第 39 章 · 气体的制备与实验装置
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 课标主题 | 必修 · 主题 1 化学科学与实验探究（化学实验：气体的制备、净化、收集与尾气处理；实验方案的设计与评价） |
| 人教版（2019） | 必修第一册第二章第二节“氯及其化合物”（实验室制氯气）；必修第二册第五章第二节“氮及其化合物”（氨的实验室制法）；各册实验活动中的气体制备 |
| 考试地位 | 实验大题的第一问几乎都是气体制备，常考发生装置的选择、净化干燥的顺序、收集方法、尾气处理；选择题有“装置正误判断” |
| 前置知识 | 第 4 章离子反应；第 37 章常用仪器与基本操作（加热、过滤、洗气、气密性）；第 38 章常见气体的检验、除杂与分离 |
气体制备是实验题的“第一现场”：装置搭得对不对，直接决定后面能不能做。高考在这一块考的不是背装置图，而是由反应物的状态和条件推出发生装置，由气体的性质推出除杂、干燥、收集和尾气处理。这一章按一套装置的五个部分讲：发生、除杂、干燥、收集（或主体实验）、尾气处理；最后讲怎么排连接顺序、怎么查气密性、怎么读懂并补全装置图。
39.1 知识点一览
Section titled “39.1 知识点一览”| 知识点 | 一句话 | 考试中 |
|---|---|---|
| 39.2 常见气体的实验室制法 | 发生装置按“反应物状态 + 是否加热”分三类（有机物的液液加热装置另算一类）；常见气体各有标准药品和反应 | 必考，实验题第一问 |
| 39.3 气体的净化与干燥 | 先除杂后干燥；除杂剂不吸收主体，干燥剂不与气体反应 | 必考，洗气瓶作用和顺序 |
| 39.4 气体的收集与尾气处理 | 收集看密度和水溶性；尾气看毒性和溶解性，注意防倒吸 | 必考，装置正误判断 |
| 39.5 装置的连接顺序与气密性检查 | 发生 → 除杂 → 干燥 → 收集 → 尾气；装药前先查气密性 | 常考，接口排序和操作顺序 |
| 39.6 实验装置图的读法与补全 | 按五段拆解，逐段看试剂、导管和目的；补全缺的那一段 | 必考，找错改错和方案评价 |
39.2 常见气体的实验室制法
Section titled “39.2 常见气体的实验室制法”宏观：实验室制一种气体，先要回答两个问题：用什么药品、在什么条件下反应。答案决定发生装置长什么样——是试管加酒精灯，还是锥形瓶加分液漏斗。
微观：气体是在容器里由反应生成的。反应物的状态决定容器的形状（固体可以直接装试管，液体要装烧瓶或锥形瓶），是否需要加热决定有没有酒精灯；固液不加热的反应可以用分液漏斗控制加液速率，从而控制产气快慢。
符号：常见气体的制备反应和装置类型如下。
| 气体 | 药品 | 反应原理 | 发生装置 | 收集方法 |
|---|---|---|---|---|
| 固体加热 | 排水法或向上排空气法 | |||
| 溶液、 | 固液不加热 | 排水法或向上排空气法 | ||
| 锌粒、稀硫酸 | 固液不加热 | 排水法或向下排空气法 | ||
| 大理石（或石灰石）、稀盐酸 | 固液不加热 | 向上排空气法 | ||
| 、浓盐酸 | 固液加热 | 向上排空气法 | ||
| 、 | 固体加热 | 向下排空气法 | ||
| 、较浓硫酸 | 固液不加热 | 向上排空气法 | ||
| 铜片、稀硝酸 | 固液不加热 | 排水法 | ||
| 铜片、浓硝酸 | 固液不加热 | 向上排空气法 | ||
| 电石（）、饱和食盐水 | 固液不加热 | 排水法 | ||
| 乙醇、浓硫酸（） | 液液加热 | 排水法 |
- 题目给药品，问该用哪类发生装置 → 看反应物是固体还是液体、要不要加热 → 对号入座。
- 题目给气体，问实验室怎么制、用什么药品 → 查本节的表，写出反应方程式。
- 实验题要求补全发生装置 → 检查三处：容器选对没有、加热装置有没有、加液和导气装置全不全。
- 有机气体的制备（乙烯、乙炔）→ 注意温度控制、副反应和反应速率的控制。
- 题目问“为什么用这种药品而不用那种” → 从反应能否发生、速率是否可控、产物是否唯一三方面回答。
- 加热固体时试管口要略向下倾斜，防止冷凝水倒流使试管炸裂；用 制 时还要在管口塞一团棉花，防止粉末进入导管。
- 用 制 时， 是催化剂；用 时， 也是催化剂，反应不需要加热。
- 制 不能用稀硫酸：生成的 微溶，覆盖在石灰石表面，反应很快停止；也不要用碳酸钠粉末，反应太快、难以控制。
- 制 必须用浓盐酸并加热：稀盐酸的还原性不足， 不能把 氧化；随着反应进行盐酸变稀，反应会停止，所以浓盐酸要适当过量。
- 制 用固体 和 共热。只加热 得不到氨：，两种气体在管口遇冷又重新化合；也不用 （受热易爆炸）或 （生成的 会包裹反应物）。
- 制 用较浓的硫酸，不用稀硫酸： 易溶于水，稀硫酸中水量多，溶解损失大。
- 制 要用饱和食盐水代替水：电石与水反应非常剧烈，饱和食盐水降低了水的浓度，反应平缓；不能用启普发生器，反应放热、电石粉化、生成的 呈糊状会堵塞。
- 制 时温度计水银球要插入液面以下，测的是反应液的温度；温度控制在 ，约 时主要生成乙醚。
