(新高考)高考化学一轮复习讲义第2章第9讲热点强化4仪器的组合与气体体积的测定(含解析)

热点强化4　仪器的组合与气体体积的测定

一、仪器的组合与创新应用

受条件限制为完成特定的实验目的，在掌握实验仪器常规使用方法的基础上，利用实验原理对仪器进行组合“一器多用”“多器同用”甚至革新显得十分重要。有关试题在综合实验装置判断题中十分常见，解答这类试题时，除了要知道所给仪器或装置的特点，还必须清楚实验的目的、发生反应的原理、生成物的性质、反应发生的条件、实验中有无杂质干扰、如何排除杂质干扰等。应用实例总结如下：

1．用途多变的广口瓶

回答下列问题：

(1)收集气体(如图A)，若用排空气法收集CO2，则应从________口进气；若瓶中装满饱和食盐水，从__________口进气收集Cl2；也可用A装置除去Cl2 中的少量HCl，则广口瓶中盛放________，应从________口进气。

答案　b　a　饱和食盐水　b

(2)装置E可用于贮存少量气体，若E中收集了少量H2，排出H2的方法是__________________。

答案　打开止水夹，向长颈漏斗中注入适量蒸馏水

(3)图中可用于测量气体体积的是________(填装置字母，下同)，用作安全瓶的是_________，接在气体连续制备的实验装置中间，用于控制气流平稳的装置是_______________。

答案　C　D　B

(4)用于监控气体流速(如图F)，广口瓶中盛有液体，从________端通入气体，根据液体中产生气泡的速率来监控通入气体的流速。

答案　a

2．干燥管的“一材多用”

3.化学实验安全的创新设计

(1)防倒吸装置的创新(以用水吸收氨气为例)

防倒吸原理

①肚容式：(上图中的发散源及Ⅰ和Ⅱ)

由于上部有一容积较大的空间，当水进入该部分时，烧杯(或试管)中液面显著下降而低于漏斗口(或导管口)，由于重力作用，液体又流回烧杯(或试管)中。

②接收式(上图中的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)

使用较大容积的容器将可能倒吸来的液体接收，防止进入前端装置(如气体收集装置等)。它与肚容式的主要区别是液体不再流回原容器。

③隔离式(上图中的Ⅵ、Ⅶ)

导管末端与液体吸收剂呈隔离状态，导管内压强不会减小，能起到防倒吸作用。

(2)防堵塞安全装置

(3)防污染安全装置

①实验室制取Cl2时，尾气的处理可采用b装置。

②制取CO时，尾气处理可采用a、c装置。

③制取H2时，尾气处理可采用a、c装置。

二、气体体积的测定

气体体积的测定既可通过测量气体排出的液体体积来确定(二者体积值相等)，也可直接测量收集的气体体积。

测量气体体积的常用方法：

(1)直接测量法。如图A、B、C、D、E均是直接测量气体体积的装置。

A装置测量前可先通过调整左右两管的高度使左管(有刻度)充满液体，且两管液面相平。

C装置则是直接将一种反应物置于倒置的漏斗中，另一反应物置于水槽中，二者反应产生的气体可以直接测量。

D装置用于测量混合气体中被吸收(或不被吸收)的气体的体积。读数时，球形容器和量气管液面相平，量气管内增加的水的体积等于被反应管吸收后剩余气体的体积。

解答该量气装置读数时的答题模板：

①将××××恢复至室温。

②调节×××与×××两端液面相平。

③视线与×××在同一水平线上。

E装置直接测量固液反应产生气体的体积，注意应恢复至室温后，读取注射器中气体的体积(一般适合滴加液体量比较少的气体体积的测量)。

(2)间接测量法。如F装置是通过测量气体排出的液体体积来确定气体体积。

1．已知HCl难溶于CCl4，则如下图所示装置中，不适宜用于HCl气体尾气吸收的是(　　)

答案　B

2．用如图所示装置进行下列实验，能达到实验目的的是(　　)

A．瓶中盛有适量浓硫酸，从A口进气来干燥NH3

B．从B口进气，用排空气法收集CO2

C．瓶中装满水，从B口进气，用排水法收集NO2

D．瓶中装满水，A口连接导管并伸入量筒中，从B口进气，用排水法测量生成H2的体积

答案　D

解析　A项，不能用浓硫酸干燥NH3；B项，用向上排空气法收集CO2时，应从A口进气；C项，NO2与H2O反应，不能用排水法收集；D项，H2难溶于水，从B口进入H2，能将瓶中水压入量筒中，进入量筒中水的体积即为H2的体积。

