高中化学实验装置.pdf

1/6 高中化学的实验装置 一、供气装置的理解和设计 1气源类型及装置 实验时，气体的流向通常是从左到右。所以供气装置一般在最左端。常见的供气形式有制气（气体发生装置）、贮气释放（贮气装置）和鼓入空气（鼓气及缓冲装置）。（1）气体发生装置。根据制气反应的反应物状态和反应要否加热，基本的气体发生装置有三类：固体加热类如图 2-4-1；固-液（或液-液）常温类如图 2-4-2；固-液（或液-液）加热类如图 2-4-4。对比装置：（）启普发生器原理及类似反应器 图 2-4-3 装置是图 2-4-2 装置的变形，分液漏斗用长颈漏斗替代，当广口瓶中不能形成液层时（如电石与水反应，需缓慢加水，控制反应速率）加小试管，加液时试管中首先充满液体，起“液封”作用，防止气体从漏斗逸出。图 2-4-5 是启普发生器。启普发生器属于固-液常温类发生装置。它的优点是能随时控制反应的发生或停止，使用的范围除了“固液、常温”外，还有附加条件如固体必须是块状且不易溶于水，生成的气体溶解度不大，反应放热不能过快，生成物要易溶。图 2-4-1 图 2-4-2 图 2-4-3 图 2-4-4 图 2-4-5 2/6（2）贮气装置 实验所需气体事先制取好，存于贮气装置中，在实验时用适当的方法使气体按一定的流速释放出来。贮气装置的形式有多种，图 2-4-6 是实验室常用的贮气瓶，使用时由漏斗进水把气体压出。图 2-4-7 所示贮气装置的优点是贮气量大，使用时只要打开活塞，在“钟罩”自重的作用下，气体可自动流出。通常适用于贮气装置的气体应是难溶于水的气体。（3）鼓空气装置 图 2-4-8 中左边是用于鼓气的橡皮囊，广口瓶起缓冲气流的作用。2供气目的 制取或通入气体的目的常见有三种（1）制取一种气体并试验其性质；（2）制取或导入一种气体，以此为一种反应物与另外一种物质反应来制取其它物质；（3）利用这种气体的气流把装置中空气或其它气体排出或者防止气体倒流。常见情况：实验开始阶段气源提供的气体，如果不能发生（或因温度等条件不够暂时不能发生）反应，则提供此气体的目的一般是排尽装置中的空气。如氢气还原氧化铜，在加热前要先通一会儿氢气。在整个实验过程中持续提供一种非反应必需的气体，则往往是为了利用它的气流把装置中反应生成的气体“赶”入后面的仪器中与吸收剂反应。主要反应停止后继续通入或产生气体，一般是为了防止在冷却过程中空气或溶液被倒吸进入装置。3.供气装置的设计 针对某种实验目的，通过对常用仪器的改进或组装，完成合乎题意的创新设计。这类问题需要认真分析领会实验要求，特别要理解原型装置的原理，然后才能做到新仪器的替代或新装置的“创意”。例如，启普发生器使用很方便，其实质是应用了“连通器”原理。在理解原理的基础上，可以设计有类似功能的简易装置如：二、安全装置的分类和常见形式（也叫安全瓶）1防倒吸的安全装置 气体易溶于水或易被某特定的溶液吸收时，容易产生倒吸现象。图 2-4-6 图 2-4-7 图 2-4-8 3/6 倒立漏斗式：图 2-4-10 是利用漏斗有较大的容积，溶液被吸入时，烧杯中液面将显著下降，使漏斗口露出液面而使溶液重新流出，防止溶液吸入导管。根据此原理，可以用其它有较大容积的仪器替代漏斗，如底部有漏洞的试管、烧瓶等 悬空式：图 2-4-11 的导管露在溶液面之上防止倒吸。蓄液式：图 2-4-12 在吸收气体装置前放一空容器（进气管不要伸入容器底部），防止偶尔产生倒吸的溶液进入发生装置。肚容式：图 2-4-13 利用干燥管即为一例。（液封装置）2.压强控制装置 图 2-4-14 中锥形瓶 b 的作用是防止装置内压强过大而造成事故。气体要能依次通过 c、d、e，所以必须维持相当的压强，b 瓶的玻璃管中便有一段水柱，观察水柱的高低可以了解装置内的气压情况。一旦右边诸导管有某处堵塞，装置内气压会骤然增大，这时 b 中的水通过瓶中的导管迅速被压出，便可防止出现事故。掌握原理后，利用其它仪器设计具有相同功能的安全装置并不困难。图 2-4-15 中分液漏斗顶和烧瓶颈间连接的橡皮管起平衡气压的作用，防止当烧瓶内气压大于漏斗中液柱压强时放液不顺畅。同样的原理，在做分液实验时，如果塞紧漏斗上口，则漏斗中液体的流出会受阻。这时应打开漏斗上口，或使漏斗颈上的小孔与塞子上的小槽对准，让漏斗内外气压平衡。图 2-4-10 图 2-4-11 图 2-4-12 图 2-4-13 图 2-4-14 图 2-4-15 4/6 设计实验装置的时候必须注意，仪器中如有气体进入，就必须有气体的出口或者有容积可变的贮气设备接纳残留的气体。