第2章 聚焦突破3 实验室中制取气体装置的设计-【优学精讲】2026-2027学年高中化学必修第一册教用Word（人教版 不定项）

本高中化学讲义聚焦实验室制取气体装置的设计，系统梳理从整体设计思维步骤、装置连接顺序，到发生装置（固+固、固+液、固/液+液类型）、净化干燥装置（液态/固态干燥剂）、收集装置（排水法、向上/下排空气法）及尾气处理装置的选择，构建完整知识支架。 该资料通过“发生-净化-收集-尾气处理”全流程设计，结合Cl₂制备安全规范、H₂O₂制O₂装置控制等实验案例，培养科学思维与科学探究能力，强调实验安全与环保责任。课中辅助教师实验教学，课后助力学生巩固装置选择与实验设计，有效查漏补缺。

实验室中制取气体装置的设计 一、制取气体装置的整体设计 1．设计制取气体装置的思维步骤 2．制取气体装置的连接顺序 →→→→ 二、制取气体装置的选择 1．常见气体的发生装置 类型 固＋固气体 固＋液―→气体 固(或液)＋液气体 发生装置 适用气体 O2等 H2、CO2等 Cl2等 2.常见气体的净化和干燥装置 (1)净化原则：不减少被净化气体的量，不引入新杂质，操作简便，易于分离。 (2)气体干燥装置 类型 液态干燥装置 固态干燥装置 装置 　 适用状态 盛液体干燥剂 盛固体干燥剂 常见干燥剂 浓硫酸(酸性、强氧化性) 无水氯化钙(中性)、碱石灰(碱性) 3.常见气体的收集装置 收集方法 收集装置 选择依据 排水法 适用于难溶于水且不与水反应的气体，如O2、H2等 向上排空气法 气体不与空气中的成分反应，且密度比空气的大，如CO2、Cl2等 向下排空气法 气体不与空气中的成分反应，且密度比空气的小，如H2、CH4等 4.尾气处理装置 (1)处理方法：一般根据气体的相关性质，使其转化为非气态物质或无毒物质，如酸性有毒气体用碱溶液吸收，可燃性气体用点燃等措施处理。 (2)常见装置(如图a、b、c) ①制取Cl2时，尾气处理可采用b装置。 ②制取CO时，尾气处理可采用a或c装置。 ③制取H2时，尾气处理可采用a或c装置。 【突破集训】 1．某同学在实验室进行Cl2制备实验。下列做法不符合实验室安全规范的是(　　) A．实验开始前，佩戴好护目镜 B．实验过程中，保持排风设备开启 C．检查并确认装置气密性后，按实验方案进行实验 D．实验结束后，将反应残余物倒入下水道 解析：选D。氯气是一种有毒气体，对眼睛和呼吸道有强烈刺激作用，佩戴护目镜可以在实验过程中保护眼睛，A正确；氯气的密度比空气的大，容易在低处积聚，吸入后对人体有害，开启排风设备可以及时排出泄漏的氯气，降低中毒风险，B正确；气密性检查是化学实验的基本要求，尤其是制备有毒气体时，可以防止气体泄漏引发安全事故，C正确；氯气制备实验的残余物可能含有未反应的氯气、盐酸或其他腐蚀性物质，直接倒入下水道会污染环境，腐蚀管道，甚至释放有毒气体，D错误。 2．下列制备气体的原理正确，并能用如下图所示装置(夹持仪器略)进行反应和气体收集的是(　　) A．MnO2与浓盐酸反应制取Cl2 B．H2O2与MnO2反应制取O2 C．石灰石与稀硫酸反应制取CO2 D．Cu与稀硫酸反应制取H2 解析：选B。MnO2与浓盐酸反应制取Cl2需要加热，且Cl2与水反应，不能用排水法收集Cl2，故A不选；H2O2与MnO2反应制取O2，不需要加热，且氧气难溶于水，可以用排水法收集，故B选；石灰石与稀硫酸反应生成的硫酸钙是微溶物质，会覆盖在石灰石表面，阻碍石灰石和稀硫酸的进一步反应，不能用于制取CO2，故C不选；Cu与稀硫酸不反应，不能制取H2，故D不选。 3．下图所示装置不能完成相应气体的发生和收集实验的是(加热、除杂和尾气处理装置任选)(　　) 选项 气体 试剂 A Cl2 KMnO4固体＋浓盐酸 B O2 KClO3固体＋MnO2固体 C H2 Zn粒＋稀硫酸 D CO2 CaCO3固体＋稀盐酸 答案：B 4．(2026·石家庄高一测试)下图是用于干燥、收集并吸收尾气的装置。下列方案正确的是(　　) 选项 X 收集气体 Y A 碱石灰 氯化氢 水 B 浓硫酸 氯化氢 氢氧化钠 C 碱石灰 氯气 水 D 无水氯化钙 氯气 氢氧化钠 解析：选D。氯化氢能与碱石灰反应，不能用碱石灰干燥，故A错误；浓硫酸为液体，不能盛放在球形干燥管中，故B错误；氯气能与碱石灰反应，不能用碱石灰干燥，且氯气在水中的溶解度较小，不能用水来吸收尾气，故C错误；氯气与无水氯化钙不反应，可以用无水氯化钙干燥，氯气能与氢氧化钠溶液反应，可用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气，防止污染空气，故D正确。 5．某化学小组同学利用一定浓度的H2O2溶液制备O2，该小组同学设计了如下图所示的气体发生装置(夹持装置省略)。 (1)甲装置中主要仪器的名称为________________________________。 (2)乙装置中，用黏合剂将MnO2制成团，放在多孔塑料片上，连接好装置，确认气密性良好后，打开活塞K1，经长颈漏斗向试管中缓慢加入3% H2O2溶液至__________________________。欲使反应停止，关闭活塞K1即可，此时可观察到的现象是___________________________________________________。 (3)丙装置可用于制备较多O2，催化剂铂丝可上下移动。制备过程中如果体系内压强过大，安全管中可观察到的现象是__________________________，此时可以将铂丝抽离H2O2溶液，还可以采取的安全措施是__________________________________________________________________。 (4)丙装置的特点是_____________(填字母)。 a．可以控制制备反应的开始和结束 b．可通过调节催化剂与液体接触的面积来控制反应速率 c．与乙装置相比，产物中的O2含量高、杂质种类少 解析：(1)根据仪器构造可知，甲装置中主要仪器的名称为分液漏斗和锥形瓶。(2)乙装置是启普发生器的简易装置，可以随时控制反应的发生和停止。用黏合剂将MnO2制成团，放在多孔塑料片上，连接好装置，确认气密性良好后，打开活塞K1，经长颈漏斗向试管中缓慢加入3% H2O2溶液至刚好没过MnO2固体，此时可以产生氧气，氧气通过导管导出。欲使反应停止，关闭活塞K1，此时由于气体还在产生，使试管内压强增大，可观察到试管内的H2O2溶液被压入长颈漏斗中，与MnO2分离。(3)丙装置用圆底烧瓶盛装H2O2溶液，可用于制备较多O2，催化剂铂丝可上下移动，可以控制反应速率。制备过程中如果体系内压强过大，H2O2溶液会被压入安全管中，可观察到安全管中液面上升，圆底烧瓶中液面下降。此时可以将铂丝抽离H2O2溶液，使反应速率减小，还可以打开弹簧夹K2，使烧瓶内压强降低。(4)催化剂铂丝可上下移动，可以控制制备反应的开始和结束，a正确；催化剂与液体接触的面积越大，反应速率越大，可通过调节催化剂与液体接触的面积来控制反应速率，b正确；丙装置用圆底烧瓶盛装H2O2溶液，与乙装置相比，可用于制备较多O2，但产物中的O2含量和杂质种类与乙装置中没有区别，c错误。 答案：(1)分液漏斗、锥形瓶 (2)刚好没过MnO2固体　试管内的H2O2溶液被压入长颈漏斗中，与MnO2分离 (3)液面上升　打开弹簧夹K2　(4)ab 6．(2026·孝感高一期末)二氧化氯(ClO2)是一种新型的环保饮用水消毒剂，某课题小组拟选择如下图所示部分装置制备并收集二氧化氯来探究其漂白性(装置不可重复使用)。 已知：①常温下，亚氯酸钠(NaClO2)与氯气反应的生成物之一为二氧化氯；②常温常压下，ClO2是一种易溶于水而难溶于有机溶剂的气体。 回答下列问题： (1)制备干燥、纯净的氯气：气体发生装置是_____________(填字母)，反应的离子方程式为__________________________________________。 (2)制备二氧化氯：导管口连接顺序为a→____________________→n→p→j。 (3)写出装置G中发生反应的化学方程式：_____________________________。 (4)装置E的作用是____________________________。 (5)ClO2还会与H2O2和NaOH的混合溶液反应，其产物之一是NaClO2，写出该反应的化学方程式：___________________________________________。 解析：(1)若用MnO2作氧化剂制备Cl2，该反应需要加热，则气体发生装置应选取装置A；若用KMnO4作氧化剂，该反应不需要加热，则气体发生装置应选取装置B。反应的离子方程式分别为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O、2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O。 (2)制备ClO2的过程：制备Cl2，用装置D除去Cl2中的HCl杂质，用装置C中的浓硫酸进行干燥，用装置G中的NaClO2与Cl2反应生成ClO2和NaCl，用装置E中的CCl4除去多余的Cl2，用装置F收集ClO2，用装置I吸收有毒尾气，装置I还起到防止空气中的水蒸气进入装置F中的作用。故导管口的连接顺序为a→z→m→x→y→b→c→r→s→n→p→j。 (3)装置G中制备ClO2，发生反应的化学方程式为Cl2＋2NaClO2===2ClO2＋2NaCl。 (4)装置E中的CCl4可吸收ClO2中的Cl2，起到净化ClO2的作用。 (5)由题意可知，反应物为ClO2、NaOH、H2O2，产物之一是NaClO2，根据氧化还原反应原理及原子守恒可知，其余的产物为O2、H2O，故该反应的化学方程式为2ClO2＋2NaOH＋H2O2===2NaClO2＋O2＋2H2O。 答案：(1)A(或B)　MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O(或2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O，与上一空对应) (2)z→m→x→y→b→c→r→s (3)Cl2＋2NaClO2===2ClO2＋2NaCl　(4)吸收二氧化氯中的氯气　(5)2ClO2＋2NaOH＋H2O2===2NaClO2＋O2＋2H2O 学科网（北京）股份有限公司 $