实验探究 仪器改造和一器多用

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2.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 。
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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)。
酸接触后发生如下反应：2Na2O2+2H2O H2SO4+2NaOH
Na2SO4+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
；
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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：KMnO4>Cl2>Br2，则
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。
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（3）要验证氧化性KMnO4>Cl2>Br2，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
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(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：
。
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（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。
浸入装有稀硫酸的烧杯中
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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）
（3）若烧瓶充满水，可收集的气体有
；此时气体由 干燥的气体是 ，这时气体由 口进入。 （4）若烧瓶内装入浓硫酸进行气体干燥，可用此装置
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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。
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（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。
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【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） ①Cl2 ②NH3 ③NO(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 。
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答案
（1）H2、H2S、CO2（任选两种）
（2）H2
2Al+2OH-+2H2O
2KI+Cl2
2AlO 2
+3H2↑
2KCl+I2、
（3）①防止溶液倒吸 ②溶液先变蓝后褪色
5Cl2+
I2+6H2O 2HIO3+10HCl（也可以只答溶液变蓝色， 5SO2+2H2O+2KMnO4 只写第一个方程式） ③高锰酸钾溶液的紫红色褪去 K2SO4+2MnSO4+2H2SO4
方程式
。
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(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 E后，C中的现象为 程式是 ； ③若A为浓硫酸（70%），B为Na2SO3,C为酸性KMnO4溶 ； ，反应的化学方 ②若A为浓盐酸，B为KMnO4，C为淀粉-KI溶液，旋开
筒Ⅰ中所接收的水的体积相等，此为CO2与O2的体积之
④溶液中产生淡黄色固体
2S↓+2H2O ⑤产生白色胶状沉淀
O2+2H2S
CO2+H2O+Na2SiO3
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⑥浓氨水
生石灰
硝酸银溶液和葡萄糖溶液 CH2OH(CHOH)4CHO+ CH2OH(CHOH)4COONH4+
试管壁上出现银镜 2Ag(NH3)2OH
水浴
2Ag↓+3NH3+H2O
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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 B
（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 NaBr溶液溶液变橙色 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
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3. 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。
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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
答案 (1)② (2)① (3)③ B (4)
①③
A
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（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。
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（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x mL水，量筒Ⅱ中收集到 y mL气体，则过氧化钠的纯度是 （上 述体积均已折算成标准状况）。
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解析
变质的Na2O2中可能含有碳酸钠，当样品与稀硫
4NaOH+O2↑、 Na2SO4+2H2O、H2SO4+Na2CO3
(
)
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。
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2. 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。
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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 ；
2AlO 2
+3H2↑。
（3）①防止溶液倒吸。②溶液先变蓝后褪色，2KI+ 2KCl+I2、5Cl2+I2+6H2O
③高锰酸钾溶液的紫红色褪去，5SO2+2H2O+2KMnO4
K2SO4+2MnSO4+2H2SO4。④溶液中产生淡黄色 固体，O2+2H2S 2S↓+2H2O。⑤产生白色胶状沉
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4.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）
。
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（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
①②③④⑤⑥)
1
2
以下装置也能随开随用:
3
2.尾气处理装置的改造
4
【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：
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(1)图①、图②、图③装置是基于什么物理原理设计 的 。
空气反应的气体如：CO2、SO2、NO2、Cl2、HCl等。
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（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）。
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2.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
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请填空： （1）Q内发生反应生成 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 “K3”，下同），打 （填“K1”、“K2”或 种气体，其中
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 。
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。
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1.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
可在A中加浓盐酸，B中加
加 观察到C中的现象 是 。 ，
，C中
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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。
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。
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3.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。
淀，CO2+H2O+Na2SiO3
Na2CO3+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)2OH
水浴
CH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O。
实验探究
一、“仪器改造”
—“仪器改造”与“一器多用”
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
百度文库
反应的化学方程式是
后，C中的现象为
方程式是
，反应的化学
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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-+2H2O Cl2 2HIO3+10HCl。
液，旋开E后，C中的现象为
反应的化学方程式是
，
。
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④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 ， 。 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 盛 ，B为 ，旋开E ，C中 ， 。