1、 第 1 页 “气体实验装置”设计题的解题思路 古语云：授人以鱼，只供一饭。授人以渔，则终身受用无穷。学知识，更要学方法。清华网校的学习方法栏目由清华附中名师结合多年教学经验和附中优秀学生学习心得组成，以帮助学生培养良好的学习习惯为目的，使学生在学习中能够事半功倍。 高考题中连续出现了一类实验设计题，要求考生联系所学过的实验知识和技能，进行知识类比、迁移和重组，全面、周密地思考才能设计出正确的实验方案和回答提出的问题。 一、 解题思路及方法 1、思考问题的顺序 （ 1）围绕主要问题思考：如选择适当的实验路线、方法；所用药品、仪器 简单易得；实验过程快速、安全；实验现象明显。 （ 2）思考有关物
2、质的制备、净化、吸收和存放等有关问题：如制取在空气中易水解的物质（如 Al2S3、 AlCl3、 Mg3N2 等）及易受潮的物质时，往往在装置末端再接一个干燥装置，以防止空气中水蒸气进入。 （ 3）思考实验的种类及如何合理地组装仪器，并将实验与课本实验比较、联靠。（如涉及到气体的制取和处理，对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为： 发生 除杂质 干燥 主体实验 尾气处理 。 2、仪器连接的顺序 （ 1） 所用仪器是否恰当，所该仪器是全用还是选用； （ 2）仪器是否齐全，如制有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置； （ 3）安装顺序是否合理，如是否遵循“自上而下，从左到右”；
3、气体净化装置中不应先经干燥，后又经过水溶液洗气； （ 4）仪器间连接顺序是否正确。如洗气时“长进短出”，干燥管除杂质时“大进小出”，排水量气时“短进气，长出水”等。 3、实验操作的顺序 （ 1）连接仪器，根据实验目的，注意事项，安全问题等，按气体流动顺序连接好实验仪器； （ 2）检查气密性，在整套仪器连接完毕后，应先检查装置的气密性，然后 装入药品。检查装置气密性的方法要依装置而定；如 16 的产气装置： （ 3）装药品进行实验操作。 第 2 页 二、解题时，应全方位思考的问题 1、检查气体的纯度。点燃或加热通有可燃性气体（ H2、 CO、 CH4、 C2 H4、 C2 H2 等）的装置前，必
4、须检查气体的纯度。例如用 H2、 CO 等气体还原金属氧化物时，需要加热金属氧化物，在操作中，不能先加热，后通气，应当先通入气体，将装置内的空气排干净后，检查气体是否纯净（验纯），待气体纯净后，再点燃酒精灯加热金属氧化物。 2、加热操作先后顺序选择。若气体产生需加热，应先用酒精灯加热产 生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热。例如用浓硫酸和甲酸共热产生 CO，再用CO 还原 Fe2O3，实验时应首先点燃 CO 发生装置的酒精灯，生成的 CO 赶走空气后，再点燃 Fe2O3 的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是：在还原性气体中冷却 Fe 可防止灼热的 Fe 再被空气中的
5、 O2 氧化，并防止石灰水倒吸。 3、冷凝回流的问题。有的易挥发的液体反应物，为了避免反应物损耗和充分利用原料，要在发生装置设计冷凝回流装置。如在发生装置安装长玻璃管等。 4、冷却问题。有的实验为防止气体冷凝不充分而损失，需用 冷凝管或用冷水或冰水冷凝气体（物质蒸气），使物质蒸气冷凝为液态便于收集。 5、防止倒吸问题。在某些实验中，由于吸收液的倒吸，会对实验产生不良的影响，如玻璃仪器的炸裂，反应试剂的污染等，因此，在有关实验中必须采取一定的措施防止吸收液的倒吸。防止倒吸一般采用下列措施： （ 1）切断装置：将有可能产生液体倒吸的密闭装置系统切断，以防止液体倒吸，如实验室中制取氧气、甲烷时，通常