图 2-4-16 中把气体通入广口瓶反应，因气体没有出口，进气就困难，或者会造成压强增大而产生事故。可根据生成物的具体情况改成图 2-4-17 或其它有气体出口的装置。3.防堵塞安全装置 三、气体净化、干燥装置 气体的净化、干燥根据用液体吸收或固体吸收而装置不同。图 2-4-19 是合成氨原料气在化合前经过的一个装置，该装置的作用有三：干燥气体；使气体充分混合；观察气泡生成速率以便控制气流速度。图 2-4-22 管中的玻璃纤维的作用是固定固体，防止粉末被气流带走。四、量气装置 图 2-4-23 是通过测定被气体从广口瓶中压出来的水的体积来测得气体的体积的。图 2-4-25是量气管，使生成的气体直接通入原本装满水的甲管中，甲管中的水被排向乙管，从甲管的刻度可读出气体的体积。以上两种装置在读取气体体积时都应使两边的水面保持同一水平面。图 2-4-16 图 2-4-17 图 2-4-23 图 2-4-24 图 2-4-25 图 2-4-18 图 2-4-19 图 2-4-20 图 2-4-21 图 2-4-22 5/6 五、尾气处理装置 尾气如果有污染性、可燃性等，应该处理。处理尾气的常见方法有吸收法、点燃法和收集法。分别如图 2-4-26,图 2-4-27、图 2-4-28 所示。六、其它装置 除以上几类装置外，实验中常用的装置部件还有如用来检验气体或验证气体性质的反应装置、气体的收集装置、冷凝装置等，这些装置在具体实验中一般都比较容易理解其作用。图 2-4-29 是检验浓硫酸与木炭反应所得气体中含有 CO2 和 SO2的实验装置图。第一个试管中的品红作用是检验 SO2，高锰酸钾溶液的作用是吸收 SO2，第二个试管中的品红是检验 SO2有否被吸收完全，防止它干扰 CO2 的检验。石灰水的作用是检验 CO2。图 2-4-31 和图 2-4-32是不同形式的冷却或冷凝装置。图 2-4-30 常用于有机物加热反应，例如用生石灰吸收工业酒精中的水分，加热反应时酒精会挥发，用冷凝管既保持烧瓶内压强为一个大气压，又可起冷凝回流作用，防止酒精挥发。有机物加热反应时，反应容器口的橡皮塞上经常有一根长导管，其作用也是使反应物的蒸气冷凝回流，防止挥发散逸。七、喷泉实验装置的设计 图 2-4-29 图 2-4-30 图 2-4-31 6/6 一、探究喷泉实验的形成原理 喷泉形成的原因是瓶内外存在压强差。当烧瓶内气体溶于液体或与之反应时，瓶内气体大量减少，压强降低，外界的大气压将液体压入烧瓶内，形成美丽的喷泉。操作：先挤压胶头滴管，再打开止水夹，可见带有尖嘴的导管喷出红色的喷泉。原因分析：氨气极易溶于水，烧瓶内压强瞬间变小，外界大气压将烧杯内的水压入烧瓶,形成红色喷泉（氨水呈碱性，遇酚酞变红）二、分析喷泉实验成功的关键 盛气体的烧瓶必须干燥，否则甁中有液体，会使瓶口留下空气，形成的喷泉压力不大（喷泉”无力”）；气体要充满烧瓶；烧瓶不能漏气（实验前应先检查装置的气密性）；所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体快速反应。三、形成喷泉的组合 极易溶于水的气体（NH3、HCl、SO2 等）与水可形成喷泉；酸性气体（HCl、CO2、SO2、NO2、H2S 等）与 NaOH 溶液可形成喷泉；有机气体与其他物质反应也可形成喷泉。四、阐释形成喷泉的方式 1、负压型（减小压强）：接纳喷泉的空间低于大气压，而喷起液体容器与大气相 通，通常是烧瓶内气体极易溶于水或烧瓶内的气体与溶液反应，使烧瓶内的压强低于大气压。2、正压型（增大压强）：接纳喷泉的空间与大气相通，而喷起液体容器压强大于 大气压。通常是容器内的液体由于受热挥发（如浓盐酸、浓氨水、酒精等）或由于发生化学反应产生大量的气体。五、启动喷泉的多种方法：（1）由 PV=nRT 可知，减小压强 P，可通过：减少气体的物质的量 n，降低气体的温度（T）。由实验装置可知，只能通过方法进行。方法一：打开止水夹，用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉；方法二：烧瓶上覆盖冷毛巾或淋洒冷水，使烧瓶内温度降低压强减小，从而引发喷泉；方法三：在烧瓶上涂抹无水乙醇，由于乙醇挥发带走热量使烧瓶内温度降低，压强 减小，引发喷泉。（2）利用其它气体启动喷泉 加热试管中的浓氨水，打开 A 处的止水夹，向烧瓶中通入少量氨气后关闭 A 处的止水夹，再打开 B 处的止水夹。