气体实验装置的设计

气体实验装置的设计【要点精讲】1.一般来说，物质的实验室制法（尤其是中学）所要求的条件大致为：反应尽可能快一些，反应条件尽可能简单，操作比较易行，尽量使制备的产物单一．．．．易于分离；而对反应物的成本、能耗，可以较少考虑，尽可能使用常用的仪器设备，如试管、烧瓶、烧杯等等。

反应较为安全或安全性可控。

2.气体制备实验操作的一般步骤：组装(从上到下、从左到右)→检验气密性→加入药品→排尽装置内的空气→验纯→性质实验或反应→拆除装置。

3.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O2氧化，并防止石灰水倒吸。

4.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。

【典例评析】例1.某研究性学习小组为探究Cu(OH)2受热分解产物及产物性质，设计如下实验。

（1）取0.98g Cu(OH)2固体加热，质量随温度变化的曲线如图1所示，产物A、B的化学式分别为和。

（2）取少量产物B加入足量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在，该反应的离子方程式为。

（3）为证明产物A在加热时能与NH3反应，某同学设计了如图Ⅱ(夹持装置未画出)所示实验装置。

①简述检查该装置气密性的方法。

②实验过程中观察到两个明显现象：i直玻璃管中固体由黑色变为红色；ii装置乙中固体由白色变为蓝色。

能证明产物A与NH3发生了反应的判断依据是 (填选项字母)。

a．只有i可以 b．只有ii可以 c．i或ii都可以解析：此题主要通过实验数据和现象探究产物成分，主要考查学生的分析问题能力和解决问题能力。

（1）很明显A是CuO，n(CuO) ＝0.80g/80g·mol－1＝0.01mol，由A到B失去氧的（0.80g－0.72g）/16g·mol－1＝0.005mol，0.72gB中含有0.01molCu和0.005molO，物质的量为：Cu和O的物质的量之比为2:1，所以B的化学式为Cu2O。

（2）该反应生成了Cu2+和Cu，故该反应的离子方程式为Cu2O＋2H+＝Cu2+＋Cu＋H2O。

（3）②由图1知CuO受热分解生成红色的Cu2O，所以现象i不能说明CuO加热时能与NH3反应；现象ii说明有水生成，从而说明加热时CuO能与NH3反应，故b正确。

答案（1）CuO Cu2O （2）Cu2O＋2H+＝Cu2+＋Cu＋H2O （3）如图连接装置，关闭分液漏斗旋塞，将末端导管浸入水中；用热毛巾捂住烧瓶底部，若导管口有气泡连续冒出，撤掉热毛巾，冷却至室温后导管内形成一段液柱且持续不落，则证明装置气密性良好b 例2.某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行试验（夹持仪器已略去）。

实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。

由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。

可选药品：浓硝酸、3mo/L稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳；已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应：2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O（1）实验应避免有害气体排放到空气中。

装置③、④、⑥中盛放的药品依次．．是（2）滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后（3）装置①中发生反应的化学方程式是（4）装置②的作用是，发生反应的化学方程式是（5）该小组得出的结论所依据的实验现象是（6）实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。

甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。

同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确。

这些方案中可行的是（选填序号字母）a.加热该绿色溶液，观察颜色变化b.加水稀释绿色溶液，观察颜色变化c.向该绿色溶液中通入氧气，观察颜色变化d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化。

解析：（1）装置⑥明显是避免有害气体排放到空气中的尾气吸收装置，氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应：2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O；⑥中盛放的药品是氢氧化钠溶液，装置①中产生的二氧化氮遇到水转化成一氧化氮，装置④中盛放的药品应该是浓硝酸，它将一氧化氮氧化成了二氧化氮，然后被氢氧化钠溶液吸收；装置⑤是排水法收集气体装置，二氧化氮不能用排水法收集，只有一氧化氮能用排水法收集，而稀硝酸不能氧化NO，装置③盛放的药品是稀硝酸。

（2）在装置系统内有还原性极强的一氧化氮，一氧化氮和氧气相遇会产生二氧化氮，在滴加浓硝酸之前检验装置的气密性的操作还必须具有排除空气中氧气的功效，从弹簧夹导入系统的气体一定不会和一氧化氮反应，选择二氧化碳气体，所以加入药品，打开弹簧夹后通入的气体CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中的导管末端伸入倒置的烧瓶内，烧瓶内有气泡产生。

（3）装置①中发生反应的化学方程式是Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

（4）装置②的作用是为探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱提供还原性物质NO，NO2转化为NO最简单的方法是NO2和水反应，发生反应的化学方程式是3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。

