有关实验装置图的选择题归类例析

边永平

(河北省丰宁满族自治县第一中学,河北 承德 068350)

化学是一门是以实验为基础的自然科学,研究物质及其变化规律,进行科学探究,常常要开展化学实验.高考命题中常常出现有关实验装置图的选择题,主要考查基本实验操作知识、实验安全意识等,并进一步考查学生的科学探究与创新意识、科学精神与社会责任等学科核心素养.本文对有关实验装置图的考题进行归类分析,供复习时参考.

1 常用化学仪器的识别与使用

对常用化学实验仪器能够识别和正确使用,是学习化学的必备实验技能,是为以后继续学习和深造,以及从事科学研究打下坚实基础的必修课.

例题1能完成表1中所列相关实验选择的仪器正确的是( ).

表1 实验装置的选择

解析配制一定物质的量浓度的溶液需要使用容量瓶,不能在量筒中进行溶解或稀释,即A项错误;因Cl2在饱和食盐水中的溶解度小,可以用饱和食盐水除去Cl2中混有的HCl杂质,即B项正确;球形冷凝管在使用时要保持直立状态,若倾斜放置要用直形冷凝管,即C项错误;碳酸钠易水解使溶液呈碱性,能腐蚀磨口玻璃塞,即D项错误.

答案为B.

2 仪器的创新应用

对实验仪器进行创新应用,是最高级的思维品质即思维创新性的体现.在常规实验仪器及操作基础上加以创新考查,已经成为新形式下高考命题的必然趋势,同时也是考查考生科学探究和创新意识的重要手段.

例题2 图1所示方法不能完成相应实验的是( ).

图1 实验装置图

解析实验室常用加热氯化铵和氢氧化钙的混合物制氨,由于氨密度比空气小,可用向下排空气法收集,试管口放一团棉花是为了防止氨和空气对流,使收集到的氨更纯,则A项正确;SiO2受热不分解,也不易挥发,NH4Cl受热分解生成HCl和NH3气体,HCl和NH3气体遇冷重新生成NH4Cl,附在圆底烧瓶下方,从而实现SiO2和NH4Cl的分离,即B项正确;无水硫酸铜遇水变蓝,因草酸中含有氢元素,草酸受热分解也会产生水,则硫酸铜变蓝不能说明草酸中含结晶水,故C项错误;Na2CO3受热不易分解,而NaHCO3受热易分解生成Na2CO3、H2O和CO2,所以要比较二者的热稳定性,应该将碳酸钠放在大试管中、碳酸氢钠放在小试管中,因小试管内温度低,这样设计才更有说服力,即D项正确.

答案为C.

3 实验安全问题

实验操作安全问题不容小觑,近年来频频发生有关实验操作不当导致的安全事故.在化学实验中,常常涉及到有毒物质、易燃易爆药品的使用及贮存问题,实验操作中要将安全问题置于首位,做到六防(防炸裂、防倒吸、防堵塞、防爆炸、防火灾、防污染).

例题3表2所列相应的实验操作和设计错误的是( ).

解析闻有毒气体或未知气体气味的正确方法是:用手在瓶口轻轻扇动,使少量气体飘进鼻孔,切不可凑到容器口去闻气体的气味!即A项正确;安全瓶能起到防止液体倒吸的作用,进气管和出气管在瓶内部分都要较短,即B项正确;因氨易和硫酸反应,若将氨直接通入浓硫酸中则易发生倒吸,由于氨不溶于四氯化碳,则图中设计可以避免发生倒吸,即C项正确;将其它液体和浓硫酸混合时,要注意将浓硫酸沿着烧杯壁缓缓倒入其它液体中,并不断搅拌,以使热量及时散失,即D项错误.

答案为D.

4 物质的分离和提纯

物质的分离是根据混合物中各组分的理化性质的差异,通过一定的物理或化学变化将混合物中各组分加以分离.物质的提纯则是根据主要成分和杂质的理化性质不同,将杂质除去的过程.物质的分离要求分开后得到各种纯净物,提纯则有四个要求,即:不增、不减、易分、易复原.加入除杂试剂要注意试剂的加入顺序和用量.

例题4对图2所示实验操作和仪器选择的描述正确的是( ).

图2 实验操作和仪器

A．用图①装置除去NaCl溶液中的泥砂

B．用图②装置分液得到用乙醇提取碘水中的碘

C．用图③装置进行乙醇和水的分离

D．用装置④蒸干SnCl2溶液制备SnCl2晶体

解析由于泥砂难溶于水,可以用过滤法除去NaCl溶液中的泥砂,即A项正确;萃取操作中,选取的萃取剂不能和原溶剂互溶,乙醇与水互溶,乙醇不能作碘水的萃取剂,可选用四氯化碳或苯等,即B项错误;乙醇与水的沸点虽然相差较大,但是由于二者能形成恒沸混合物,只采用蒸馏的方法达不到分离的目的,故不可以用图③所示装置分离乙醇水溶液,即C项错误;Sn2+易水解且易被空气中的氧气氧化,应在蒸干溶液过程中通入保护气,另外应该选用蒸发皿不能用烧杯,即D项错误.

答案为A.

5 物质的检验

物质的检验,常根据物质的颜色、溶解性、化学性质等进行,要注意排除已检出的物质对未知物的干扰.另外在操作中要注意不准原瓶操作,以防污染.