为什么发生装置按“状态 + 条件”分三类：反应物是固体时，可以直接装在试管里加热；反应物中有液体时，液体要装在烧瓶或锥形瓶里，用分液漏斗滴加；需要加热的反应要加酒精灯（烧瓶还要垫陶土网）。固液不加热的反应可以用分液漏斗控制加液速率（关键一步：控制加液速率就是控制反应物浓度，从而控制产气速率，这对需要平稳气流的实验很重要）。有机物制备（如乙烯）的反应物都是液体，用液液加热装置，还需要温度计控制反应液温度。
为什么制 必须用浓盐酸： 把 氧化成 ，需要高浓度的 和 共同作用。稀盐酸中 浓度低、酸性弱，氧化反应难以进行；加热进一步提高了反应速率。随着 被消耗、水不断生成，盐酸变稀，反应就停止了——所以“浓盐酸与足量 “也不能把 用完。
为什么制 不用稀硫酸： 本身能发生，但 微溶，生成的 覆盖在石灰石表面，把反应物隔开，反应很快停止。用稀盐酸时生成的 易溶，表面不断更新，反应能持续。
为什么只加热 得不到氨： 受热分解成 和 ，但在试管口温度降低，两种气体又化合生成 ，净结果等于没有反应。加入 后， 与 反应生成 、 和水， 逸出，反应才能进行到底。
例 1 （场景：由药品选发生装置）下列各组药品制气体，各应选哪类发生装置？① ；② 锌粒和稀硫酸；③ 和浓盐酸；④ 和 。
解：
判断依据：看反应物的状态和是否需要加热。
- ① 固体，需要加热 → 固体加热装置：试管、酒精灯，管口略向下倾斜，管口塞棉花。
- ② 固体 + 液体，不加热 → 固液不加热装置：试管或锥形瓶加长颈漏斗（或分液漏斗）。
- ③ 固体 + 液体，需要加热 → 固液加热装置：圆底烧瓶、分液漏斗、酒精灯，烧瓶下垫陶土网。
- ④ 固体 + 固体，需要加热 → 固体加热装置：试管、酒精灯，管口略向下倾斜。
检验：四组药品恰好对应三类装置，①④同类、②③各一类；判断的关键是“有没有液体”“要不要加热”两个问题。
例 2 （场景：由气体写制备反应）写出实验室制取 、、 的化学方程式，并指出发生装置类型。
解：
判断依据：查本节表，注意药品的状态和条件。
- ，固液不加热。
- ，固液加热。
- ，固体加热。
三查：三条方程式原子守恒； 的制备中 Mn 从 降到 、两个 从 升到 0，电子守恒；条件（加热、浓盐酸）和气体符号齐全。
例 3 （场景：补全发生装置）某同学用 制氧气，装置中试管口向上倾斜，管口没有放棉花，导管伸入试管内很长。指出错误并改正。
解：
判断依据：加热固体的试管要防止冷凝水倒流和粉末堵塞。
- 试管口向上倾斜 → 改成略向下倾斜，防止冷凝水倒流炸裂试管。
- 管口没有棉花 → 在管口塞一团棉花，防止 粉末进入导管。
- 导管伸入试管过长 → 导管只需刚露出橡皮塞，便于气体导出。
检验：三处错误都对应加热固体装置的固定要求，改正后装置才能正常工作。
例 4 （场景：有机气体制备）实验室制乙烯时，温度计水银球应放在什么位置？为什么温度要控制在 ？
解：
判断依据：温度计测的是反应液的温度；乙醇在不同温度下发生不同的脱水反应。
- 水银球插入液面以下，测反应液的温度。
- 时乙醇发生消去反应：。
- 约 时主要发生分子间脱水生成乙醚（）；温度过高则乙醇炭化，副反应增多。
检验：温度计位置和温度控制都围绕“让乙醇走消去反应这条路”，温度错了产物就变了。
三查：乙烯的制备方程式原子守恒（ 分解为 ）；乙醚的制备方程式原子守恒；都是有机反应，用箭头。
例 5 （场景：制乙炔的装置选择）实验室制乙炔为什么不能用启普发生器？用什么代替水？
解：
判断依据：启普发生器适用于块状固体与液体反应、反应不剧烈、生成物可溶的情况。
- 电石与水反应非常剧烈，放热多；电石遇水会粉化，生成的 是糊状物，会堵塞启普发生器的下口和导气管。
- 用饱和食盐水代替水：降低水的浓度，反应平缓，气流稳定。
检验：启普发生器的三个适用条件——块状固体、反应不剧烈、产物可溶——电石和水的反应一条也不满足。
- 发生装置选择口诀：固固加热用试管，固液不加热用试管或锥形瓶加漏斗，固液加热用烧瓶加漏斗和酒精灯。
- 需要控制反应速率的固液反应，用分液漏斗（或长颈漏斗加止水夹）控制加液。
- 制气药品的选择顺序：先看反应能不能发生，再看速率是否可控，最后看产物是否唯一。
- 常见“不能用”的药品：稀硫酸制 、稀盐酸制 、只加热 制 、粉末状碳酸盐制 。
- 有机气体制备的额外要求：乙烯要控温 ，乙炔要用饱和食盐水。
- 错在哪：用稀硫酸和石灰石制 。 为什么错：理解性错误。生成的 微溶，覆盖在石灰石表面，反应很快停止。 正确做法：用稀盐酸和石灰石（或大理石）。
- 错在哪：用稀盐酸和 制 ，认为加热就行。 为什么错：理解性错误。稀盐酸的还原性不足， 不能把 氧化。 正确做法：用浓盐酸并加热。
- 错在哪：加热 固体制氨。 为什么错误：理解性错误。分解生成的 和 在管口重新化合，得不到氨。 正确做法：用 和 共热。
- 错在哪：制乙炔时用启普发生器。 为什么错：理解性错误。电石反应剧烈、粉化，生成的糊状 会堵塞。 正确做法：用试管或锥形瓶，滴加饱和食盐水。
发生装置像做饭的工具：固体加热像在锅里干炒，固液不加热像冲咖啡（倒水就出味），固液加热像炖汤（要火候）。选工具先看食材是固体还是液体，再看要不要火。药品的选择像配钥匙：能开锁（反应能发生）、开得动（速率合适）、不把锁弄坏（产物唯一）。
- 前置：第 37 章常用仪器与基本操作，试管、烧瓶、分液漏斗、酒精灯的使用。
- 前置：第 4 章离子反应，制备反应的离子方程式。
