高中化学中五种重要气体常规与非常规制法

李晓峰

摘要：高考中化学实验的考查约占整个化学试题分值的三分之一，其中常见气体的制备装置及原理在试题中濒繁出现，学生极易忽视或混淆，为便于透彻掌握这块知识点，便于高三复习，有必要对其进行归类比较，以备应战高考.

关键词：高考，常见气体，制备，常规与非常规

高中化学实验复习过程中，经常会出现一些气体的非常规制法，它与实验室常规制法在原理或装置类型上会截然不同，它是高考中常考的热点问题，这也是许多考生极易疏忽和极易被遗忘的知识点，现将氧气、氯气、氨、氯化氢、二氧化碳五种常见气体的常规制取与非常规制取中的一系列问题进行对比归纳整理如下，供平时学习或高三实验复习时作以参考：

一、氧气制备的一系列问题

1.实验室制法

（1）原理及反应：①2KMnO4△ K2MnO4+MnO2+O2↑② 2KClO3MnO2加热2KCl+3O2↑

（2）装置类型：固 + 固加热气体.

反应装置类型反应装置图适用气体操作注意事项

固、固加热型O2、NH3等①试管要干燥②试管口略向下倾斜③加热时先均匀加热再局部加强热

（3）收集方法：①排水法.②向上排空气法.

（4）验满：排水收集中，水排完，说明已收集满；用带火星的木条靠近管口，木条复燃者，说明已收集满.

制备要诀：二氧化锰氯酸钾，混合均匀把热加；高锰酸钾易分解，都是氧气的制法；余烬木条可用检，排水取气来收集.

2.非常规制法

（1）原理及反应：① 2H2O2MnO22H2O+O2↑

② 2Na2O2 + 2H2O4NaOH + O2↑

③2Na2O2 + 2CO22Na2CO3 + O2↑（碱液吸收CO2）

（2）装置类型：固 +气不加热 气体，或 固 + 液不加热气体

3.工业制法

（1） 电解水法：2H2O电解2H2↑+ O2↑

（2）分离液态空气法：空气经净化降温加压成液态空气，减压蒸发液态空气，先挥发出氮气，留下的便是液态氧气.

二、氯气制备的一系列问题

1.实验室制法

（1）原理及反应：

①MnO2 + 4HCl（浓）△ MnCl2 +2H2O + Cl2↑

②KClO3 +6HCl（浓）△ KCl +3H2O + 3Cl2↑

（2）装置类型：固 + 液 加热 气体.

反应装置类型反应装置图适用气体操作注意事项

固、液加热型或液、液加热型 Cl2、HCl等①烧瓶加热时要隔石棉网

②反应物均为液体时，烧瓶内要加碎瓷片（防暴沸）

（3）收集方法：①排饱和的食盐水法.②向上排空气法.

（4）验满：用湿润的淀粉KI试纸靠近管口，试纸变蓝者，说明已收集满.

（5）尾气处理：碱液吸收（如NaOH溶液）

制備要诀：二氧化锰浓盐酸，混合反应要热源；瓶口向上收集满，尾气处理要用碱.

2.非常规制法

（1）原理及反应：2KMnO4 + 16HCl（浓）2KCl + 2MnCl2 +8H2O + 5Cl2↑

（2）装置类型： 固 + 液不加热气体

注：也可采用 固 + 液加热气体的另一种方法（即浓盐酸可用H2SO4与NaCl代替）：

即MnO2 + 3H2SO4（浓） + 2NaCl△2NaHSO4 + MnSO4 + Cl2↑+ 2H2O

3.工业制法

（1） 电解饱和食盐水法：

2NaCl +2H2O电解H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH

（2）电解熔融的金属氯化物：

2NaCl（熔）电解 Cl2↑+ 2Na

三、氯化氢气体制备的一系列问题

1.实验室制法

（1）原理及反应：

①H2SO4（浓） + NaCl微热NaHSO4+ HCl↑

或 ②H2SO4（浓） +2 NaCl △ Na2SO4+ 2HCl↑

（2）装置类型：固 + 液加热气体.