6、用排水法收集气体，当实验结束时，必须先从水槽中将导管拿出来，然后熄灭酒精灯。 （ 2）设置防护装置 倒立漏斗式：如图（ 2）甲所示，这种装置 可以增大气体与吸收液的接触面积，有利于吸收液对气体的吸收。当易溶性气体被吸收液吸收时，导管内压强减少，吸收液上升到漏斗中，由于漏斗容积较大，导致烧杯中液面下降，使漏斗口脱离液面，漏斗中的吸收液受自身重力第 3 页 的作用又流回烧瓶内，从而防止吸收液的倒吸。 肚容式：如图（ 2）乙所示，当易溶于吸收液的气体由干燥管末端进入吸收液被吸收后，导气管内压强减少，使吸收液倒吸进入干燥管的吸收液本身质量大于干燥管内外压强差，吸收液受自身重量的作用又流回烧杯内，从而防
7、止吸收液的倒吸。这种装置与倒置漏斗很类似。 蓄液式：如图（ 2）丙 所示，当吸收液发生倒吸时，倒吸进来的吸收液被预先设置的蓄液装置贮存起来，以防止吸收液进入受热仪器或反应容器。这种装置又称安全瓶。 平衡压强式：如图（ 2）丁所示，为防止反应体系中压强减少，引起吸收液的倒吸，可以在密闭装置系统中连接一个能与外界相通的装置，起着自动调节系统内外压强差的作用，防止溶液的倒吸。 （ 6）具有特殊作用的实验改进装置。 防堵塞安全装置：如图（ 3）所示，为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置（见恒压式）；为防止粉末或糊状物堵塞导气管，可将棉花团置于导管口处（见防阻 式（ I、 II）。
8、 液封装置：如图（ 3）所示，为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套住一只小试管（见液封式） 防 污染安全装置：如图（ 4）所示，灼烧式可用于除尾气 CO；吸收式可用于除 Cl2、 H2S等；收集式可用于防止有毒气体进入空气中。 （ 7）拆卸时的安全性和科学性。实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑停止加热或通气的顺序，如对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的 酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后才能停止通氢气，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化，或形
9、成可爆气；拆卸用排水法收集需加热制取气体的装置时，需先把导气管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸；拆卸后的仪器要清洗、干燥、归位。 例题分析 第 4 页 例 1水蒸气通过灼热的煤所产生的混和气 ,其主要成份是 CO、 H2 还含有 CO2 和水蒸气 .请用下列装置设计一个实验 ,以确认上述混和气中含有 CO 和 H2. (1) 连接上述装置的正确顺序是 :(填各接口的代码字母 ) 混和气 ( )( )接 ( )( )接 ( )( )接 ( )( )接 ( )( ). (2)确认混和气中含有 H2 的实验现象是 ;其理由是 . 例 2根据右上图实验 ,填空和回答问题 : (1)烧瓶中所发
10、生的主要反应的化学方程式是 ,装置 ( )的烧杯中冷水所起的作用是 ,装置 ( )的烧杯中液体的作用是 . (2)进行此实验时 ,烧瓶内的橡皮塞最好用锡箔包住 ,用橡皮管连接的两玻璃管口要相互紧靠 ,这是因为 . (3)装置 ( )烧杯中使用倒置漏斗可防止液体倒吸 ,试简述其原因 . 例 3.现有一定量含有 Na2O杂质的 Na2O2试样 .请从下图中选用适当的实验装置 ,设计一个 最 简单 的实验 ,测定 Na2O2 试样的纯度 (可供选用的反应物只有 CaCO3 固体 ,6mol/L 盐酸和蒸馏水 ) 请填写下列空白 : (1)写出实验中 Na2O2 和 Na2O 分别发生反应的化学方程式