（5）该小组得出的结论所依据的实验现象是：装置③中液面上方气体仍为无色，稀硝酸不能氧化一氧化氮；装置④中液面上方气体有无色变为红棕色，浓硝酸将无色的一氧化氮氧化成了红棕色的二氧化氮。

（6）硝酸铜受热分解，加热该绿色溶液，观察颜色变化，如果绿色消失，支持甲同学观点；向该绿色溶液中通入氧气，观察颜色变化；4NO2+O2+2H2O=4HNO3,二氧化氮和氧气按体积比4比1合成硝酸，二氧化氮消失，绿色褪去只有蓝色支持乙同学观点；向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化，如果出现绿色，支持乙同学观点。

答案：（1）3mol·L-1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液；（2）通入CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中的导管末端伸入倒置的烧瓶内；（3）Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O（4）将NO2转化为NO，3NO2＋H2O=2HNO3＋NO；（5）装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体有无色变为红棕色；（6）acd【巩固训练】1．下图所示是用于气体制备、干燥(或除杂质)、性质验证、尾气处理的部分仪器装置(加热及夹持固定装置均已略去,各装置可以不用,但不可重复使用)。

请根据下列要求回答问题。

(1)若用A —D —B —E 组合进行探究氨气与氧化铜的反应,则分液漏斗中应加入的试剂是 ,E 装置的作用是 。

(2)为了进行氨的催化氧化实验,若锥形瓶中盛装足量的Na 2O 2粉末,分液漏斗中盛装浓氨水,慢慢打开分液漏斗的活塞,产生的气体通过红热的铂粉,各仪器装置按气流方向从左到右连接顺序是(填字母) ;装置B 中发生反应的化学方程式为 。

(3)若用A —C —D —B 组合进行氢气还原氧化铜实验。

分液漏斗中的试剂是盐酸,C 中试剂是水,其作用是 ;A 中反应开始后,加热B 之前的实验操作是 ,加热后B 中将观察到的现象是 。

2.某实验小组同学利用反应2CuO ＋2Cl 2=====△2CuCl 2＋O 2测定铜的近似相对原子质量，可供选择的装置如图所示。

方案一：通过测定反应物CuO 的质量m (CuO)和产物O 2的体积V (O 2)来测定铜的近似相对原子质量。

(1)按气流方向从左到右用胶管(图中未画出)将选择的仪器组合成一套实验装置，连接顺序如下(用导管口的序号填写)：a →( )( )→( )( )→( )( )→( )( )→b(2)装置B 是由干燥管和碱式滴定管改造而成的测量气体体积的装置，实验前滴定管液面最初的读数为V 1 L ，实验后恢复到室温，调节装置两侧液面相平后得到最终的读数为V 2 L ，则铜的近似相对原子质量的表达式为(设室温时气体摩尔体积为V m L·mol －1)________[用含m (CuO)、V 1、V 2、V m 的代数式表示]。

(3)若氧化铜中混有铜，则测定结果________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。

(4)装置E 在实验过程中的主要现象为______________。

方案二：利用A、D、E、F四套装置(尾气由其他装置处理)完成测定任务。

(5)你认为测定的物理量有________(写出一组)，按你测定的物理量，写出铜的近似相对原子质量的表达式：______。

3.某研究小组利用如图装置探究温度对CO还原Fe2O3的影响(固定装置略)。

(1)MgCO3的分解产物为。

(2)装置C的作用是,处理尾气的方法为。

(3)将研究小组分为两组,按如图装置进行对比实验,甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置D加热,反应产物均为黑色粉末(纯净物)。

两组分别用产物进行以下实验。

①乙组得到的黑色粉末是。

②甲组步骤1中反应的离子方程式为。

③乙组步骤4中,溶液变红的原因为;溶液褪色可能的原因及其验证方法为。

④从实验安全考虑,如图装置还可采取的改进措施是。

4. 实验室用浓盐酸与MnO2反应制Cl2，再用Cl2和Ca(OH)2反应制少量漂白粉，已知用Cl2和Ca(OH)2制漂白粉的反应是放热反应，温度稍高时发生副反应：6Cl2＋6Ca(OH)2===Ca(ClO3)2＋5CaCl2＋6H2O。

现有三位同学设计的三套装置如图所示(U形管中放有玻璃纤维，可使气体顺利通过)：(1)请对上述丙装置的优缺点进行评价：_____________________________________。

(2)请从甲、乙、丙各套装置中选取合理的部分，按气体从左至右的流向组成一套较合理的装置________(填各部分仪器的字母编号)。

(3)部分学生认为上述组装装置仍存在缺点，他们指出在前两个仪器之间应增加如图所示装置，你认为H洗气瓶中所盛液体是________，其作用是________________，若无此装置，对制漂白粉的不利影响是______________。