高中化学元素化合物综合应用——以“气体流程”为载体定性考查

知识梳理 1.装置的连接 (1)装置顺序：制气装置→净化装置→干燥装置→反应或收集装置→尾气处理装置。

(2)组装顺序：由下向上，由左及右，先塞后定。

(3)操作顺序：装配仪器→检查气密性→加入药品。

2.气体的净化 (1)判断气体中杂质的方法 ①看反应介质。若反应在溶液中进行，则制取的气体中一定含有水蒸气；
若反应物中有气体反应物，由于气体不能充分反应，则制取的气体中一定含有原来的气体，如用CO2与Na2O2反应制取的O2中一定含有CO2杂质。②看反应物的性质。如用浓盐酸制取的气体中含有HCl气体。③看生成物的成分。如用氯化铵和消石灰反应制取的氨气中含有水蒸气。

(2)气体干燥剂的选择 酸性 碱性 中性 干燥剂 浓硫酸、P2O5 碱石灰、CaO CaCl2 气体 CO2、SO2、Cl2、NO2 NH3 H2、CO、N2、NO、CH4 注意：选取干燥剂时，除了常规的从酸碱性角度考虑外，还要考虑特殊反应，如浓硫酸不能干燥还原性气体(H2S、HI等)，可用P2O5干燥；
中性干燥剂CaCl2不能干燥NH3，因为二者会发生络合反应(这些知识可能将会成为高考的设题点)。

3.气体的收集 (1)密度比空气大且不与空气中的成分反应的气体可用向上排空气法收集，导气管应“长进短出”；
密度比空气小且不与空气中的成分反应的气体则用向下排空气法收集，导气管应“短进长出”。

(2)易溶于水或能与水反应的气体，如NH3、HCl、NO2等，需用排空气法或排其他溶剂法收集。

(3)常温下能与空气中的成分反应的气体(如NO)，密度与空气接近的气体(如N2、CO、C2H4等)，都不能用排空气法收集。

(4)能溶于水但溶解度不大的气体，可以用排饱和溶液的方法收集，如CO2——排饱和NaHCO3溶液；
SO2——排饱和NaHSO3溶液；
H2S——排饱和NaHS溶液；
Cl2——排饱和NaCl溶液。

4.尾气的处理 尾气处理装置：
  (1)装置甲适用于溶解度较小的有毒气体，如Cl2、NO2、H2S等。

(2)装置乙适用于溶解度较大的气体，如HCl、NH3等。

(3)装置丙适用于某些可燃性气体，如CO、H2等。

(4)装置丁采用收集法处理尾气，适用于NO、CO等。

强化训练 1.(2017·全国卷Ⅰ，10)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是(        )   A.①②③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液 B.管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度 C.结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热 D.装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气 答案　B 2.[2018·全国卷Ⅱ，28(1)(2)]K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。回答下列问题：
(1)晒制蓝图时，用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂，以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]2FeC2O4＋3K2C2O4＋2CO2↑；
显色反应的化学方程式为______________________________。

(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物，按下图所示装置进行实验。

  ①通入氮气的目的是__________________。

②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，装置E中固体变为红色，由此判断热分解产物中一定含有________、________。

③为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是_____________________________________。

④样品完全分解后，装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3，检验Fe2O3存在的方法是________________________________。

答案(1)3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]===Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置　②CO2CO③先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气　④取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3 3.(2016·全国卷Ⅰ，26)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：
(1)氨气的制备   ①氨气的发生装置可以选择上图中的________，反应的化学方程式为_______________________________________________。

②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→________________________________________________________________(按气流方向，用小写字母表示)。

(2)氨气与二氧化氮的反应 将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。

操作步骤 实验现象 解释原因 打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中 ①Y管中________________ ②反应的化学方程式________________________ 将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温 Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚 打开K2 ③________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ④________________________________________________________________________________________________________________________________________________   答案(1)①A2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑(或BNH3·H2ONH3↑＋H2O)②d→c→f→e→i (2)①红棕色气体颜色慢慢变浅　②6NO2＋8NH37N2＋12H2O③Z中NaOH溶液发生倒吸现象　④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外界压强 4.(2018·日照市高三4月校际联合期中考试)四氯化锡(SnCl4)用作媒染剂和有机合成上的氯化催化剂。实验室制备四氯化锡的装置如下图(部分夹持装置已略去)，已知：①金属锡熔融时通入干燥氯气反应可生成四氯化锡；
② 无水四氯化锡熔点－33 ℃，沸点114.1 ℃；
③无水四氯化锡遇水蒸气生成白色烟雾。下列说法不正确的是(       ）  A.实验时滴加浓盐酸反应一段时间，然后再点燃④处的酒精灯 B.①②⑥⑦的试管中依次盛装MnO2、饱和食盐水、浓H2SO4、NaOH溶液 C.⑤装置用于收集SnCl4，浸泡在冷水浴中效果更好 D.⑥、⑦两个试管可以用一个装有碱石灰的干燥管来代替 答案B 5.(2018·山东省天成高三大联考)由SO2和O2制备SO3(熔点16.8 ℃，沸点44.8 ℃)的模拟装置如下图所示(加热和夹持装置省略)：
  下列说法正确的是(      ）
A.装置①中的试剂为饱和NaHSO3溶液 B.实验室可用铜与稀硫酸在加热条件下制取SO2 C.装置③反应管中的铂石棉用作反应的催化剂 D.从装置⑤逸出的气体有过量的SO2和O2 答案C 6过氧化钙是一种温和的氧化剂，常温下为白色的固体，易溶于酸，难溶于水、乙醇等溶剂。某实验小组拟选用如下装置(部分固定装置略)制备过氧化钙。