- 后续：39.3 气体的净化与干燥、39.4 收集与尾气处理。
- 关联：第 7 章氯及其化合物、第 11 章氮及其化合物，实验室制氯气和氨。
- 关联：第 31 章烃，乙烯和乙炔的实验室制法。
- 常一起考：第 38 章气体的检验。
39.3 气体的净化与干燥
Section titled “39.3 气体的净化与干燥”宏观：刚制得的气体常常不纯：用浓盐酸制氯气会带出 ，用溶液制气体会带出水蒸气，副反应还会产生别的气体。要得到纯净、干燥的气体，必须除杂和干燥。
微观：除杂用洗气瓶，让气体通过能吸收杂质的溶液；干燥用干燥管或洗气瓶，让气体通过能吸水的固体或液体。选择除杂剂和干燥剂的依据是同一条：它要与杂质反应，不与主体气体反应。
符号：除杂和干燥涉及的反应如下表。
| 气体（括号内为杂质） | 除杂试剂 | 干燥剂 |
|---|---|---|
| （、水蒸气） | 饱和食盐水 | 浓硫酸 |
| （、水蒸气） | 饱和 溶液 | 浓硫酸 |
| （、水蒸气） | 饱和 溶液 | 浓硫酸 |
| （、水蒸气） | 水或 溶液 | 浓硫酸 |
| （水蒸气） | — | 碱石灰 |
| （水蒸气） | — | 浓硫酸或碱石灰 |
| （） | 酸性 溶液或溴水 | 浓硫酸 |
| （） | 水 | — |
| （、） | 溶液 | — |
| 干燥剂 | 类型 | 能干燥的气体 | 不能干燥的气体及原因 |
|---|---|---|---|
| 浓硫酸 | 酸性、氧化性 | 、、、、、、 | （酸碱反应）、、、（被氧化） |
| 碱石灰 | 碱性 | 、、、 | 、、、（与碱反应被吸收） |
| 无水 | 中性 | 、、、、 | （生成 ） |
| 五氧化二磷 | 酸性 | 多数酸性、中性气体 | 等碱性气体 |
- 题目给制备装置，问各洗气瓶装什么、起什么作用 → 看杂质和主体气体的性质 → 对号入座。
- 题目要求选干燥剂 → 先看气体是酸性、碱性还是还原性 → 排除会与它反应的干燥剂。
- 题目问除杂和干燥的先后 → 先除杂后干燥，除杂溶液会带出水。
- 题目要求确认杂质已除尽 → 在除杂装置后加一个检验装置（见 39.6 的装置读法）。
- 气体要参与后续反应（如还原 ）→ 必须干燥，水蒸气会干扰。
- 洗气瓶都是“长进短出”：气体从长导管进入液面以下，从短导管出去；接反了气体直接短路，杂质除不掉。
- 干燥管是“大口进、小口出”，气体与干燥剂充分接触。
- 除杂剂不能吸收主体气体： 中的 用饱和 不用 ； 中的 用酸性 或溴水不用 ； 中的 用饱和食盐水不用水（ 在水中也会溶解）。
- 干燥剂不能与主体气体反应： 不能用浓硫酸和无水 ，、、 不能用碱石灰。
- 先除杂后干燥，顺序不能反：先干燥再通过水溶液，气体会重新被水蒸气饱和。
- 如果后续用排水法收集，气体本来就是湿的，可以不干燥；如果后续要称量或与无水物反应，必须干燥。
为什么先除杂后干燥：除杂用的是水溶液，气体通过溶液时会被水蒸气饱和。如果先干燥再除杂，干燥这一步就白做了（关键一步：后一步的操作不能给前一步“加回去”，这和检验顺序里“先验水”是同一个道理）。
为什么饱和食盐水能除去 中的 ： 极易溶于水，通过食盐水时几乎全部被吸收； 在饱和食盐水中的溶解度很小（同离子效应抑制了 与水的反应和溶解），损失可以忽略。所以选“饱和”食盐水而不是水。
为什么浓硫酸能干燥酸性气体却不能干燥氨：浓硫酸是酸性干燥剂，与 、 等酸性气体不反应；但 是碱性气体，会与硫酸反应生成 ，气体被吸收。浓硫酸还有氧化性，会氧化 、、。
为什么碱石灰不能干燥 ：碱石灰是 和 的混合物，显碱性，会吸收 （），把主体气体也除掉了。
例 1 （场景：洗气瓶的作用）上图装置中，两个洗气瓶分别装什么试剂、各除去什么杂质？
解：
判断依据：看杂质是什么、试剂与谁反应。
- 第一个洗气瓶装饱和食盐水：除去 中挥发出的 ， 在饱和食盐水中溶解度小，损失少。
- 第二个洗气瓶装浓硫酸：除去水蒸气，得到干燥的 。
- 顺序不能反：若先干燥再通过食盐水，气体会重新带出水。
检验： 极易溶、 在饱和食盐水中难溶，试剂的选择有依据；浓硫酸与 不反应。
例 2 （场景：选择干燥剂）下列气体能否用浓硫酸干燥？、、、、。
解：
判断依据：浓硫酸是酸性、氧化性干燥剂，不能干燥碱性气体和还原性气体。
- ：不能，，气体被吸收。
- ：不能， 有还原性，会被浓硫酸氧化。
- 、、：能，它们与浓硫酸不反应（ 虽有一定还原性，在浓硫酸中不被进一步氧化）。
检验：判断标准只有两条——酸碱性、氧化还原性。
例 3 （场景：除杂顺序）实验室制得的 中混有 和水蒸气，设计除杂顺序并说明每一步的试剂。
解：
判断依据： 用饱和 溶液吸收，水蒸气用浓硫酸吸收；先除杂后干燥。
- 先通过盛有饱和 溶液的洗气瓶：，除去 ，同时生成 ，不引入新杂质。
- 再通过盛有浓硫酸的洗气瓶：吸收水蒸气。
- 不能颠倒：先干燥后过溶液，干燥白做。
检验：饱和 不与 反应（同离子效应），主体不损失；离子方程式配平。
三查： 原子、电荷守恒。
例 4 （场景：确认杂质除尽）如何确认 中的 已经除尽？
解：
判断依据： 能与 溶液生成白色沉淀， 不与 反应。
- 将除杂后的气体通入盛有 溶液的试管中，若无白色沉淀，说明 已除尽。
- 不能用湿润的蓝色石蕊试纸判断： 本身溶于水显酸性，也会使蓝色石蕊试纸变红，无法与 区分。
