邊永平

(河北省豐寧滿族自治縣第一中學,河北 承德 068350)

化學是一門是以實驗為基礎(chǔ)的自然科學,研究物質(zhì)及其變化規(guī)律,進行科學探究,常常要開展化學實驗.高考命題中常常出現(xiàn)有關(guān)實驗裝置圖的選擇題,主要考查基本實驗操作知識、實驗安全意識等,并進一步考查學生的科學探究與創(chuàng)新意識、科學精神與社會責任等學科核心素養(yǎng).本文對有關(guān)實驗裝置圖的考題進行歸類分析,供復習時參考.

1 常用化學儀器的識別與使用

對常用化學實驗儀器能夠識別和正確使用,是學習化學的必備實驗技能,是為以后繼續(xù)學習和深造,以及從事科學研究打下堅實基礎(chǔ)的必修課.

例題1能完成表1中所列相關(guān)實驗選擇的儀器正確的是( ).

表1 實驗裝置的選擇

解析配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液需要使用容量瓶,不能在量筒中進行溶解或稀釋,即A項錯誤;因Cl2在飽和食鹽水中的溶解度小,可以用飽和食鹽水除去Cl2中混有的HCl雜質(zhì),即B項正確;球形冷凝管在使用時要保持直立狀態(tài),若傾斜放置要用直形冷凝管,即C項錯誤;碳酸鈉易水解使溶液呈堿性,能腐蝕磨口玻璃塞,即D項錯誤.

答案為B.

2 儀器的創(chuàng)新應用

對實驗儀器進行創(chuàng)新應用,是最高級的思維品質(zhì)即思維創(chuàng)新性的體現(xiàn).在常規(guī)實驗儀器及操作基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新考查,已經(jīng)成為新形式下高考命題的必然趨勢,同時也是考查考生科學探究和創(chuàng)新意識的重要手段.

例題2 圖1所示方法不能完成相應實驗的是( ).

圖1 實驗裝置圖

解析實驗室常用加熱氯化銨和氫氧化鈣的混合物制氨,由于氨密度比空氣小,可用向下排空氣法收集,試管口放一團棉花是為了防止氨和空氣對流,使收集到的氨更純,則A項正確;SiO2受熱不分解,也不易揮發(fā),NH4Cl受熱分解生成HCl和NH3氣體,HCl和NH3氣體遇冷重新生成NH4Cl,附在圓底燒瓶下方,從而實現(xiàn)SiO2和NH4Cl的分離,即B項正確;無水硫酸銅遇水變藍,因草酸中含有氫元素,草酸受熱分解也會產(chǎn)生水,則硫酸銅變藍不能說明草酸中含結(jié)晶水,故C項錯誤;Na2CO3受熱不易分解,而NaHCO3受熱易分解生成Na2CO3、H2O和CO2,所以要比較二者的熱穩(wěn)定性,應該將碳酸鈉放在大試管中、碳酸氫鈉放在小試管中,因小試管內(nèi)溫度低,這樣設(shè)計才更有說服力,即D項正確.

答案為C.

3 實驗安全問題

實驗操作安全問題不容小覷,近年來頻頻發(fā)生有關(guān)實驗操作不當導致的安全事故.在化學實驗中,常常涉及到有毒物質(zhì)、易燃易爆藥品的使用及貯存問題,實驗操作中要將安全問題置于首位,做到六防(防炸裂、防倒吸、防堵塞、防爆炸、防火災、防污染).

例題3表2所列相應的實驗操作和設(shè)計錯誤的是( ).

