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学科素养提升(三) 用模块化思维破解制备类实验装置[来源:Z_xx_k.Com]
授课提示:对应学生用书第106页
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1.实验装置模块化
气体制备实验自左至右可能涉及的模块:气体发生装置→除杂装置→干燥装置→收集装置→(尾气处理装置)[来源:学§科§网]
有气体参与的制备实验自左至右可能涉及的模块:气体发生装置→除杂装置→干燥装置→目标产物制备装置→(防干扰装置)→(除杂装置)→(收集装置)→(防干扰装置)→(尾气处理装置)
2.实验中的潜规则
潜规则1:在有气体参与的制备实验中,如果题中涉及的是中学常见气体,且题目中没有明确指出用哪种方法制取,要结合题中装置,优先选用课本上提供的制备方法。
附:常见气体的制备方法。
制氧气:①2KClO32KCl+3O2↑
②2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑
③2H2O22H2O+O2↑
制氢气:①Zn+H2SO4(稀)===ZnSO4+H2↑;②Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑
制氨气:①2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O;②NH3·H2O+CaO===NH3↑+Ca(OH)2
制CO2:CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O
制氯气:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
制SO2:①Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O;②Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
制NO2:Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
制NO:3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
制乙烯:CH3CH2OHCH2===CH2↑+H2O
潜规则2:制备类实验对除杂问题要求比较严格,气体进入目标产物制备装置前,那些与反应无关的气体一般都要除掉。
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1.气体发生装置
(1)“固(或液)+液”不加热装置[来源:学科网ZXXK]
装置①反应液一次性通过长颈漏斗加入,不能对反应进行有效控制;装置②可通过夹紧夹子,使反应停止,打开夹子使反应又进行,使反应得到控制;装置③和④可通过分液漏斗控制反应液的滴加速度,从而控制反应速率;装置⑤夹紧夹子或将干燥管提起脱离反应液,从而控制反应进行。
(2)“固(或液)+液”加热装置
装置①为中学课本上提供的“固(或液)+液”加热装置,根据反应的需要,可开发出后面5种常用的改良装置。
装置②可通过分液漏斗滴加反应液,从而控制反应速率;装置③可通过温度计,控制反应温度,减少副反应的发生;装置④采用水浴(或油浴)加热,使反应装置受热均匀,便于控制温度;装置⑤用导气管g将分液漏斗上口和圆底烧瓶相连,使分液漏斗内压强和圆底烧瓶内压强相等,便于液体顺利滴下;装置⑥常用于有机物的制备,使用恒压滴液漏斗,便于液体顺利滴下,使用球形冷凝管,可使易挥发的有机物冷凝回流,提高反应物的利用率。
(3)“固+固”加热装置
如装置①所示,绝大多数情况下,“固+固”加热装置的试管口要略向下倾斜,防止固体中存在的水分(受热形成水蒸气)或反应生成的水蒸气在试管口冷凝为液态水,倒流回到试管底部,使试管炸裂。但少数固体在加热过程中会熔化为液体,这种情况下就需要试管口略向上倾斜了,如装置②所示。
2.除杂装置
装置①被称为“洗气瓶”,“洗气瓶”盛放的是溶液或液体除杂试剂,气体的进入方向为“长导气管一端进气,短导气管一端出气”,除杂试剂不能影响预保留的气体,如除去氢气中的氯化氢气体可选择NaOH溶液,除去氯气中的氯化氢气体可选用饱和食盐水,除去二氧化碳中的氯化氢可选择饱和碳酸氢钠溶液,除去乙烯中的CO2和SO2可选用NaOH溶液。
装置②干燥管和装置③U形管中盛放的都是固体除杂试剂;当气体杂质与固体除杂试剂常温下能反应时,可选用此类装置。
装置④玻璃管中盛放的也是固体除杂试剂,当气体杂质与固体除杂试剂需要在加热条件下才能反应时,可选用此装置。如除去氮气中的氧气可选用铜粉。
3.干燥装置
用干燥剂除去少量水分的方法叫干燥,常用的干燥剂有三类:酸性干燥剂、中性干燥剂、碱性干燥剂。
酸性干燥剂浓硫酸可干燥N2、O2、H2、CO、CO2、SO2等常见气体,不能干燥NH3以及还原性气体H2S、HI、HBr等。
中性干燥剂无水CaCl2可干燥绝大多数气体,但不能干燥NH3。
碱性干燥剂碱石灰能干燥N2、O2、H2、NH3等气体。
干燥剂浓硫酸常用装置①盛放,无水CaCl2、碱石灰常用装置②或装置③盛放。
4.目标产物制备装置
根据反应物的状态以及反应条件的不同,选择不同类型的装置。
装置①常用于气体和固体加热反应,装置②常用于气体和溶液反应。
5.收集装置
(1)常见排空气收集装置
装置①是经典向下排空气法收集气体的装置,用来收集密度比空气小的气体,装置