检验： 只与 （或 ）产生白色沉淀， 不干扰；石蕊对 也显红色，不能用来区分。
例 5 （场景：后续反应要求气体干燥）用锌和稀硫酸制得的氢气还原氧化铜，并要检验生成的水。为什么要先除去氢气中的 并干燥？
解：
判断依据：要证明水是反应生成的，必须排除氢气本身带进来的水； 会干扰后续检验。
- 除 ：锌与稀硫酸反应放热，氢气中带出少量酸雾， 会与 反应生成水，干扰对生成水的检验，还会消耗 ；通过 溶液（或水洗）除去。
- 干燥：氢气通过溶液后带出水蒸气，若不干燥，生成的水与带进的水分不清，无法证明水是 还原 的产物；通过浓硫酸干燥。
- 顺序：先除 ，再干燥；还原 后，用无水 检验生成的水。
检验：干燥后的氢气还原 ，白色 变蓝才能归因于反应生成的水。
三查： 原子守恒；电子守恒（ 失 2 个电子， 得 2 个电子）。
- 洗气瓶长进短出，干燥管大口进小口出，冷凝管下进上出。
- 常见除杂三对： 中的 用饱和食盐水； 中的 用饱和 ； 中的 用饱和 。
- 干燥剂三类：酸性（浓硫酸、）、碱性（碱石灰）、中性（无水 ）；不能干燥的气体记“酸不吃碱、碱不吃酸、氧化不吃还原”。
- 除杂后加一个检验装置确认杂质除尽，是实验题答案的加分点。
- 排水法收集的气体一定带水蒸气；要得到干燥气体，应在收集之后干燥（或改用排空气法，在收集前干燥）。
- 错在哪：除去 中的 用 溶液。 为什么错：理解性错误。 会吸收 ，主体损失。 正确做法：用饱和 溶液。
- 错在哪：用无水 干燥 。 为什么错：理解性错误。 与 生成 ，气体被吸收。 正确做法：用碱石灰干燥 。
- 错在哪：先干燥再除杂。 为什么错：理解性错误。除杂溶液会重新带出水，干燥白做。 正确做法：先除杂，后干燥。
- 错在哪：洗气瓶接成“短进长出”。 为什么错：规范性错误。气体没有经过液面，杂质除不掉。 正确做法：长导管进、短导管出。
净化像给气体“洗澡”：先在水里洗掉可溶的杂质（洗气瓶），再用毛巾擦干（干燥管）。洗澡的顺序不能反——先擦干再洗澡，等于没擦。干燥剂像挑毛巾：酸性的气体不能用碱性的毛巾（会反应），碱性的气体不能用酸性的毛巾。
- 前置：39.2 常见气体的实验室制法，杂质从哪里来。
- 前置：第 38 章除杂的原则与常见除杂试剂。
- 后续：39.4 收集与尾气处理。
- 关联：第 7 章氯气的实验室制法，饱和食盐水和浓硫酸的作用。
- 关联：第 10、11 章 、 的性质，决定干燥剂的选择。
- 常一起考：第 28 章沉淀溶解平衡（ 检验 是否除尽）。
39.4 气体的收集与尾气处理
Section titled “39.4 气体的收集与尾气处理”宏观：收集气体有三条路：向上排空气、向下排空气、排水。选哪条，看气体的密度和水溶性。尾气处理看气体有没有毒、溶不溶于水、与什么试剂反应。
微观：密度比空气大的气体沉在瓶底，把空气从上面挤出去；密度比空气小的气体积在瓶口，把空气从下面挤出去；难溶于水的气体通入装满水的瓶子，把水压下去，气体留在瓶里。
符号：尾气吸收的反应如下。
| 气体 | 收集方法 | 理由 | 尾气处理 |
|---|---|---|---|
| 排水法或向下排空气法 | 难溶于水，密度比空气小 | 一般不需要，点燃前验纯 | |
| 排水法或向上排空气法 | 不易溶于水，密度比空气略大 | 不需要 | |
| 向上排空气法 | 能溶于水，密度比空气大 | 一般不需要 | |
| 向上排空气法 | 能溶于水，密度比空气大 | 溶液 | |
| 向上排空气法 | 易溶于水，密度比空气大 | 溶液 | |
| 向下排空气法 | 极易溶于水，密度比空气小 | 水或稀硫酸，用倒置漏斗防倒吸 | |
| 向上排空气法 | 极易溶于水，密度比空气大 | 水或 溶液，防倒吸 | |
| 排水法 | 与空气反应，密度与空气接近 | 溶液（与 混合时） | |
| 向上排空气法 | 与水反应，密度比空气大 | 溶液 | |
| 排水法 | 难溶于水，密度与空气接近 | 点燃 | |
| 排水法 | 难溶于水 | 一般不需要 |
尾气吸收的常见反应：
- 题目给气体，问用什么方法收集 → 先查水溶性，再查密度与空气的比较。
- 题目问尾气怎么处理 → 看毒性、溶解性、与碱的反应。
- 选择题判断收集装置正误 → 查导管长短、集气瓶正倒、有没有尾气处理。
- 题目问防倒吸 → 看是不是极易溶于水的气体（、），用倒置漏斗或安全瓶。
- 题目问“收集满的标志” → 排水法看瓶口有大气泡冒出；排空气法用验满方法（如 用燃着的木条放在瓶口）。
- 向上排空气法：集气瓶正放，导管伸到瓶底，把空气从瓶口排出。
- 向下排空气法：集气瓶倒放，导管伸到瓶底（倒放后瓶底在上方），把空气从下口排出。
- 排水法：集气瓶先装满水，倒立在水槽中，导管伸入瓶口；收集满后先在水中盖好玻璃片，再取出。
- 用排水法收集完气体，要先撤导管再停止加热，防止倒吸。
- 只能排水法：常温下就与空气中的 反应，且密度与空气接近； 只能向上排空气法，因为它与水反应。
- 、 极易溶于水，不能用排水法。
- 尾气处理装置不能省：、、、、 都有刺激性或有毒，直接排入空气会污染环境。
- 防倒吸装置：倒置漏斗（漏斗口与液面刚好接触）、安全瓶（中间加一个空瓶）、大肚干燥管。倒置漏斗最常用。
