―仪器改造与一器多用

1实验探究—“仪器改造”与“一器多用”一、“仪器改造”在掌握实验仪器常规使用方法的基础上，能利用实验原理对仪器进行革新，下面的几种仪器或装置均进行了改造。1.符合启普发生器原理的制气装置用启普发生器制取气体的好处在于可以随开随用，随关随停。在没有启普发生器的情况下，可以设计一些简易装置代替启普发生器使用。实验装置图：(见图①②③④⑤⑥)23以下装置也能随开随用:42.尾气处理装置的改造5【实验探究1】实验室制取H2、CO2、H2S等气体,往往都用启普发生器。它有开后即制气、关闭即停止的便利，其不足之处在于体积大，浪费药品，制作工艺水平高，价格较贵。某课外兴趣小组的同学设计了以下几种简易的装置：6(1)图①、图②、图③装置是基于什么物理原理设计的。7(2)图④装置与图①、图②、图③有很大不同。如果用FeS固体与稀硫酸，用图④装置来制取H2S，请简述操作步骤：。8（3）如果利用图⑤装置制取一定量的H2，其操作过程是。解析为达到四个“随”的要求（随用随制，随关随停），组装仪器的关键是要让固体时而接触液体、时而又和液体分离。仔细观察后，发现图①、图②、图③都与启普发生器的功能类似，图④则换了一种思路，也是利用了实验的操作方法来实现随用随制,随关随停。9答案（1）连通器原理(2)在锥形瓶中注入适量的稀硫酸，把FeS固体装入多孔袋中，用高强度的化纤扎紧袋口，并系好铜丝，将多孔袋悬空，按图示装置放好，打开活塞，塞好橡皮塞，放松铜丝，让袋浸没在稀硫酸中，若要停止反应，抽提铜丝，便可将装有FeS的袋子脱离稀硫酸而终止反应（3）打开活塞把装有锌粒的干燥管浸入装有稀硫酸的烧杯中10二、“一器多用”“一器多用”是根据同一种仪器或同一套装置用途的多样性，从中选择满足实验设计要求的某种用途来组装仪器并完成实验。学生掌握“一器多用”在灵活应用实验仪器的过程中提高学生的实践动手能力，培养创新能力。下面两个例子希望能起到抛砖引玉的作用。（一）广口瓶（如图1所示）广口瓶主要有以下几个用途，同时注意不同用途中，导气管的长短不同。111.若气体长管进短管出（1）可作洗气瓶①装NaOH溶液：可除去CO2、SO2、NO2、HCl等酸性气体。②装浓H2SO4：可除去水蒸气，起干燥作用。（2）可作气体的验证器如装品红溶液：可验证SO2。（3）作气体收集装置不装任何试剂：可作排空气法收集密度比空气大且不与空气反应的气体如：CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等。12（4）用于监控气体通入的速率例如：给病人输氧气时，可在广口瓶中加入少量水，从b端通入氧气，a端接入呼吸罩，则可从广口瓶中气泡的速率来监控所通氧气的速率（如图2）。132.若气体短管进长管出（1）作气体收集装置①装水：可作排水法收集难溶于水的气体，如H2、CH4、CO、N2、NO、C2H4、O2；②装饱和食盐水可收集Cl2;③不装任何试剂：可作排空气法收集密度比空气小且不与空气反应的气体，如H2、CH4、NH3。（2）用作防倒吸装置14（3）用作量气装置瓶内盛满水（也可不盛满）：如图3所示，气体从a端进，水从b端出。用量筒测排出水的体积，则为该温度、压强下所产生的气体体积。若气体能溶于水，可在瓶内水面上加一层油。15【实验探究2】利用下图所示装置收集或干燥以下三种气体。（图中烧瓶的位置不得变化）①Cl2②NH3③NO(答案均填序号)（1）若烧瓶是干燥的，则由B口进气可收集的气体有。（2）若烧瓶是干燥的，则由A口进气可收集的气体有。（3）若烧瓶充满水，可收集的气体有；此时气体由口进入。（4）若烧瓶内装入浓硫酸进行气体干燥，可用此装置干燥的气体是，这时气体由口进入。16解析排空气法收集的气体不能与空气反应；由B进气收集气体密度小于空气的，由A进气收集气体密度大于空气的；排水法收集的气体不能与水反应;干燥气体时气体必须经过干燥剂，且不与干燥剂反应。答案(1)②(2)①(3)③B(4)①③A17（二）干燥管干燥管最常规用途——干燥、除杂、定性。当然干燥管除了起定性、干燥、除杂的作用外，还有定量分析之用，通过称量干燥管在吸收气体前后的质量，可计算出气体的质量，从而进行有关计算。