11、 . (2)应选用的装置是 (只要求写出 图中装置的标号 ) (3)所选用装置的连接顺序应是 (填各接口的字母 ;连接胶管省略 ). 例 4.在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应 ,可以得到铁的氧化物 .该氧化物又可以经过此反应的逆反应 ,生成颗粒很细的铁粉 .这种铁粉具有很高的反应活性 ,在空气中受撞击或受热时会燃烧 ,所以俗称 “引火铁 “.请分别用下图中示意的两套仪器装置 ,制取上述铁的氧化物和“引火铁 “.实验中必须使用普通铁粉和 6 摩 /升盐酸 ,其他试剂自选 (装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去 ). 第 5 页 填写下列空白 : (1)实验进行时试管
12、 A 中应加入的试剂是 ;烧瓶 B 的作用是 ;烧瓶 C 的作用是 ;在试管 D 中收集得到的是 . (2)实验时 ,U 型管 G 中应加入的试剂是 ;长颈漏斗 H 中应加入 . (3)两套装置中 ,在实验时需要加热的仪器是 (填该仪器对应的字母 ) . (4)烧瓶 I 中发生的反应 有时要加入少量硫酸铜溶液 ,其目的是 . (5)试管 E 中发生反应的化学方程式是 . (6)为了安全 ,在 E管中的反应发生前 ,在 F出口处必须 ;E管中的反应开始后 ,在 F 出口处应 . 例 5实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁 ,该化合物是棕红色 、 易潮解， 100左右时升华。下图是两个学生设
13、计的实验装置、左边的反应装置相同，而右边的产品收集装置则不同，分别如（ I）和（ II）所示。试回答： (1)B 中反应的化学方程式为： _; (2)D 中的反应开始前，需排除装置中的空气，应采取的方法是： _。 (3)D 中反应化学方程式为： _ _。 (4)装置（ ）的主要缺点是： _ _ 。 (5)装置（ ）的主要缺点是： _ _。 如果选用此装置来完成实验，则必须采取的改进措施是： _。 例 6测定一定质量的铝锌合金与强酸溶液反应产生的氢气的体积，可以求得合金中铝和锌的质 量分数。现有下列实验用品：中学化学实验常用仪器、 800 毫升烧杯、 100 毫升量筒、短颈玻璃漏斗、铜网、铝锌合
14、金样品、浓盐酸（密度 1.19 克 /毫升）、水。按图示装置进行实验，回答下列问题。（设合金样品完全反应，产生的气体体积不超过 100 毫升） （ 1）补充下列实验步骤，直到反应开始进行（铁架台和铁夹的安装可省略）： 将称量后的合金样品用铜网小心包裹好，放在 800 毫升烧杯底部，把短颈漏斗倒扣在样品上面。 第 6 页 （ 2）合金样品用铜网包裹的目的是： 例 7 1,2 - 二溴乙烷可作汽油抗爆剂的添加剂 ,常 温下它是无色液体 ,密度 2.18 g cm-3,沸点 131.4 ,熔点 9.79 ,不溶于水 ,易溶于醇、醚、丙酮等有机溶剂 .在实验室中可以用下图所示装置制备 1,2- 二溴乙