为什么密度决定排空气的方向：气体的密度比空气大，进入集气瓶后会沉在瓶底，把空气从上面的瓶口挤出去，所以瓶口朝上、导管伸到瓶底（关键一步：导管伸到瓶底，气体才能从下往上把空气顶出去；导管太短，气体在瓶口就跑了，下面的空气排不净）。密度比空气小的气体则相反，瓶口朝下、导管伸到（倒放后的）瓶底。
为什么 不能用排空气法：， 一接触空气就变成红棕色的 ，收集到的不是 ；而且 的摩尔质量 30 与空气的平均摩尔质量 29 非常接近，密度差太小，排空气也分不开。
为什么 不能用排水法： 极易溶于水（常温下 1 体积水约能溶解 700 体积 ），通入水中会被全部吸收，收集不到气体；所以只能用向下排空气法。
防倒吸的原理：、 极易溶于水，导管直接插入水中时，气体溶解使管内压强骤降，水会沿着导管倒吸进反应容器，使容器骤冷炸裂。倒置漏斗的容积大，液面上升时漏斗内空气被压缩，液面下降，漏斗口与液面脱离，水就回落了（关键一步：让液体在“吸上来”的过程中自己断开）。
例 1 （场景：选择收集方法）下列气体各用什么方法收集？、、、、、。
解：
判断依据：先看水溶性，再看密度与空气的比较。
- ：难溶于水、密度比空气小 → 排水法或向下排空气法。
- ：不易溶于水、密度比空气略大 → 排水法或向上排空气法。
- ：能溶于水、密度比空气大 → 向上排空气法。
- ：能溶于水、密度比空气大 → 向上排空气法。
- ：极易溶于水、密度比空气小 → 向下排空气法。
- ：难溶于水、与空气反应 → 只能排水法。
检验：在以上气体中， 是唯一只能用排水法的； 只能用向下排空气法；其余按性质选择。
例 2 （场景：尾气处理）实验室制氯气、氨气、二氧化硫，尾气各应怎么处理？写出相关化学方程式。
解：
判断依据：尾气处理看毒性和溶解性，酸性气体用碱吸收，极易溶于水的用防倒吸装置。
- ：通入 溶液，。
- ：通入 溶液，。
- ：通入水或稀硫酸，用倒置漏斗防倒吸；。
检验：三种气体都有刺激性，不能直接排放； 极易溶于水，必须防倒吸。
三查：三条方程式原子守恒； 与 的反应中， 从 0 价一部分升到 、一部分降到 ，电子守恒；酸碱性匹配。
例 3 （场景：防倒吸装置）吸收氨气时，为什么不能把导管直接插入水中？可以用哪些装置防止倒吸？
解：
判断依据： 极易溶于水，溶解时管内压强骤降。
- 直接插入水中： 迅速溶解，导管内压强降低，水被倒吸进反应容器，容器骤冷可能炸裂。
- 防倒吸装置：① 倒置漏斗，漏斗口与液面刚好接触；② 安全瓶，在吸收装置前加一个空瓶；③ 大肚干燥管，用干燥管代替导管插入水中。
检验：三种装置的共同点是“让液体在吸上来时与气体源断开”，倒置漏斗最常用、最简单。
例 4 （场景：装置正误判断）下列收集装置正确的是（ ）。
A. 用向上排空气法收集 ，导管伸到瓶底 B. 用排水法收集 C. 用向下排空气法收集 ，集气瓶倒放，导管伸到瓶底 D. 用向上排空气法收集 ，导管伸到瓶底
解：C。
判断依据：收集方法由密度和水溶性决定，装置细节由方法决定。
A 错： 的密度比空气小，应用向下排空气法；B 错： 能溶于水，不能用排水法；C 对： 密度小，向下排空气，瓶口朝下、导管伸到瓶底；D 错： 与空气反应，不能排空气，只能排水法。
例 5 （场景：收集满的标志）用排水法收集 、用向上排空气法收集 ，各怎样判断已经收集满？
解：
判断依据：排水法看水是否被排尽，排空气法用气体的特征反应验满。
- 排水法收集 ：集气瓶口有大气泡向外冒出，说明水已被排尽，气体收集满。
- 向上排空气法收集 ：把燃着的木条放在集气瓶口，木条熄灭，说明瓶口已有 ，收集满。
- 验满时木条不能伸入瓶内：伸入瓶内只能检验瓶中有没有 ，不能说明是否收集满。
检验：排水法的标志是“水排尽”，排空气法的标志是“气体到达瓶口”；两种方法判断的位置不同。
- 收集方法的选择顺序：先看水溶性（难溶 → 排水法可选），再看密度（比空气大 → 向上排空气，比空气小 → 向下排空气）。
- 典型的“只能”： 只能排水法； 只能向下排空气法； 只能向上排空气法。
- 尾气处理三句话：酸性气体用碱，极易溶气体防倒吸，可燃气体点燃。
- 验满方法： 用燃着的木条放在瓶口； 用带火星的木条放在瓶口；排水法看瓶口是否有大气泡。
- 防倒吸三件套：倒置漏斗、安全瓶、大肚干燥管。
- 错在哪：用向上排空气法收集 。 为什么错：记忆性错误。 的密度比空气小，会往上飘。 正确做法：用向下排空气法，集气瓶倒放。
- 错在哪：用排水法收集 或 。 为什么错：理解性错误。两种气体都能溶于水，收集不到纯净气体。 正确做法：用向上排空气法。
- 错在哪：吸收 时把导管直接插入水中。 为什么错：理解性错误。 极易溶，会引起倒吸。 正确做法：用倒置漏斗或安全瓶。
- 错在哪：用排空气法收集 。 为什么错：理解性错误。 遇空气生成 。 正确做法：只能用排水法。
收集气体像装不同重量的东西：比空气重的沉在下面（瓶口朝上），比空气轻的浮在上面（瓶口朝下）；不溶于水的可以直接在水里“挤水”收集。尾气处理像给烟囱装净化器：有毒的气体不能直接放走，酸性的用碱液吸收，极易溶的还要防止“回吸”。
- 前置：39.2 气体的制备、39.3 净化与干燥。
- 前置：第 38 章气体的检验，验满和检验都用特征反应。
- 关联：第 7 章氯气（有毒，NaOH 吸收）、第 11 章氮的氧化物（、 的收集）。
- 关联：第 11 章氨（极易溶于水，防倒吸）。