（3）收集方法：向上排空气法.

（4）验满：①用湿润的蓝色石蕊试纸靠近管口，试纸变红者，说明已收集满.

②用玻璃棒蘸取浓氨水靠近管口，出现白烟者，说明已收集满.

（5）尾气处理：用水或碱液吸收（如H2O 、NaOH溶液，但应注意用倒扣漏斗，一方面扩大吸收面积，提高吸收率，另一方面可以防止倒吸）.

制备要诀：固体食盐硫酸浓，微热产生氯化氢；瓶口向上来收集，石蕊试纸蓝变红.

2.非常规制法

（1）原理及反应：HCl（浓） H2SO4（浓） HCl↑

注意：①H2SO4（浓） 可吸水.②H2SO4（浓） 遇水会放出大量热，更有利于HCl的逸出.

（2）装置类型： 液 + 液不加热 气体

3.工业制法： H2 + Cl2点燃2HCl（注意：不能光照，否则会发生爆炸）

四、氨气制备的一系列问题

1.实验室制法

（1）原理及反应：

2NH4Cl + Ca（OH）2△ CaCl2 + 2NH3↑+ 2H2O

（2）装置类型：固 + 固△气体.（与实验制取氧气一致）

（3）收集方法：向下排空气法（管口应塞有棉花团，且导管应伸入集气瓶底部）.

（4）验满：①用湿润的红色石蕊试纸靠近管口，试纸变蓝者，说明已收集满.

②用玻璃棒蘸取浓盐酸靠近管口，出现白烟，说明已收集满.

（5）尾气处理：用水吸收（但应注意用倒扣漏斗，以防止倒吸）.

制备要诀：熟石灰和氯化铵，倾斜试管要热源；瓶口向下收集满，石蕊试纸红变蓝.

2.非常规制法

（1）原理及反应：

NH3·H2O（浓）CaO或NaOH NH3↑+ H2O

注意此原理的解释常作考点出现：①NaOH（固）或CaO 可吸水.②NaOH（固）或CaO溶于水会放出大量热，更有利于HCl的逸出.③此原理也可从化学平衡：NH3·H2O NH3 + H2O平衡移动上作以解释.

（2）装置类型： 液 + 固不加热气体

3.工业制法

N2 + 3H2崔化剂加热 2NH3

五、二氧化碳气体制备的一系列问题

1.实验室制法

（1）原理及反应：

CaCO3 + 2HClCaCl2 + CO2↑+ H2O

（2）装置类型：固 + 液 不加热 气体.

反应装置类型反应装置图适用气体操作注意事项

固、液不加热型或液、液不加热型H2、CO2、SO2、NO、NO2等①使用长颈漏斗时，要使漏斗下端插入液面以下

②启普发生器只适用于块状固体和液体反应，且气体不溶于水

③使用分液漏斗既可以增强气密性，又可控制液体流速

（3）收集方法：向上排空气法.

（4）验满：用带火星的木条靠近管口，木条熄灭者，说明已收集满.

制备要诀：稀盐酸和石灰石，常温反应也容易；两物混合泡沫起，瓶口向上来收集.

2.非常规制法

（1）原理及反应：双水解法

AlCl3 + 3NaHCO3Al（OH）3↓+ 3NaCl + CO2↑

（2）装置类型： 液 + 液不加热气体

注：除上述不同制法外，也可采用Na2CO3与H2SO4反应，

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

3.工业制法

煅烧石灰石： CaCO3高温CaO + CO2↑

六、应用题型举例

例1某兴趣小组同学共同设计了如图1所示的实验装置.该装置既可用于制取气体，又可用于验证物质的性质，试回答下列各项问题：

（1）打开K1关闭K2，可制取某些气体.

①甲同学认为装置I可用于制取H2、NH3、O2，但装置II只能收集H2、NH3，不能收集O2.其理由是.

②乙同学认为在不改动装置II仪器的前提下，对装置II进行适当改进，也可收集O2.你认为他的改进方法是.

