高三化學(xué)攻關(guān)三十六法之――實驗裝置的連接

實驗裝置的連接，多為考查學(xué)生的創(chuàng)新思維，若實驗中學(xué)生未見，則難度陡升。

●難點磁場

請試做下列題目，然后自我界定學(xué)習(xí)本篇是否需要。

為探究乙炔與溴的加成反應(yīng)，甲同學(xué)設(shè)計并進(jìn)行了如下實驗：先取一定量工業(yè)用電石與水反應(yīng)，將生成的氣體通入溴水中，發(fā)現(xiàn)溶液褪色，即證明乙炔與溴水發(fā)生了加成反應(yīng)。

乙同學(xué)發(fā)現(xiàn)在甲同學(xué)的實驗中，褪色后的溶液里有少許淡黃色渾濁，推測在制得的乙炔中還可能含有少量還原性的雜質(zhì)氣體，由此他提出必須先除去之，再與溴水反應(yīng)，請你回答下列問題：

(1)寫出甲同學(xué)實驗中兩個主要的化學(xué)方程式_____________________________，______________________________。

(2)甲同學(xué)設(shè)計的實驗________(填“能”或“不能”)驗證乙炔與溴發(fā)生加成反應(yīng)，其理由是____________(多選扣分)。

(a)使溴水褪色的反應(yīng)，未必是加成反應(yīng)

(b)使溴水褪色的反應(yīng)，就是加成反應(yīng)

(c)使溴水褪色的物質(zhì)，未必是乙炔

(d)使溴水褪色的物質(zhì)，就是乙炔

(3)乙同學(xué)推測此乙炔中必定含有的一種雜質(zhì)氣體是________，它與溴水反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________；在驗證過程中必須全部除去。

(4)請你選用下列四個裝置(可重復(fù)使用)來實現(xiàn)乙同學(xué)的實驗方案，將它們的編號填入方框，并寫出裝置內(nèi)所放的化學(xué)藥品。

圖45―1?

(5)為驗證這一反應(yīng)是加成而不是取代，丙同學(xué)提出可用pH試紙來測試反應(yīng)后溶液的酸性，理由是                                  。

●案例探究

[例題]將Cl₂用導(dǎo)管通入較濃的NaOH和H₂O₂的混合溶液中，在導(dǎo)管口與混合液的接觸處有閃爍的紅光出現(xiàn)。這是因為通入Cl₂后混合液中產(chǎn)生的ClO^－被H₂O₂還原，發(fā)生激烈反應(yīng)，產(chǎn)生能量較多的氧分子，它立即轉(zhuǎn)變?yōu)槠胀ǚ肿樱瑢⒍嘤嗟哪芰恳约t光放出。

進(jìn)行此實驗，所用的儀器及導(dǎo)管如圖45―2。

圖45―2

根據(jù)要求填寫下列空白：

(1)組裝氯氣發(fā)生器時，應(yīng)選用的儀器及導(dǎo)管(填寫圖中編號)是________。

(2)實驗進(jìn)行中，按氣流方向從左到右的順序，氣體流經(jīng)的各儀器及導(dǎo)管的編號依次是________。

(3)儀器①的橡皮塞上應(yīng)有________個孔，原因是__________________________。

(4)實驗時，儀器①中除觀察到紅光外還有________現(xiàn)象。

(5)實驗需用約10%H₂O₂溶液100 mL，現(xiàn)用市售30%(密度近似為1.0 g?cm^－3)H₂O₂來配制，其具體配制方法是______________________________________________________。

(6)實驗時儀器①中ClO^－與H₂O₂反應(yīng)的離子方程式是____________________________。

命題意圖：在給出新信息的前提下，要求組裝實驗儀器，配制指定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，根據(jù)題目給出的實驗主要現(xiàn)象與關(guān)鍵產(chǎn)物，推斷其他實驗現(xiàn)象，書寫離子方程式等。以此考查考生接受和處理新信息的能力，推理、想象能力，以及對某些基本知識和基本實驗技能的掌握情況。

知識依托：Cl₂、H₂O₂的性質(zhì)，化學(xué)實驗的基本知識。

錯解分析：未吃透題給信息，連錯實驗裝置；忽視O₂是氣體，或受“紅光”干擾，答錯實驗現(xiàn)象；搞不準(zhǔn)ClO^－氧化H₂O₂時本身被還原為Cl₂、還是Cl^－，寫錯離子方程式。

