2、HCl、CH4、CONH3
    固体NaOH、生石灰,碱石灰(氢氧化钠和生石灰的混合物)碱性固态H2、O2、N2、CH4、CO、NH3CO2、SO2、HCl
    无水CaCl2中性固态除NH3外的所有气体NH3

    (2)干燥装置的选择
     ①除杂试剂为液体时,常选用洗气瓶,气体一般是 “长进短出”,如下图A。
    ②除杂试剂为同体时,常选用干燥管(球形或u 形),气体一般是“大进小出”,如下图B、C。
    ③需要通过加热与固体试剂发生化学反应除去的气体,常采用硬质玻璃管和酒精灯,如下图D。


    装置连接顺序的确定规律:

    (1)除杂和干燥的先后顺序
    ①若用洗气装置除杂,一般除杂在前,干燥在后。原因:从溶液中出来的气体通常混有水蒸气,干燥在后可将水蒸气完全除去。如除去CO中混有的CO2和水蒸气,应将气体先通过。NaOH溶液,再通过浓H2SO4
    ②若用加热装置除杂,一般是干燥在前,除杂在后。如除去CO2中混有的CO和水蒸气,应将气体先通过浓H2SO4,再通过灼热的CuO。
    (2)除去多种杂质气体的顺序一般是先除去酸性较强的气体。如N2中混有 HCl、H2O(气)、O2时,应先除去HCl,再除去水,最后除去O2(用灼热的铜网)。
    (3)检验多种气体的先后顺序(一般先验水蒸气):有多种气体需要检验时,应尽量避免前步检验对后步检验的干扰。如被检验的气体中含有CO2和水蒸气时,应先通过无水CuSO4。检验水蒸气,再通过澄清的石灰水检验CO2.

    确定气体收集方法的技巧:

    (1)排水集气法适用于“不溶于水且小与水反应的气体”,如下图A。
    (2)向上排空气法适用于“密度比空气大且小与空气成分反应的气体”(相对分子质量大于29的气体),如下图B。
    (3)向下排空气法适用于“密度比空气小且小与空气成分反应的气体”(相对分子质量小于29的气体),如下图C。

     (4)不能用排空气法收集的气体
    ①气体的密度与空气的密度相近时不能用排空气法收集
    ②当气体与空气中某一成分反应时不能用排空气法收集
    (5)有毒气体收集方法的确定
    ①有毒,但气体难溶于水时,一般采用排水法收集。如下图D
    ②有毒,但气体叉易溶于水时,则采用带双孔胶塞(一长一短的导气管)的集气瓶利用排空气法收集该气体,但必须接尾气处理装置,以免多余的有毒气体逸散到空气中污染空气,如收集氨气可用图E。


    气体制取实验中关于仪器或装置选择题目的解题技巧:

    (1)需要研究气体实验室制法的化学反应原理;
    (2)需要研究制取这种气体所应采用的实验装置;
    (3)需要研究如何证明制得的气体就是要制取的气体。
    根据给出的仪器或装置进行选取时,应明确制取气体的发生装置主要是两套(同体加热型和固液常温型),依据反应物的状态和反应条件来确定选用哪套发生装置;气体的收集装置主要就是三套(向上排空气法、向下排空气法和排水法),依据气体的性质来确定选用什么样的收集装置。选择仪器时要注意先对实验原理进行判断,然后再根据原理确定装置所需要的仪器。
  • 实验室制取气体的思路图:
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