3．下列用如图装置(加热及夹持仪器已略去)进行的实验，不能达到相应实验目的的是(　　)

A．装置①中的a可用于吸收尾气中的Cl2，b可用于吸收气体时防倒吸

B．装置②可实现制取CO2实验中的“即关即止，即开即用”的作用

C．利用装置③制取SO2，并验证其还原性

D．利用装置④验证KHCO3和K2CO3的热稳定性，X中应放的物质是K2CO3

答案　D

解析　①中碱石灰可吸收Cl2，b常用于防倒吸，A项能达到实验目的；②关闭止水夹时，产生的CO2将盐酸压入左侧，大理石与盐酸分离，反应停止，打开止水夹时，CO2气体排出，压强减小，盐酸又流回右侧与大理石反应产生CO2，B项能达到实验目的；③中大试管中Cu与浓硫酸反应生成SO2气体，若小试管中酸性KMnO4溶液褪色，则证明SO2具有还原性，C项能达到实验目的；④中KHCO3受热不稳定，X中应放的物质是KHCO3，D项不能达到实验目的。

4．ClO2作为一种广谱型的消毒剂，将逐渐用来取代Cl2成为自来水的消毒剂。

已知ClO2是一种易溶于水而难溶于有机溶剂的气体，实验室制备ClO2的原理是用亚氯酸钠固体与氯气反应：2NaClO2＋Cl2===2ClO2＋2NaCl。

下图是实验室用于制备和收集一定量较纯净的ClO2的装置(某些夹持装置和垫持用品省略)。

其中F中盛有CCl4液体(用于除去ClO2中未反应的Cl2)。

解答下列有关仪器名称、连接、装置作用等相关问题：

(1)装置A中导管a的作用是______________________________________________________。

(2)装置B可用于暂时储存多余的氯气，实验完毕后，关闭活塞K，B中观察到的现象是_______________________________________________________________________________。

(3)装置C的作用是_______________________________，C中所盛试剂是________________。

(4)D、F都是洗气瓶，其中D的作用是___________________________________________。

(5)G为ClO2收集装置，应选用的装置是________(填序号)，其中与F装置导管相连的导管口是________(填字母)。

(6)装置H的作用是________________。

答案　(1)平衡气压，便于液体顺利滴下

(2)集气瓶中液面下降，长颈漏斗b中液面上升，瓶中气体呈黄绿色　(3)除去Cl2中混有的HCl，平衡气压，防止气压过大　饱和食盐水　(4)干燥Cl2　(5)②　q　(6)防倒吸

5．欲测定金属镁的相对原子质量，请利用下图给定的仪器组成一套实验装置(每个仪器只能使用一次，假设气体的体积可看作标准状况下的体积)。

填写下列各项(气流从左到右)：

(1)各种仪器连接的先后顺序是______接______、________接______、______接______、________接________(用小写字母表示)。

(2)连接好仪器后，要进行的操作有以下几步，其先后顺序是___________________(填序号)。

①待仪器B中的温度恢复至室温时，测得量筒C中水的体积为Va mL；

②擦掉镁条表面的氧化膜，将其置于天平上称量，得质量为m g，并将其投入试管B中的带孔隔板上；

③检查装置的气密性；

④旋开装置A上分液漏斗的活塞，使其中的水顺利流下，当镁完全溶解时再关闭这个活塞，这时A中共放入水 Vb mL。

(3)根据实验数据可算出金属镁的相对原子质量，其数学表达式为_____________________。

(4)若试管B的温度未冷却至室温，就读出量筒C中水的体积，这将会使所测定镁的相对原子质量数据________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

(5)仔细分析上述实验装置后，经讨论认为结果会有误差，于是又设计了如下图所示的实验装置。

①装置中导管a的作用是_________________________________________________________。

②实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V1 mL、V2 mL。则产生氢气的体积为________mL。

答案　(1)a　h　g　b　c　f　e　d  (2)③②④①　(3)　(4)偏小  (5)①平衡气压，使稀硫酸能顺利滴下；可以消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差　②V1－V2

解析　(1)根据实验目的及各装置的特点分析可知：利用装置A中的水压将E中稀盐酸压至B中，产生的气体通过将D中的水排入C中测量其体积，所以连接顺序为a→h→g→b→c→f→e→d。

(3)由题意知：

Mg　　　～　　　H2

M               22.4 L

m               (Va－Vb)×10－3 L

所以M＝。

(4)由于试管B未冷却至室温，会导致Va变大，所以使Mg的相对原子质量偏小。