2.除去CO、CO2气体中混有的杂质(括号内为杂质)
(1)CO(CO2) :通过盛有的 洗气瓶。
(2)CO2(CO):通过盛放 的硬质玻璃官。
(3)CO2(O2):通过盛放 的硬质玻璃管。
(4)CO2(SO2):通过 或 。
(5)CO2(HCl):通过 。
(6)CO2(H2S):通过 。
[例1](2007年山东)下图所示为常见气体制备、分离、干爆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)。
(1)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 (填代号)。能验证CO氧化产物的现象是 。
(2)停止CO和CO2混合气体的通入,E内放置Na2O2,按A→E→D→B→H装置顺序制取纯净干燥的O2,并用O2氧化乙醇。此时,活塞a应 ,活塞b应 。需要加热的仪器装置有 (填代号),m中反应的化学方程式为 。
(3)若气体入口改通空气,分液漏斗内改改加浓氨水,圆地烧瓶内改加 NaOH 固体,E内装有铂铹合金网,按A→G→E→D装置程序制取干燥氧气,并验证氨的某些性质。
①装置A中能产生氨气的原因有: 。
②实验中观察到E内有红棕色气体现出,证明氨气具有 性。
[解析](1)根据实验要求,A装置中通入的气体为CO和CO2的混合气,在A中,CO2 被氢氧化钠吸收,若要获得纯净干燥的CO,需要选取装置C,证明CO2 被除尽,然后通过盛有浓硫酸的B除去水蒸气,要验证CO的还原性,需要装有CuO的装置E,验证CO的氧化产物CO2 ,还需要装置C,最后需要F除去为反应的CO。所选装置的连接顺序是ACBECF,能验证CO的氧化产物的实验现象是:AB之间的C装置中溶液保持澄清,EF之间的C装置中溶液变浑浊。
(2)停止通入CO和CO2 的混合气体,需要关闭活塞a,然后打开活塞b,此时稀硫酸与碳酸钠溶液(CO2 与NaOH反应生成的)反应,反应生成的CO2气体进入E中,并与 与Na2O2反应产生氧气,氧气通过D除去可能存在的CO2,通过B除去水蒸气,得到纯净干燥的氧气,氧气氧化乙醇的条件是需要加热且有铜做催化剂,因此需要加热k使乙醇挥发,并且加热m,使氧气与乙醇蒸气反应,反应的化学方程式是:2CH3CH2OH+O2
2CH3CHO+2H2O。
(3)氢氧化钠固体易吸水并且在溶于水时放出大量的热,氢氧化钠溶于水后溶液中的OH-的浓度增大,这些因素均能浓氨水中的化学平衡:NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-向逆反应方向移动,使浓氨水中的氨气放出。根据常识可以判断出在E中出现的红棕色气体应该是NO2,由氨气和NO2中氮元素的化合价可以判断氨气被氧化生成NO2 氨气体现出的是还原性。
[答案](1)ACBECF AB之间的C装置中溶液保持澄清,EF之同的C装置中溶液变浑浊 (2)关闭 打开 k m 2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O
(3)①氢氧化钠溶于水放出大量热,温度升高,使氨的溶解度减小而放出;氧氧化钠吸水,促使氨放出;氢氧化钠电离出的OH-增大了氨水中OH-浓度,促使氨水电离平衡左移,导致氨气放出。②还原
[方法技巧]本题得分的关键是应明确实验目的:证明混合气体中有CO和H2。要想达到目的,只能利用它们的还原性将之转化为CO2和H2O来检验,同时又要防止CO2和水蒸气的干扰,所以,用CO和H2还原CuO之前,必须首先除去CO2和水蒸气。本题应先解决第(4)问。
考点2 碳酸盐性质的一般规律
1.碳族元素的化合价
碳族元素常见化合价为+2和+4,其中碳、硅、锗、锡的 价化合物较稳定,而铅的 价化合物稳定。由氧化还原反应的化合价升降来研究碳族元素的物质,其性质规律如下:
(1)碳族元素的单质以 为主,如碳、硅都被氧气氧化。碳作还原剂,温度越高,还原性 ,高温时碳可还原氧化铜。锡、铅都能与盐酸反应置换出氢气等。
(2) 价化合物有还原性。如CO高温时能还原某些金属氧化物(Fe2O3、CuO等)。
(3) 价化合物有氧化性。如CO2和碳高温下反应生成CO,PbO2在化学反应中是强氧化剂等。