  (1)请选择必要的装置，按气流方向连接顺序为________(填仪器接口的字母编号，装置可重复使用)。

(2)根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：①检验装置的气密性后，装入药品；
②打开分液漏斗活塞，通入一段时间气体，加热药品；
③反应结束后，____________________________________________________(填操作)；
④拆除装置，取出产物。

答案(1)dfebcf(或dfecbf) (2)熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温，停止通入氧气，并关闭分液漏斗的活塞 4.NO能被灼热的铁粉还原为N2，同时生成FeO，利用下列装置模拟该反应。

已知：①浓硝酸可氧化NO；
②NaOH溶液能与NO2反应，不与NO反应。

(1)上述装置接口的连接顺序为a→________________(按气流方向，用小写字母表示)。

(2)装置D的作用是_______________________________________________________。

(3)打开分液漏斗活塞，烧瓶中观察到的实验现象有____________________________________________________________________________。

答案(1)f→e→j→i→h→g(或g→h)→b→c→d (2)除去挥发出的HNO3等酸性气体 (3)反应开始时，铜片表面出现无色气泡，铜片逐渐变小；
烧瓶上部空间由无色逐渐变为浅红棕色，随着反应的进行又逐渐变为无色；
烧瓶中溶液由无色变为浅蓝色 7.利用下面装置设计实验，制备SO2并进行探究。

(1)选用A～F中的装置验证H2SO3的酸性强于H2CO3，能作为依据的实验现象是_____________________________________________________________________________________。

(2)要证明H2SO3的酸性强于HClO，所选装置(A～F中)的连接顺序为A→____________________(填字母)。

答案(1)C中品红溶液(或D中KMnO4溶液)不褪色、E中石灰水变浑浊 (2)B→D→F(或B→C→F或B→D→C→F或B→C→D→F) 6.三氯化硼(BCl3)是一种重要的化工原料。某兴趣小组拟选用下列装置(装置可重复使用)，用氯气和硼制备BCl3(已知BCl3的沸点为12.5 ℃，熔点为－107.3 ℃；
遇水剧烈反应生成硼酸和盐酸)。

(1)上述装置连接顺序为A(    )   (      )    (      )  (      )E。

(2)装置A中a管的作用是___________________________________________________。

装置C中饱和食盐水的作用是______________________________________________。

答案(1)CFBD (2)导气　除去Cl2中的HCl 8甲、乙两化学小组拟根据氨气还原氧化铜反应的原理测定某铜粉样品(混有CuO粉末)中金属铜的含量。

(1)甲小组利用下图装置(可以重复选用)，通过测定反应生成水的质量来达到实验目的。

①按气流方向连接各仪器接口，顺序为______________(填小写字母序号)。

②下列两步操作应该先进行的是________(填序号)：i.加热反应管　ii.向锥形瓶中逐滴滴加浓氨水，原因是___________________________________________________________。

(2)乙小组利用上述装置通过测定反应前后装置C中固体的质量变化来达到实验目的。按气流方向连接各装置，顺序为________(填大写字母)。

答案(1)①cgfde(或ed)gfba②ii　若先加热反应管，铜粉会被空气中的氧气氧化，造成测定误差 (2)BDCA 8.下图所示为常见气体制备、分离、干燥和性质验证的部分仪器装置(加热设备及夹持固定装置均略去)，请根据要求完成下列各题(仪器装置可任意选用，必要时可重复选择，a、b为活塞)。

若气体入口通入CO和CO2的混合气体，E内放置CuO，选择装置获得纯净干燥的CO，并验证其还原性及氧化产物，所选装置的连接顺序为A→_______→_______→E→_______→_______(填字母)。能验证CO氧化产物的现象是______________________________________________。

答案CBCFA、B之间的C装置中溶液保持澄清，E、F之间的C装置中溶液变浑浊