1.尾气吸收装置——防倒吸装置，如图4所示用水吸收HCl或NH3。182.组装简易启普发生器如在没有现成的CO2气体发生器的情况下，请选用以下部分仪器，装配成一个简易、能随开随用、随关随停的CO2气体发生装置。应选用的仪器是。19分析题目要求装配成一个能随开随用、随关随停的装置，自然想到启普发生器符合该要求。再分析启普发生器的三个组成部分是球形漏斗、容器和导气管(随开关)。启普发生器随关随停的原理：关闭活塞后反应生成的气体把反应液压出球形漏斗，使两反应物脱离接触从而停止反应。因此可从题给仪器中选择c、d、e组装成与启普发生器具有相同原理的装置如图5所示，再用铁架台、铁夹把e固定即可。203.用干燥管进行氢气的爆鸣实验。如图6所示用大头针将一绿豆大小的金属钠固定在橡胶塞上，然后塞入干燥管的大口，将干燥管放入水中收集H2，并进行爆鸣实验。214.利用干燥管收集乙酸乙酯，并把干燥管当作分液漏斗使用，如图7所示。【实验探究3】（1）某学生用实验室常见的酸、碱、盐和金属作为反应物，并利用一个底部有小孔的试管和一个广口瓶组装成如图1所示的气体简易发生器，该装置中装有铜丝网隔板，利用该装置可制取的气体（写两种）。22（2）若将铜丝隔板改为铁丝隔板，则该装置可用于制取何种气体？，写出反应的离子方程式。23(3)用如图2所示（夹持仪器省略）的装置进行实验，将液体A逐滴加入到固体B中，回答下列问题：①图2中D装置在实验中的作用是；②若A为浓盐酸，B为KMnO4，C为淀粉-KI溶液，旋开E后，C中的现象为，反应的化学方程式是；③若A为浓硫酸（70%），B为Na2SO3,C为酸性KMnO4溶液，旋开E后，C中的现象为，反应的化学方程式是。24④若A为30%H2O2溶液，B为MnO2,C为H2S饱和溶液，旋开E后，C中的现象为，反应的化学方程式是。⑤若A为稀盐酸，B为大理石，C为Na2SiO3溶液，旋开E后，C中的现象为，反应的化学方程式是。⑥图2所示装置有多种用途，请举例（除题中之外）：A为，B为，C中盛，旋开E后，C中的现象为，反应的化学方程式是。25解析（1）因为铜丝不与稀盐酸、稀H2SO4等非氧化性酸反应，所以该装置相当于启普发生器，可用来制取H2、H2S、CO2等。（2）把铜丝改成铁丝，就不能使用酸液，因为酸会与铁丝反应，应选用碱液来制取气体，该气体为H2。反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2AlO+3H2↑。（3）①防止溶液倒吸。②溶液先变蓝后褪色，2KI+Cl22KCl+I2、5Cl2+I2+6H2O2HIO3+10HCl。③高锰酸钾溶液的紫红色褪去，5SO2+2H2O+2KMnO4K2SO4+2MnSO4+2H2SO4。④溶液中产生淡黄色固体，O2+2H2S2S↓+2H2O。⑤产生白色胶状沉226淀，CO2+H2O+Na2SiO3Na2CO3+H2SiO3↓。⑥若A为浓氨水，B为生石灰，C中盛硝酸银溶液和葡萄糖溶液，C中的现象是试管壁上出现银镜，反应的化学方程式为：CH2OH（CHOH）4CHO+2Ag(NH3)2OHCH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O。水浴27答案（1）H2、H2S、CO2（任选两种）（2）H22Al+2OH-+2H2O2AlO+3H2↑（3）①防止溶液倒吸②溶液先变蓝后褪色2KI+Cl22KCl+I2、5Cl2+I2+6H2O2HIO3+10HCl（也可以只答溶液变蓝色，只写第一个方程式）③高锰酸钾溶液的紫红色褪去5SO2+2H2O+2KMnO4K2SO4+2MnSO4+2H2SO4④溶液中产生淡黄色固体O2+2H2S2S↓+2H2O⑤产生白色胶状沉淀CO2+H2O+Na2SiO3Na2CO3+H2SiO3↓228⑥浓氨水生石灰硝酸银溶液和葡萄糖溶液试管壁上出现银镜CH2OH(CHOH)4CHO+2Ag(NH3)2OHCH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O水浴29迁移应用1.