15、烷 .其中分液漏斗和烧瓶 a中装有乙醇和浓硫酸的混合液 ,试管d 中装有液溴 (表面覆盖少量水 ). 填写下列空白 : (1)写出本题中制备 1,2-二溴乙烷的两个化学反应方程式 . _； 。 (2)安全瓶 b 可以防止倒吸 ,并可以检查实验进行时试管 d 是否发生堵塞请写出发生堵塞时瓶 b 中的现象 ._. (3)容器 c 中 NaOH 溶液的作用是 :_. (4)某学生在做此实验时 ,使用一定量的液溴 ,当溴全部褪色时 ,所消耗乙醇和浓硫酸混合液的量 ,比正常情况下超过许多 .如果装置的气密性没有问题 ,试分析其可能的原因 . _ _。 例 8.实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的近似相对
16、原子质量 ,反应的化学方程式为 : 2NH3+3CuO N2 +3Cu+3H2O 试回答 : (1)如果选用测定反应物 CuO和生成物 H2O的质量 (mCuO、 mH2O)时，请用下列仪器设计一个简单的实验。 仪器连接的顺序 (用字母编号表示 ,仪器可重复使用 ) ; d中浓硫酸的作用是 , ; 实验完毕时观察到 a中的现象是 ; 列出计算 Cu的相对原子质量的表达式 ; 下列情况将使测定结果偏大的是 .(以下选择填空不限 1个正确答案 ,均用字母编号填写 ) (a)CuO未全部还原为 Cu (b)CuO受潮 (c)CuO中混有 Cu 4 第 7 页 (2)如果仍采用上述仪器装置 ,其他方案
17、可选用测定的物理量有 例 9用下列仪器、药品验证由铜和适量浓硝酸反应产生的气体中含 NO（仪器可选择使用，N2 和 O2 的用量可自由控制）。 已知： NO+NO2+2OH- 2NO2 +H2O气体液化温度： NO2 21 NO -152 试回答： （ 1）仪器的连接顺序（按左右连接，填各接口的编号）为 （ 2）反应前先通入 N2 目的是 （ 3）确认气体中含 NO 的现象是 （ 4）装置 F 的作用是 （ 5）如果 O2 过量，则装置 B 中发生反应的化学方程式为： 巩固练习 1工业制纯碱时，第一步是通过饱和食盐水、氨和二氧化碳反应，获得碳酸氢钠结晶，它的反应原理可以用下面的方程式表示： N
18、H3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl（饱和） =NaHCO3 +NH4Cl 以上反应的总结果是放热反应。请设计一个实验：用 最简单 的实 验装置模拟实现这一过程，获得碳酸氢钠结晶。可供选择的实验用品有： 6 mol L-1 盐酸， 6mol L-1 硫酸，浓氨水，氢氧化钠、消石灰、石灰石、氯化铵、食盐、蒸馏水和冰，以及中学化学实验常用仪器。 画出实验装置示意图（包括反应时容器中的物质），并用图中玻璃 容器 旁自 左 至右分别用A、 B、 C符号标明（请见题后说明） 请写出在图上用 A、 B、 C各玻璃容器中盛放物质的化学式或名称。 A： B： C： D： E： 利用在
19、本题所提供的实验用品，如何判断得到的产品是碳酸氢钠的结晶，而不是碳酸氢铵或食盐结晶。 答： 说明：本题装置示意图中的仪器可以用下面的方式表示。 敞口玻璃容器 有塞玻璃容器 玻璃漏斗 分液漏斗 玻璃导管 （但应标示出在液面上或液面下） 铁架台、石棉网、酒精灯、玻璃导管之间的联接胶管等，在示意图中不必画出。如需加热，在需加热的仪器下方，标 以“”表示。 第 8 页 2有下列实验装置 示意图中 A 是简易的氢气发生器， B 是大小适宜的圆底烧瓶， C 是装有干燥剂的 U 形管， a是旋转活塞， D 是装有还原铁粉的反应管， E 是装有酚酞试液的试管。 实验前先检查实验装置的气密性。实验开始时，先关闭
20、活塞 a，并取下烧瓶 B；向 A 中加入一定量浓度适当的盐酸，发生氢气，经必要的“操作” 见问题（ 2） 后，在导管的出口处点燃氢气，然后如图所示套上烧瓶 B，塞紧瓶塞，氢气在烧瓶中继续燃烧。用酒精灯加热反应管 D 中的还原铁粉，待 B 中氢气的火焰熄灭后，打开活塞 a，气体通过反应管 D 进入 试管 E 中，使酚酞试液呈红色。请回答下列问题。 实验前如何检查装置的气密性？ 点燃氢气 前 必须进行 操作，进行该操作的方法是 。 写出 B、 D 中分别发生的化学反应方程式： B 中： D 中： C 中所盛干燥剂的名称是 ；该干燥剂的作用是 。 3某课外活动小组加热炭粉（过量）和氧化铜的混合物，再