例题5图3所示装置表示在隔绝空气时,将硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]加热至500℃,使其分解,得到的固体产物中可能有FeO、Fe2O3和Fe3O4,气体产物可能有NH3、N2、H2O、SO3和SO2).下列有关描述正确的是( ).

图3 硫酸亚铁铵热分解

A．装置②的作用是检验水蒸气的存在,加入的试剂X为碱石灰

B．装置③的作用是检验SO3的存在,并将SO3和NH3除去

C．反应后取装置①中少量固体,加入稀硫酸,再滴入KSCN溶液,如果溶液变血红色,说明加热后得到的固体中含有Fe2O3

D．装置④的作用是气态产物中有SO2,装置⑤的作用是收集产的NH3和N2

解析当混合气中含有水蒸气时,一般要先检验水蒸气,则装置②的作用是检验水蒸气的存在,常用无水硫酸铜检验水蒸气,即A项错误;由于SO2不与BaCl2溶液反应,SO3能与BaCl2溶液反应,产生白色沉淀,同时装置③中足量的HCl也可以促使SO2逸出,同时将NH3吸收,即B项正确;反应后取装置①中少量固体,加入稀硫酸,再滴入KSCN溶液,如果溶液变血红色,说明有Fe3+存在,但不一定说明产生的固体中一定存在Fe2O3,也可能含有Fe3O4,即C项错误;由于氨极易溶于水,不能用排水法收集,即D项错误.

答案为B.

6 物质的制备

气体物质的制备实验流程一般为:发生装置→净化装置→干燥装置→收集装置→尾气吸收装置.制备在空气中易吸水、潮解以及易发生水解的物质,常常需要在装置中安装防止水蒸气进入的干燥装置.要注意实验操作顺序.

例题6氯化铝常作净水剂.图4所示是某学生设计的制备氯化铝的装置,已知氯化铝易升华,遇水容易发生水解.下列有关描述不正确的是( ).

图4 制备氯化铝

A．按气流流动方向,各装置的连接顺序为a→c→b→d

B．先在装置a中制出Cl2,当d中硬质玻璃管中充满黄绿色气体时,再点燃酒精灯

C．d中球形干燥管内放有P2O5或CaCl2,可以防止水蒸气进入装置

D．需要结束反应时,可以将分液漏斗的活塞关闭

解析制得氯气后,应先通入饱和食盐水中除HCl后再干燥,即A项正确;通入氯气,排尽装置内的空气,防止氧气与铝反应,当发现硬质试管内充满黄绿色气体时,表明空气已排尽,此时点燃酒精灯,加热铝粉,即B项正确;试剂R的作用是吸收未反应的Cl2,防止污染,同时防止空气中的水蒸气进入,但P2O5或CaCl2只能吸收水蒸气,不能吸收Cl2,故C项错误;关闭分液漏斗的活塞,停止加入浓盐酸,a中反应会停止,即D项正确.

答案为C.

7 物质性质的探究

在学习中发现和提出有价值的问题,通过实验加以探究.确定实验目的,设计实验方案,要注意实验方案设计的科学性、安全性、简约性、可行性,以及绿色环保.

例题7 为探究FeSO4的分解反应,设计如图5所示的实验装置,打开弹簧夹K1和K2,先向装置中通入一段时间N2,再给反应管A加热,反应后A中出现红色粉末,C中出现白色沉淀,D中溶液褪色,检测尾气吸收装置出口处未发现有O2产生.下列有关叙述不正确的是( ).

图5 FeSO4的分解

A．吸收多余的SO2气体可以用NaOH溶液

B．装置A中出现的红色粉末可能是三氧化二铁

C．装置C的作用是检验SO3,可以将BaCl2溶液更换成Ba(NO3)2溶液

D．该分解反应中氧化产物和还原产物质量之比为5∶2

Fe2O3为氧化产物,SO2为还原产物,二者质量之比为5∶2,即D项正确.

答案为C.

8 模拟工业生产流程

在实验中模拟工业生产流程,根据实验目的、各步反应的特点选择组装实验仪器.要注意反应条件的控制、副反应的发生、产物的提纯,以及产率的计算.

例题8在实验室利用图6所示装置可以进行氨的催化氧化制硝酸.下列有关叙述不正确的是( ).

图6 氨的催化氧化

A．装置①②⑤中盛放的试剂依次为碱石灰、五氧化二磷、烧碱溶液

B．装置③中出现红棕色

C．装置④中溶液pH小于6,说明有HNO3生成

D．通入的空气还可用N2代替

解析将空气通入浓氨水后,鼓出氨,氨和氧气的混合气体经过干燥后,在玻璃管中遇到催化剂,在加热条件下发生催化氧化反应,产生NO,生成的气体经过酸性干燥剂(或无水氯化钙),除去NH3和H2O,在装置③中NO和空气中的O2反应生成NO2,NO2在④中和水反应,产生HNO3和NO,尾气中的NO2、NO在⑤中被NaOH溶液吸收,防止产生污染.装置①②⑤可依次盛装碱性干燥剂、酸性干燥剂、NaOH溶液,碱石灰为碱性干燥剂,可以干燥氨,P2O5属于酸性干燥剂可以吸收氨并干燥,即A项正确;装置③中NO和O2反应产生红棕色的NO2气体,即B项正确;装置④中NO2与H2O反应,生成HNO3和NO,溶液呈酸性,即C项正确;向装置内通入空气可以鼓出氨并提供O2,所以不能用N2代替空气,即D项错误.答案为D[1].