- 常一起考：第 37 章基本操作（集气瓶、水槽的使用）。
39.5 装置的连接顺序与气密性检查
Section titled “39.5 装置的连接顺序与气密性检查”宏观：一套完整的气体实验装置有五段：发生 → 除杂 → 干燥 → 收集（或主体实验）→ 尾气处理。连接顺序由实验目的和气体性质决定；装药品之前还要先检查装置漏不漏气。
微观：气体按顺序通过各装置，前一段流出的气体就是后一段的输入。顺序错了，后一段的试剂会污染前一段的结论，或者杂质进入收集装置。
符号：无；气密性检查是操作。
- 题目给几个装置和接口字母，要求排出连接顺序 → 按五段排，注意“长进短出”。
- 题目要求检查气密性 → 用微热法或液差法，写出操作和现象。
- 题目问实验操作的先后 → 先检查气密性、先排空气（先通一段时间气体再加热）、先撤导管后停止加热。
- 题目问某装置能否省略 → 看气体是否有毒、是否需要干燥、后续反应是否怕水。
- 连接顺序：发生 → 除杂 → 干燥 → 收集或主体实验 → 尾气处理。如果实验要检验气体中的水蒸气，验水装置放在除杂、干燥之前。
- 洗气瓶长进短出；干燥管大口进小口出；冷凝管下进上出。
- 气密性检查在装药品之前进行；检查前要关闭止水夹或堵住导管口。
- 加热前先通入气体排尽装置内的空气（如 还原 、 还原 ），防止爆炸。
- 实验结束先撤导管，再停止加热，防止倒吸。
- 接口排序题按“气流方向”从左到右写，装置内的进出口字母不要写反。
- 尾气处理装置放在最后，不能接在收集装置之前。
微热法：把装置末端导管口浸入水中，双手捂住容器（或用酒精灯微热），容器内气体受热膨胀，导管口有气泡冒出；松开手后容器冷却，管内压强减小，导管内形成一段水柱。有气泡、有水柱，说明装置不漏气（关键一步：利用气体“热胀冷缩”造成的压强差，把“漏不漏”变成看得见的气泡和水柱）。
液差法：关闭止水夹，从长颈漏斗向容器内加水，直到漏斗内液面高于容器内液面；静置一段时间，液面差不变，说明装置不漏气。容器内气体被压缩，压强增大，如果漏气，液面差会逐渐消失。
为什么先撤导管后停止加热：停止加热时，反应容器内的气体冷却、压强减小，如果导管还插在液体中，液体就会被倒吸进容器，可能使容器炸裂。先撤导管，体系与液体断开，就不会倒吸（关键一步：倒吸的动力是“容器内压强减小”，断开连接就没有了通路）。
例 1 （场景：接口排序）某实验用装置 A（发生，出口 a）、B（饱和食盐水，进口 b、出口 c）、C（浓硫酸，进口 d、出口 e）、D（收集，进口 f、出口 g）、E（尾气吸收，进口 h）制取并收集干燥的氯气。排出接口的连接顺序。
解：
判断依据：按“发生 → 除杂 → 干燥 → 收集 → 尾气”连接，洗气瓶长进短出。
- 顺序：。
- 即 A 的出口接 B 的长导管（b），B 的短导管（c）接 C 的长导管（d），C 的短导管（e）接 D 的进气口（f），D 的出气口（g）接 E（h）。
检验：每一段的出口接下一段的进口；洗气瓶和收集瓶都是长进短出，尾气在最后。
例 2 （场景：检查气密性）写出检查一套气体发生装置气密性的操作和现象。
解：
判断依据：用微热法或液差法，制造压强差，看现象是否保持。
- 微热法：把装置末端的导管口浸入水中，双手捂住容器（或用酒精灯微热）；若导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段水柱，说明装置不漏气。
- 液差法：关闭止水夹，从长颈漏斗加水至漏斗内液面高于容器内液面，静置；若液面差保持不变，说明装置不漏气。
检验：两种方法都利用“密闭体系内压强变化”；有气泡、有水柱、液差不变，三个现象分别对应三种装置。
例 3 （场景：实验操作先后）用氢气还原氧化铜，通氢气和加热的先后顺序是什么？实验结束时呢？说明理由。
解：
判断依据：氢气与空气混合遇明火可能爆炸；热的铜会被空气氧化。
- 先通一段时间氢气，排尽装置内的空气，再加热。
- 实验结束先停止加热，继续通氢气直到试管冷却，再停止通气。
- 理由：先通氢排尽空气防爆炸；后停氢防生成的铜被空气氧化。
检验：两个先后顺序都围绕“安全”和“产物纯度”，顺序反了会爆炸或得到氧化铜。
三查： 原子守恒； 是还原剂、 是氧化剂，电子守恒（ 失 2 个电子， 得 2 个电子）。
例 4 （场景：装置能否省略）实验室制取并收集干燥的 ，是否需要尾气处理装置？为什么？
解：
判断依据：尾气处理只针对有毒或污染环境的气体。
- 不需要。 无毒，实验室制取的量很少，不是空气污染物。
- 若实验目的是“检验 的某些性质”，还要考虑后续装置不能被尾气处理吸收掉主体气体。
检验： 虽然会引起温室效应，但实验室少量制备不要求尾气处理；、、 则必须处理。
- 连接顺序口诀：发生—除杂—干燥—收集—尾气；检验气体中的水放在除杂、干燥前。
- 气密性检查两法：微热法（气泡 + 水柱）、液差法（液面差不变）。
- 实验操作三先后：先查气密性后装药品；先排空气后加热；先撤导管后停止加热。
- 接口排序题：每一段的出口接下一段的进口，洗气瓶长进短出，尾气最后。
- 省略装置的判断：无毒气体可省尾气处理，不要求干燥可省干燥装置，但“除杂”通常不能省。
- 错在哪：先装药品再检查气密性。 为什么错：规范性错误。装置漏气时药品已经浪费，且有些药品装好后无法再检查。 正确做法：组装后先检查气密性，确认不漏气再装药品。