解題思路：在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，氯氣的實驗室制法是固液加熱的反應(yīng)，因此組裝發(fā)生器時應(yīng)選②③及導(dǎo)管。導(dǎo)管選④還是⑤要考慮整個實驗，注意圖中明確指出④和⑤都僅有一個，而在整個實驗裝置中，④要插入①，所以在組裝發(fā)生器時只能選導(dǎo)管⑤。在回答問題(2)時不要忽略兩個導(dǎo)管要用橡皮管連接，因此正確的回答是②⑤⑥④①。問題(3)要注意對于有氣體參加或生成的反應(yīng)的實驗裝置，一方面要考慮不漏氣，檢查氣密性(包括氣體的發(fā)生，直到氣體參加化學(xué)反應(yīng)之前的裝置部分都不應(yīng)漏氣)；另一方面也要考慮裝置的最后(指氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之后的裝置部分)，要與大氣相通，使多余的氣體或反應(yīng)產(chǎn)生的氣體能排出(即放空)，否則由于這些氣體不能排出，使得裝置內(nèi)壓力不斷增大會發(fā)生爆炸。因此①中橡皮塞上應(yīng)有2個(或2個以上)孔，以使瓶內(nèi)外壓強相等。由題可知，H₂O₂作還原劑時其氧化產(chǎn)物為O₂。盡管高能的O₂轉(zhuǎn)變成普通O₂，多余能量以光(紅光)形式放出，但O₂還是氣體，因而實驗時儀器①中除觀察到紅光外還可觀察到冒氣泡的現(xiàn)象。問題(5)中溶液配制是中學(xué)化學(xué)實驗中最基本操作之一。要注意題目要求具體配制方法，即要說清所取濃溶液的量，用什么量器量取，放入什么容器中，加入多少水稀釋和攪拌均勻等配制的全過程。問題(6)Cl₂與NaOH(aq)的反應(yīng)是中學(xué)生所熟悉的，又由試題給的信息可知，H₂O₂與ClO^－的反應(yīng)中產(chǎn)物是O₂，由此可推斷出強堿介質(zhì)中H₂O₂與ClO^－反應(yīng)，H₂O₂是還原劑，ClO^－是氧化劑，其產(chǎn)物只能是Cl^－，若為Cl₂則仍能與堿反應(yīng)產(chǎn)生ClO^－，直至全部變?yōu)镃l^－。

答案：(1)③②⑤

(2)②⑤⑥④①

(3)2，使瓶內(nèi)外壓強相等(寫出其他合理的與大氣相通的方法，如多孔也算對)

(4)冒氣泡

(5)用量筒取33(或34) mL 30% H₂O₂溶液加入燒杯中，再加入67(或66)mL水(或加水稀釋至100 mL)，攪拌均勻

(6)ClO^－＋H₂O₂====Cl^－＋O₂↑＋H₂O

●錦囊妙計

儀器的組裝可按下列順序而連接：

氣體發(fā)生裝置除雜裝置收集裝置(或性質(zhì)驗證裝置) 尾氣吸收裝置。

●殲滅難點訓(xùn)練

1.(★★★)為了測定乙醇的結(jié)構(gòu)式，有人設(shè)計了用無水酒精與鈉反應(yīng)的實驗裝置和測定氫氣體積的裝置進(jìn)行實驗�？晒┻x用的實驗儀器如圖45―3所示。

圖45―3

(1)現(xiàn)有純度為99.5%的乙醇，欲除去其中的水分，得純凈乙醇，下列措施合理的是________

A.蒸餾，收集第一餾分

B.加CuSO₄與H₂O結(jié)合，過濾，收集濾液

C.加CaO與H₂O反應(yīng)，過濾，收集濾液

D.加CaO與H₂O反應(yīng)，蒸餾，收集餾分

(2)預(yù)測反應(yīng)過程中可生成380 mL H₂，則合適的裝置連接順序是：________。

2.(★★★)請用下列裝置設(shè)計一個實驗，以測定SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的轉(zhuǎn)化率：

圖45―4

(1)這些裝置的連接順序(按氣體從左到右的方向)是________(填各接口的編號)。

(2)實驗時甲儀器的作用與原理是                                           。

3.(★★★★)某種堿式碳酸銅是綠色固體粉末，其組成可表示為Cu₂(OH)₂CO₃?xH₂O。在加熱的條件下，它在失去結(jié)晶水的同時發(fā)生分解，反應(yīng)方程式是：