③丙同学准备用此装置制取HCl，对装置II中的仪器稍作了改进，可收集 HCl，你认为他如何改进；用此装置制取HCl中，A中盛，B中盛.

（2）打开K2关闭K1，丁同学向如图装置的仪器中分别加入了三种情况下的药品，请回答以下问题：

①当A为醋酸、B为贝壳（粉状）、C为C6H5ONa溶液时，小试管中的现象是，其中发生反应的化学方程式是；

②当A为食盐水、B为电石、C为KMnO4溶液时，小试管中的现象是 ；A和B反应的化学方程式是.

③当A为浓氨水、B为生石灰、C为AgNO3溶液时，小试管中的现象是；其中发生反应的离子方程式是.

（3）打开K2关闭K1，可以比较一些物质的性质.

戊同学设计实验比较氧化性：KMnO4>Cl2>Br2.在A中加浓盐酸后一段时间，观察到C中的现象是；仪器D在该装置中的作用是.

己同学用石灰石、醋酸、苯酚钠等药品设计了另一实验.他的实验目的是 .

解析及说明本题第（1）问主要考查常见气体的非常规制取与收集基础知识的掌握情况.能利用这套装置制得的气体需符合三个条件：固体与液体或液体与液体反应，反应不用加热；气体密度小于空气，可用向下排空气法收集.若将Ⅱ中的导管长短作以调整，即长进短出，则又变为向上排空气法.第（1）问答案应为：①氧气的密度比空气大.②将装置II中装滿水.③II中导管调整为长进短出，A中盛浓盐酸，B中盛浓硫酸.

本题第（2）问主要考查常见气体非常规制取与常规制取，以及它们的一些性质，①实质是常规制取CO2，同时CO2又与C6H5ONa溶液反应，①问答案应为：出现浑浊，

—ONa+CO2+H2O→—OH+NaHCO3②实质是常规制取C2H2 ，同时考查C2H2被KMnO4溶液氧化的情况，②问答案应为：紫红色褪去CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑.③实质是常规制取NH3 ，同时考查银氨溶液的制取相关反应，③问答案应为：出现浑浊，最后消失 ；

Ag++NH3·H2O→AgOH↓+NH+4

AgOH+2NH3·H2OAg（NH3）+2+OH-+2H2O .

本题第（3）问主要考查通过常见气体非常规制取与常规制取，以及它们的一些性质，由现象推及一些实验结论.戊同学设计的实验，实质是非常规制取Cl2 ，及Cl2与Br-的置换反应，通过这两个氧化还原反应，便得KMnO4>Cl2>Br2，所以答案应为：溶液呈橙色等，防止倒吸.己同学用石灰石、醋酸常规制取了CO2 ，又由于CO2与C6H5ONa溶液会反应，以强制弱，所以己同学设计的实验其目的是：比较醋酸、碳酸和苯酚的酸性：CH3COOH >H2CO3>C6H5OH.

例2氨在工农业生产中有重要的用途.某化学小组试图制备纯净氨并验证其某些性质.

（1）图2是所给的部分仪器：

所给的药品有：a.氯化铵溶液b.碱石灰c.浓氨水d.浓硫酸e.氯化钙

根据以上所给仪器和药品，选用合理编号，完成下表.

制备NH3干燥化學方程式

仪器药品仪器药品

（2）如将氨气不断通入滴有酚酞的AgNO3溶液中，现象为，反应结束所得溶液中的离子主要有（写离子符号）.

解析及说明本题从所给的试剂状态看氯化铵为溶液，无法采用固固加热型，只能采用氨气的非常规制法，制备仪器只能选B，药品应选bc，由于氨气为碱性气体不能选酸性干燥剂浓硫酸，同时氨可与氯化钙结合形成CaCl2·8NH3，所以干燥仅器应选E，试剂应选b.将氨气不断通入滴有酚酞的AgNO3溶液中时，先产生白色沉淀（生成AgOH），随后不断溶解，最后完全消失（生成[Ag（NH3）2]OH），溶液最后变成红色（因溶液呈碱性），反应结束所得溶液中的离子主要有[Ag（NH3）2]+、OH-、NO-3.