- 错在哪：实验结束先停止加热，再撤导管。 为什么错：理解性错误。容器内压强减小，液体会倒吸。 正确做法：先撤导管，后停止加热。
- 错在哪：把尾气处理装置接在收集装置之前。 为什么错：理解性错误。主体气体还没收集就被吸收掉了。 正确做法：尾气处理放在最后。
- 错在哪：用氢气还原氧化铜时先加热后通氢。 为什么错：理解性错误。氢气和空气混合，加热可能爆炸。 正确做法：先通氢排尽空气，再加热。
连接装置像接水管：水从源头流向龙头，中间经过过滤器（除杂）、烘干机（干燥）、水桶（收集），最后接排水口（尾气）。接反了，脏水会流进水桶。气密性检查像给轮胎打气前先查漏：不漏才能用，漏了白费力气。
- 前置：39.2–39.4 发生、净化、收集、尾气。
- 前置：第 37 章基本操作（气密性检查、装置连接）。
- 后续：39.6 装置图的读法与补全。
- 关联：第 40 章定量实验，装置连接和误差分析。
- 常一起考：第 5 章氧化还原（、 还原金属氧化物）。
39.6 实验装置图的读法与补全
Section titled “39.6 实验装置图的读法与补全”宏观：读装置图，先按“五段”把它拆开：这一段是发生、除杂、干燥、收集还是尾气？再看每段的试剂、导管和目的。补全装置，就是找出缺的那一段或错的细节。
微观：装置里的每个细节都有目的：导管的长短决定气体从哪进、从哪出；温度计的位置决定测谁的温度；冷凝水的方向决定冷凝效果；防倒吸装置决定安全。看懂目的，才能判断对错。
符号：无；读图和补全靠装置分析与文字表述。
- 题目给一套装置图，指出错误并改正 → 按五段逐段检查，对照每段的固定要求。
- 题目要求补全装置 → 看缺哪一段：缺加热、缺除杂、缺干燥、缺尾气、缺防倒吸。
- 题目问某装置的作用 → 按“除去什么、防止什么、吸收什么”回答；问“去掉某装置会怎样”，就从同一角度分析后果。
- 题目要求评价实验方案 → 从安全、环保、简约、准确四方面评价。
- 常见错误清单：加热固体的试管口向上；导管伸入试管过长；洗气瓶短进长出；集气瓶导管太短；缺尾气处理；冷凝水方向反；温度计插在液面下却测蒸气；加热烧瓶没垫陶土网；制 用稀盐酸；制 用稀硫酸；用排水法收集 。
- 检查顺序：先看发生装置（状态、条件、药品），再看除杂和干燥（顺序、试剂），再看收集（方法、导管），最后看尾气（有没有、防不防倒吸）。
- 装置作用的答题句式：“除去……中的……，防止……干扰后续实验”；“吸收……，防止污染空气”；“防止液体倒吸”。
- 评价方案的四条：安全（防爆炸、防倒吸）、环保（尾气处理）、简约（步骤少、试剂少）、准确（杂质除尽、气体干燥）。
- 装置图里的“未画”部分（如“图中未画尾气处理”）要主动补上。
为什么导管长短有讲究：洗气瓶的长导管把气体送到液面以下，气体才能与溶液充分接触；短导管出气，防止液体被压出。集气瓶向上排空气时导管伸到瓶底，气体才能把空气顶出去；向下排空气时导管伸到瓶底（倒放后的上方），道理相同。导管伸进试管太长会妨碍气体排出，也可能被冷凝水倒灌。
为什么温度计位置不同：蒸馏时温度计测的是蒸气的温度，水银球在支管口；制乙烯时温度计测的是反应液的温度，水银球插入液面下。测谁的温度，水银球就放在谁那里（关键一步：温度计的位置由“要控制的是什么温度”决定）。
为什么冷凝水要下进上出：冷凝管下口进水、上口出水，水与蒸气的流向相反（逆流），冷凝效果最好；如果上进下出，冷凝管不能充满水，冷却效率低。
为什么评价方案要看“安全、环保、简约、准确”：实验题的评价不是凭感觉，而是从四个维度逐条对照：有没有安全隐患（爆炸、倒吸、暴沸）、有没有污染（尾气）、步骤是否最少、结果是否准确（杂质除尽、干燥、读数）。
例 1 （场景：找错误并改正）某同学设计制取氯气的装置：用稀盐酸与 加热；气体先通过浓硫酸，再通过饱和食盐水；用集气瓶向上排空气法收集，导管短进长出；没有尾气处理装置。指出错误并改正。
解：
判断依据：按“发生—除杂—干燥—收集—尾气”逐段检查。
- 药品错误：稀盐酸不能与 反应，改用浓盐酸并加热。
- 除杂和干燥顺序错误：应先通过饱和食盐水除 ，再通过浓硫酸干燥。
- 收集装置错误：向上排空气法应长进短出，导管伸到瓶底。
- 缺少尾气处理：最后加一个盛 溶液的烧杯吸收尾气。
检验：四处错误分别对应发生、除杂、收集、尾气四段，改正后装置完整。
三查： 原子守恒，电子守恒； 原子、电子守恒。
例 2 （场景：补全装置）要制取干燥、纯净的氨气并收集，装置中已有发生装置（ 与 共热）和收集装置（向下排空气法），还缺少什么？
解：
判断依据：氨气中混有水蒸气；氨气有刺激性，不能直接排放。
- 缺少干燥装置：在发生装置和收集装置之间加一个装碱石灰的干燥管（不能用浓硫酸或无水 ）。
- 缺少尾气处理装置：在收集装置后加一个防倒吸的吸收装置（倒置漏斗 + 稀硫酸或水）。
- 收集装置的管口还应塞一团棉花，减少氨与空气的对流。
检验：氨的制备必须“干燥 + 防倒吸”；碱石灰干燥、倒置漏斗吸收，两处都与氨的性质对应。
例 3 （场景：说明装置作用）某制氯气装置中，饱和食盐水和浓硫酸两个洗气瓶各起什么作用？如果去掉浓硫酸，对实验有什么影响？
解：
判断依据：从“进什么、出什么、留下什么”回答。
- 饱和食盐水：除去 中混有的 ， 损失很小。
- 浓硫酸：除去水蒸气，得到干燥的 。