21、用下图装置，对获得的铜粉（含炭）样品进行实验。图中铁架台等装置已略去。请你帮助他们完成下列实验报告。（一）实验目的： _。 （二）实验用品：仪器：天平、分液漏斗、锥形瓶、硬玻璃管、干燥管、酒精灯、洗气瓶等 药品：红褐色铜粉（含炭）样品、过氧化氢溶液 、二氧化锰、碱石灰。浓硫酸等 （三）实验内容： 实验过程 实验现象 有关化学方程式 在 C 中加入样品标本 W 克， D中装入精品后并称量为 m 克。连接好仪器后，检查气密性 打开 A 的活塞，慢慢 添 加溶液。 对 G 进行加热。当 G 中药品充分反应后。关闭 A 的活塞。停止加热： 冷却后，称量 D 的质量为 m2 克。 第 9 页 （三） 计
22、算：样品中铜的质量分类 =_（用含 W、 m1、 m2 的代数式表示） （五）问题和讨论： 实验完成后，老师评议说：按上述实验设计，即使 G 中反应完全、 D 中吸收完全，也不会得出 正确的结果。经讨论，有同学提出在 B 与 G 之间加入一个装置。再次实验后，得到了较正确的结果。那么，原来实验所测得的钢的质量分数偏小的原因可能是 _-，在 B与 G之间加入的装置可以是 _，其中盛放的药品是 _。 4下图虚线框中的装置可用来检验浓硫酸与木炭粉的加热条件下反应产生的所有气体产物，填写下列空白： （ 1）如果装装置中、三部分仪器的连接顺序改为、，则可以检出的物质是 _； 不能检出的物质是 _。 （
23、2）如果将仪器的连接顺序变为、，则可以检出的物质是 _；不能检出的物质是 _。 （ 3）如果将仪器的连接顺序变为、，则可以检出的物质是 _；不能检出的物质是 _。 参考答案 例 1 (1)(E)(F)接 (D)(C)接 (A)(B)或 (B)(A)接 (J)(I)接 (H)(G) (2)黑色 CuO 变红、无水硫酸铜变蓝因为 H2 通过灼热的 CuO 后生成铜和水蒸气 ,水蒸气 使无水硫酸铜变蓝 例 2 第 10 页 冷凝 吸收未冷凝的气体 (2)溴蒸气会腐蚀橡皮塞和橡皮管 (3)答 :当气体被吸收时，液体上升到漏斗中 .由于漏斗的容积较大 ,导致烧杯中液面下降 ,使漏斗口脱离液面 ,漏斗中的
24、液体又流回烧杯中 ,从而防止了倒吸 . 例 3 方法 1 (1)2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2 Na2O+H2O=2NaOH (2) (3)(G)接 (A)(B)接 (F) 方法 2 (1)2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 Na2O+CO2=Na2CO3 (2) (3) (G)接 (D)(C) 接 (H)(I)或 (I)(H) 接 (J)(K) 或 (K)(J) 接 (A)(B) 接 (F) (方法2 全答对也只给部分分数 ) 例 4 (1)普通铁粉 (或铁粉 ),作为水蒸气发生器 (或用来产生水蒸气 );防止水倒吸 (或用作安全瓶 );氢气 (2)固体 NaOH(或碱石灰、 CaO 等碱性固体干燥剂 ); 6 摩 /升 HCl 注 :G 中如填写酸性干燥剂或液体干燥剂 ,则此空不给分 . (3)A、 B、 E (必须全对才给分 ,错、漏 1 个即不给分 ) (4)加快氢气产生的速度 (6)检验氢气的纯度；点燃氢气 例 5 (1) 或 (2)B 中的 反应进 行一段时 间后， 看到共绿 色气体充 满装置 ，再开 始 加热 D