Cu₂(OH)₂CO₃?xH₂O====2CuO＋CO₂↑＋(x＋1)H₂O

現(xiàn)取一定量該固體樣品，不準(zhǔn)確稱量其質(zhì)量，用兩套儀器裝置，先后進(jìn)行兩個實驗

實驗(Ⅰ)：測定該堿式碳酸銅粉末組成結(jié)晶水x的值；

實驗(Ⅱ)：用實驗(Ⅰ)結(jié)束后的殘留固體與乙醇蒸氣反應(yīng)，并檢驗反應(yīng)產(chǎn)物。

圖45―5

試回答下列問題

(1)現(xiàn)已裝配好如圖45―5所示一套儀器裝置(裝置中必要的鐵架臺、鐵夾、鐵圈、酒精燈、石棉網(wǎng)在圖中均已略去)，這套裝置是用來完成上述的實驗________的(填標(biāo)號)。

(2)用圖45―6所示的儀器(必要的鐵架臺、鐵夾、酒精燈均在圖中略去)組裝完成另一個實驗的實驗裝置。組裝時儀器按氣流方向從左到右連接順序是______________?________________。

在這套實驗裝置中，干燥管H的作用是________。

圖45―6

4.(★★★★★)請從圖45―7中選用必要的裝置進(jìn)行電解飽和食鹽水的實驗，要求測定產(chǎn)生的氫氣的體積(大于25 mL)，并檢驗氯氣的氧化性。

圖45―7

(1)A極發(fā)生的電極反應(yīng)式是____________________，B極發(fā)生的電極反應(yīng)式是______________________。

(2)電源、電流表，與A、B兩極的正確連接順序為：L (   )  (   )  (   ) (   ) M

(3)設(shè)計上述氣體實驗裝置時，各接口的正確連接順序是：

(   )接(   )、(   )接A、B接(   )、(   )接(   )

難點磁場

(1)CaC₂＋2H₂OCa(OH)₂＋H₂↑、CH≡CH＋Br₂CHBr=CHBr(或CH≡CH＋2Br₂CHBr₂―CHBr₂)

(2)不能  a、c

(3)H₂S    H₂S＋Br₂====2HBr＋S↓

(4)c(電石、水)b[CuSO₄(aq)] b[CuSO₄(aq)] b(溴水)

(5)若發(fā)生取代反應(yīng)，必定生成HBr，溶液酸性將會明顯增強，故可用pH試紙驗證。

殲滅難點訓(xùn)練

1.提示：(1)CuSO₄、CaO、Ca(OH)₂都能溶于乙醇(相似相溶原理)，不能過濾除凈。

(2)由于生成氣體體積大，所以選用D、E可造成較大誤差，不合適。

答案：(1)D    (2)AB

2.提示：Ⅰ中流出SO₂、O₂和少量H₂O(g)，先進(jìn)入Ⅴ中除去H₂O(g)，再進(jìn)入Ⅱ中合成SO₃，然后進(jìn)入Ⅳ冷凝SO₃，多余的氣體(含SO₂和O₂)進(jìn)入Ⅲ吸收尾氣。

答案：(1)ahibcfgd(e)

(2)使分液漏斗內(nèi)氣體的壓強不小于燒瓶內(nèi)氣體的壓強，便于濃H₂SO₄順利滴入燒瓶中

3.提示：確定x，應(yīng)收集CO₂、H₂O(g)，并測定其質(zhì)量，可由E、F、G、H裝置完成實驗(Ⅰ)。(Ⅰ)實驗殘留固體為CuO，與C₂H₅OH作用可產(chǎn)生CH₃CHO、H₂O，(Ⅱ)實驗生成物CH₃CHO和H₂O，可被冷凝在D中。

答案：(1)(Ⅱ)              (2)F        G     E     H     吸收空氣中的水和二氧化碳

4.提示：(1)根據(jù)電解池電極的不同，可知A極(Fe)為正極，電子流入，產(chǎn)生H₂；陽極產(chǎn)生Cl₂

(2)

(3)A前反接(收集產(chǎn)生的H₂)、B后順接(檢驗生成的Cl₂，并吸收尾氣)。

答案：(1)2H^＋＋2e^－====H₂↑     2Cl^－－2e^－====Cl₂↑

(2)A              B     J      K(或J     K     A     B)

(3)H              F     G     D     E     C