- 去掉浓硫酸：收集到的 带水蒸气；如果后续要验证氯气的干燥性质（如干燥的氯气不能使干燥的有色布条褪色），水蒸气会干扰结论。
检验：每个装置的作用都对应一种杂质或一种干扰；去掉它就多了一种干扰。
例 4 （场景：评价方案）实验室制 有两个方案：① 大理石与稀盐酸；② 碳酸钠粉末与稀硫酸。评价两个方案。
解：
判断依据：从反应能否持续、速率是否可控、产物是否纯净三方面评价。
- 方案①合理：块状大理石与稀盐酸反应速率适中，生成的 易溶，反应能持续； 中只含 和水蒸气，容易除杂。
- 方案②不合理：碳酸钠粉末反应太快，难以控制；生成的 微溶，会覆盖在固体表面使反应停止；粉末还容易被气流带出。
- 结论：选方案①。
检验：评价方案不是看“能不能反应”，而是看“反应能不能平稳、持续、可控”。
- 读图顺序：发生 → 除杂 → 干燥 → 收集 → 尾气，逐段对照要求。
- 常见错误按“五段”归类记：发生段（药品、加热、试管口）、除杂段（试剂、顺序、接口）、收集段（方法、导管）、尾气段（有没有、防倒吸）。
- 装置作用答题模板：除杂——“除去……中的……”；干燥——“除去水蒸气，防止……”；尾气——“吸收……，防止污染空气”；防倒吸——“防止液体倒吸”。
- 评价方案四维度：安全、环保、简约、准确。
- 补全装置先想“缺哪一段”，再想“这一段用什么试剂、接哪个口”。
- 错在哪：读图时只看装置长什么样，不看试剂和接口。 为什么错：理解性错误。装置对错往往在试剂和接口，不在外形。 正确做法：按五段拆解，逐段看试剂、导管、目的。
- 错在哪：评价方案时只说“反应能发生”，不说速率和产物。 为什么错：理解性错误。能反应不等于适合实验室制备。 正确做法：从能否持续、速率是否可控、产物是否纯净三方面评价。
- 错在哪：补全装置时只补收集，忘了尾气。 为什么错：规范性错误。有毒气体的实验必须有尾气处理。 正确做法：按五段检查，缺哪段补哪段。
读装置图像看流水线：每个工位做一件事，原料从一头进，成品从另一头出。哪一道工序缺了，产品就不合格；哪一道工序接反了，整条线就堵住。补全装置就是给流水线补上缺的工位。
- 前置：39.2–39.5 发生、净化、收集、连接顺序。
- 前置：第 37 章基本操作，装置细节的判断依据。
- 后续：第 40 章定量实验与数据处理，装置和误差。
- 关联：第 13 章无机化工流程，流程装置与实验装置的相通之处。
- 常一起考：第 38 章检验与除杂。
39.7 知识点之间的关系
Section titled “39.7 知识点之间的关系”本章五个知识点按一套装置的顺序串起来：先由药品和条件选发生装置（39.2），再由杂质和气体性质选净化、干燥（39.3），由密度和水溶性选收集、由毒性选尾气处理（39.4），把各段按顺序连起来并检查气密性（39.5），最后落到读图和补全（39.6）。每一段的选择依据都是“物质的性质”，五段合起来就是一套完整的气体实验方案。
39.8 自测
Section titled “39.8 自测”- 写出实验室用 制 、用 和浓盐酸制 、用 和 制 的化学方程式，并指出发生装置类型。
- 实验室制 为什么不能用稀硫酸？为什么用块状石灰石而不用粉末？
- 制 时为什么必须用浓盐酸并加热？反应一段时间后为什么会停止？
- 下列气体各选什么干燥剂：、、、？
- 除去 中的 和水蒸气，写出除杂顺序和所用试剂。
- 写出 与 溶液反应的化学方程式；吸收 时为什么要用倒置漏斗？
- 收集 用什么方法？为什么不能排空气？
- 写出检查气密性的两种方法（操作和现象）。
- 用 还原 ，通氢气和加热的先后顺序是什么？结束时呢？说明理由。
- 某制氯气装置依次有饱和食盐水、浓硫酸、向上排空气收集、 溶液四段，分别说明每一段的作用。
- 判断：用排水法收集 ；用向上排空气法收集 ；用排空气法收集 。
答案：1. ，固体加热；，固液加热；，固体加热。 2. 稀硫酸与石灰石生成的 微溶，覆盖在石灰石表面使反应停止；粉末反应太快，难以控制。 3. 稀盐酸中 浓度低、酸性弱， 不能把 氧化；随着反应进行盐酸变稀，反应停止。 4. 用碱石灰； 用浓硫酸； 不能用浓硫酸（会被氧化），可用 或无水 ； 用浓硫酸。 5. 先通过饱和 溶液除 ，再通过浓硫酸干燥。 6. ； 极易溶于水，直接插入水中会引起倒吸。 7. 排水法； 遇空气生成 ，且密度与空气接近。 8. 微热法：导管口浸入水中，捂热容器，有气泡冒出，松手后形成水柱；液差法：关闭止水夹，从长颈漏斗加水形成液面差，静置液面差不变。 9. 先通氢排尽空气，再加热；结束先停止加热，继续通氢至冷却，再停止通气；防止爆炸和铜被氧化。 10. 饱和食盐水除 ；浓硫酸干燥；向上排空气收集 ； 溶液吸收尾气，防止污染。 11. 三条都错： 极易溶于水，不能排水法； 密度比空气小，应向下排空气； 遇空气反应，只能排水法。
39.9 深入阅读
Section titled “39.9 深入阅读”- 国家中小学智慧教育平台：人教版高中化学电子教材和实验视频，氯气、氨气的实验室制法可以对照着看。
- 人民教育出版社 · 高中化学：教材目录和教师用书，核对各版本教材对气体制备装置的要求。
- PubChem：查气体的密度、溶解性和毒性，判断收集方法和尾气处理时用得上。
- PhET 互动仿真：气体性质和反应的交互模拟，帮助理解收集和尾气处理的原理。