5.浓硝酸和浓盐酸按1:3的 比组成的混合物叫 ,它能溶解惰性金属铂、金,这也是硝酸强氧化性的体现。
此外,硝酸还可以氧化很多还原性化合物,如:S2-、SO32-、I-、Fe2+等
特别提醒]:有硝酸参与的氧化还原反应的计算:(1)单质与硝酸的反应,分析讨论是金属还是非金属,若为金属参加的反应硝酸分为两部分,一部分作氧化剂,另一部分起酸性生成硝酸盐,应先确定未被还原的硝酸,再由电子得失守恒求解。若为非金属单质与硝酸反应时,硝酸全部被还原。(2)Cu与HNO3的反应中随着反应的进行浓度逐渐变小,产物由NO2变成NO,最终为混合气体。可以这样理解并分析:反应的硝酸在产物中共三部分: Cu(NO3)2 HNO3- 可以看出:被还原的硝酸无论生成NO还是NO2均为一个N原子与一个HNO3的比例关系,即:被还原的硝酸与气体的物质的量相等。而未被还原的硝酸总是生成最高价金属的硝酸盐(如Cu (NO3)2),一个金属离子与金属离子最高价数个HNO3成比例关系,即未被还原的HNO3与金属离子的最高价态数相等。 |
[例3] (2007年重庆)某兴趣小组设计出右图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”实验,以探究化学实验的绿色化。
(1)实验前,关闭活塞b,试管d中加水至浸没长导管口,塞紧试管c和d的胶塞,加热c。其目的是 。
(2)在d中加适量NaOH溶液,c中放一小块铜片,由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸。c中反应的化学方程式是
。再由a向c中加2 mL蒸馏水,c中的实验现象是 。
方案 |
反应物 |
甲 |
Cu、浓HNO3 |
乙 |
Cu、稀HNO3 |
丙 |
Cu、O2、稀HNO3 |
(3)右表是制取硝酸铜的三种方案,能体现绿色化学理念的最佳方案是 。理由是_____________。
(4)该小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4>Cl2>Br2。操作步骤为 ,实验现象为 ;但此实验的不足之处是 。
[解析](1)根据题目的叙述可以知道,这样操作的目的是检验装置的气密性,按题目所述若d试管内有气泡,且冷却后导管中有一段水柱,说明气密性良好。
(2)c中放一小块铜片,由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸时发生反应为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;若再由a向c中加2 mL蒸馏水,浓硝酸的浓度变小,所以反应变得缓慢、产生的气体颜色变浅。
(3)甲方案制取硝酸铜的反应方程式为Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,乙方案制取硝酸铜的反应方程式为3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,丙制取硝酸铜的反应方程式为2Cu+O2+2HNO32Cu(NO3)2。比较这三种方案的化学方程式可以发现均制取1molCu(NO3)2时消耗硝酸的量分别为4mol 、mol 、1mol ,丙方案消耗的硝酸的量最少且不产生污染。
(4)若用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4>Cl2>Br2,根据氧化还原反应的规律可以得出应先用KMnO4制Cl2,再用Cl2制Br2。所以实验的操作步骤为向d中加入KBr溶液,c中加入固体KMnO4,由a向c中加入浓盐酸;其中实验的现象为c中有黄绿色气体产生,d中溶液变为黄棕色。但是由于Cl2和Br2均为有毒的气体,所以需要尾气处理。
[答案](1)检查装置气密性。
(2)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 反应变缓,气体颜色变淡。
(3)丙;耗酸量最少,无污染。
(4)向d中加入KBr溶液,c中加入固体KMnO4,由a向c中加入浓盐酸;c中有黄绿色气体产生,d中溶液变为黄棕色;没有处理尾气。