以下气体发生装置中，不易控制反应产生气体的量的是()解析C、D三项中装置类似于启普发生器，可通过活塞的开关调节反应器的压强，控制反应与否，来控制产生气体的量。B302.某兴趣小组同学共同设置了如下图所示的实验装置，既可用于制取气体，又可用于验证物质的性质。31请回答下列问题：（1）利用装置Ⅰ制取气体，生成气体的反应应具备的条件是；（2）利用装置Ⅰ、Ⅱ制取气体（K2关闭，K1打开）。甲同学认为：利用装置Ⅱ可以收集H2、NH3等气体，但不能收集O2和NO等气体，其理由是；32乙同学认为：对装置Ⅱ做简易改进（不改变仪器装置），也可收集O2和NO等，但不能收集NO2，改进的方法是，对装置Ⅱ再做简易改进（不改变仪器装置），也可收集NO2，改进的方法是；（3）利用装置Ⅰ、Ⅲ验证物质的性质（K2打开，K1关闭）。如果设计实验证明氧化性：KMnO4Cl2Br2，则可在A中加浓盐酸，B中加，C中加，观察到C中的现象是。33解析（1）装置Ⅰ是一个固-液或液-液混合不加热制备气体的装置。（2）这套装置是利用排空气法来收集气体的，由于是短管进气，故可用于收集密度比空气小的气体，如H2、NH3等，而O2密度比空气大，NO密度与空气接近且又易与空气中的O2反应，故不能用它来收集。只要在装置Ⅱ中加满水，利用排水法就可以收集O2、NO等气体，而由于NO2可以和水反应，故不可以用它来收集。如果在装置Ⅱ中加满CCl4等有机溶剂，就可以用排有机溶剂法收集NO2。34（3）要验证氧化性KMnO4Cl2Br2，可利用氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性的原理，在A中放浓盐酸，B中加入KMnO4，二者反应产生Cl2,在C中加入NaBr溶液，可观察到C中溶液由无色变橙色。答案（1）固+液反应或液+液反应，反应不需要加热（2）O2的密度大于空气的密度，NO密度与空气接近且能与空气中的O2反应生成NO2在装置Ⅱ中加满水在装置Ⅱ中加满CCl4等有机溶剂（3）KMnO4固体NaBr溶液溶液变橙色353.为了测定已部分变质的过氧化钠样品的纯度，设计如下图所示的实验装置，图中Q为弹性良好的气球，称取一定量的样品放入其中，按图安装好仪器，打开漏斗的活塞，将稀硫酸滴入气球中。36请填空：（1）Q内发生反应生成种气体，其中的反应有个氧化还原反应。（2）为测出反应时生成气体的总体积，滴稀H2SO4前必须关闭（填“K1”、“K2”或“K3”，下同），打开。（3）当上述反应停止时，将K1、K2、K3处于关闭状态，然后先打开K2，再缓缓打开K1，这时可观察到的现象是。（4）导管a的作用是。37（5）b中装的固体试剂是，为何要缓缓打开K1？。（6）实验结束时，量筒Ⅰ中有xmL水，量筒Ⅱ中收集到ymL气体，则过氧化钠的纯度是（上述体积均已折算成标准状况）。38解析变质的Na2O2中可能含有碳酸钠，当样品与稀硫酸接触后发生如下反应：2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑、H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O、H2SO4+Na2CO3Na2SO4+CO2↑+H2O,因而Q内产生O2与CO2两种气体，其中有一个反应属于氧化还原反应。测定Na2O2的纯度，可通过直接测定CO2和O2的体积换算求出，问题的焦点在于如何测定CO2和O2的体积。当把H2SO4加入气球前，关闭K1和K2，打开K3，反应结束时气球膨胀的体积与量筒Ⅰ中所接收的水的体积相等，此为CO2与O2的体积之和；待气球中反应完全，关闭K3，打开K2，再缓缓打开K1，此时气球渐瘪，气体通过分液漏斗再经干燥管b进39入量筒Ⅱ，CO2被干燥管中的吸收剂吸收，量筒Ⅱ中排出水的体积即为O2的体积，由题意可知，CO2和O2的体积为xmL，O2的体积为ymL，故CO2的体积为(x-y)mL，可知Na2O2与Na2CO3的物质的量之比为2y∶(x-y),Na2O2的纯度为w(Na2O2)=答案（1）21（2）