[规律总结]对铜与硝酸反应实验装置的改进设计有如下的几个要点:①反应开始前装置怎样避免装置内的空气;②怎样使铜与稀硝酸反应能自动停止,防止NO过多;③反应后,能有效的通入空气,证明NO;同时还要防止NO及生成的NO2逸散到空气中。
4.非金属(如碳、硫等)也可以和浓硝酸发生反应,非金属被 ,硝酸完全被还原成 。这和金属与硝酸的反应不同,在有关判断及计算题中应该注意。
C+4HNO3 S+6HNO3(浓)
3.铁、铝常温下遇浓硝酸,由于浓硝酸具有 ,所以在金属的表面形成一层 ,阻止反应继续进行,这个过程叫 。所以可用铁、铝容器装运浓硝酸(或浓硫酸)。
2.金属活动顺序表中,较不活泼的金属(如铜、银等)都能和硝酸反应,一般浓硝酸被还原为 , 稀硝酸被还原为 ,金属则变为相应的 。这类反应中硝酸只有一部分体现 被还原,另一部分体现 生成硝酸盐。
Ag+2HNO3(浓) 3Ag+4HNO3(稀)
1.金属与硝酸反应,不论金属活泼与否,也不论硝酸的浓度大小,一般 氢气放出。这是因为: 。
3.氨气的实验室制法
(1)原理:固态铵盐与碱加热反应:
(2)发生装置:固+固+加热型,与制备 气体相似;
(3)收集: 。
(4)干燥:在干燥管中盛放 作干燥剂。不能用浓硫酸、P2O5、无水氯化钙作干燥剂,因CaCl2吸收氨气生成CaCl2·8NH3。
(5)验满:a.用湿润的红色石蕊试纸放在瓶口,若变蓝,则满;b.蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口,若产生白烟,则满。
[特别提醒]:①制氨气所用铵盐不能用硝铵、碳铵。因加热过程中NH4NO3可能发生爆炸性的分解反应,发生危险;而碳铵受热极易分解产生CO2,使生成的NH3中混有较多的CO2杂质。②消石灰不能用NaOH、KOH代替,原因是:a、NaOH、KOH具有吸湿性、易结块,不利于产生NH3;b、在高温下能腐蚀大试管。③因氨气比空气轻,易与空气发生对流,所以收集时,导气管应插入收集气体的试管底部附近,管口塞一团干燥的棉花团,来防止NH3与空气对流,确保收集到纯净的氨气。④制备NH3也可以通过加热浓氨水的方法,利用NH3·H2ONH3↑+H2O原理制备。也可以利用往浓氨水中加入烧碱制备,原理:烧碱溶于水为放热反应,促进NH3·H2O的分解,增大c(OH-)使上述可逆反应向左移动,而产生NH3。 |
[例2]都能用右图所示装置进行喷泉实验的一组气体是(注:烧杯内为NaOH溶液) ( )
A.HCl和CO2 B.NH3和CH4
C.SO2和CO D.NO2和NO
[解析]在上述气体中,CH4、NO、CO不溶于NaOH溶液,也不与NaOH溶液反应,所以不能做喷泉实验,而HCl、SO2、CO2不仅可溶于NaOH溶液而且还可与NaOH溶液反应,所以能形成喷泉。
[答案]A
[规律总结]喷泉实验成功的关键:①烧瓶、预先吸水的滴管及直玻璃管都要干燥;②气体要充满圆底烧瓶;瓶塞要严密,不漏气,止水夹要夹紧。
注意:满足下列条件时,均能形成美丽的喷泉:①液体为水时,NH3、HBr、HCl、HI、SO2等易溶于水的气体或是NO2、NO2+O2、NO+O2、NO2+NO+O2等易与水反应的气体。
②液体是NaOH、KOH等强碱性溶液时,CO2、SO2、NO2、H2S等酸性气体。
③液体是盐酸或硫酸时,NH3等碱性气体。
考点3 硝酸的强氧化性
硝酸不论浓稀都具有强氧化性,主要有以下几个方面体现:
2.氨的化学性质;
(1)与水反应,溶液呈碱性:NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-
氨水中所含有微粒: ,氨水中溶质通常看作为NH3,而不是NH3·H2O。
(2)与酸反应 NH3+HNO3NH4NO3 HCl+NH3NH4Cl H2SO4+2NH3(NH4)2SO4 氨气与氯化氢相遇便产生 ,可用于NH3与HCl的相互检验。
(3)还原性
NH3分子中氮元素呈-3价,具有还原性,能在一定条件下与O2、Cl2、CuO等反应,被它们氧化:2NH3+3Cl2 2NH3+3CuO
1.氨的物理性质
氨气为 色、有 气味的气体,比空气轻,易液化, 溶于水,氨水的密度小于水的密度,氨水的浓度 ,密度 。
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