解析聞有毒氣體或未知氣體氣味的正確方法是:用手在瓶口輕輕扇動,使少量氣體飄進鼻孔,切不可湊到容器口去聞氣體的氣味!即A項正確;安全瓶能起到防止液體倒吸的作用,進氣管和出氣管在瓶內(nèi)部分都要較短,即B項正確;因氨易和硫酸反應,若將氨直接通入濃硫酸中則易發(fā)生倒吸,由于氨不溶于四氯化碳,則圖中設(shè)計可以避免發(fā)生倒吸,即C項正確;將其它液體和濃硫酸混合時,要注意將濃硫酸沿著燒杯壁緩緩倒入其它液體中,并不斷攪拌,以使熱量及時散失,即D項錯誤.

答案為D.

4 物質(zhì)的分離和提純

物質(zhì)的分離是根據(jù)混合物中各組分的理化性質(zhì)的差異,通過一定的物理或化學變化將混合物中各組分加以分離.物質(zhì)的提純則是根據(jù)主要成分和雜質(zhì)的理化性質(zhì)不同,將雜質(zhì)除去的過程.物質(zhì)的分離要求分開后得到各種純凈物,提純則有四個要求,即:不增、不減、易分、易復原.加入除雜試劑要注意試劑的加入順序和用量.

例題4對圖2所示實驗操作和儀器選擇的描述正確的是( ).

圖2 實驗操作和儀器

A．用圖①裝置除去NaCl溶液中的泥砂

B．用圖②裝置分液得到用乙醇提取碘水中的碘

C．用圖③裝置進行乙醇和水的分離

D．用裝置④蒸干SnCl2溶液制備SnCl2晶體

解析由于泥砂難溶于水,可以用過濾法除去NaCl溶液中的泥砂,即A項正確;萃取操作中,選取的萃取劑不能和原溶劑互溶,乙醇與水互溶,乙醇不能作碘水的萃取劑,可選用四氯化碳或苯等,即B項錯誤;乙醇與水的沸點雖然相差較大,但是由于二者能形成恒沸混合物,只采用蒸餾的方法達不到分離的目的,故不可以用圖③所示裝置分離乙醇水溶液,即C項錯誤;Sn2+易水解且易被空氣中的氧氣氧化,應在蒸干溶液過程中通入保護氣,另外應該選用蒸發(fā)皿不能用燒杯,即D項錯誤.

答案為A.

5 物質(zhì)的檢驗

物質(zhì)的檢驗,常根據(jù)物質(zhì)的顏色、溶解性、化學性質(zhì)等進行,要注意排除已檢出的物質(zhì)對未知物的干擾.另外在操作中要注意不準原瓶操作,以防污染.

例題5圖3所示裝置表示在隔絕空氣時,將硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]加熱至500℃,使其分解,得到的固體產(chǎn)物中可能有FeO、Fe2O3和Fe3O4,氣體產(chǎn)物可能有NH3、N2、H2O、SO3和SO2).下列有關(guān)描述正確的是( ).

圖3 硫酸亞鐵銨熱分解

A．裝置②的作用是檢驗水蒸氣的存在,加入的試劑X為堿石灰

B．裝置③的作用是檢驗SO3的存在,并將SO3和NH3除去

C．反應后取裝置①中少量固體,加入稀硫酸,再滴入KSCN溶液,如果溶液變血紅色,說明加熱后得到的固體中含有Fe2O3

D．裝置④的作用是氣態(tài)產(chǎn)物中有SO2,裝置⑤的作用是收集產(chǎn)的NH3和N2

解析當混合氣中含有水蒸氣時,一般要先檢驗水蒸氣,則裝置②的作用是檢驗水蒸氣的存在,常用無水硫酸銅檢驗水蒸氣,即A項錯誤;由于SO2不與BaCl2溶液反應,SO3能與BaCl2溶液反應,產(chǎn)生白色沉淀,同時裝置③中足量的HCl也可以促使SO2逸出,同時將NH3吸收,即B項正確;反應后取裝置①中少量固體,加入稀硫酸,再滴入KSCN溶液,如果溶液變血紅色,說明有Fe3+存在,但不一定說明產(chǎn)生的固體中一定存在Fe2O3,也可能含有Fe3O4,即C項錯誤;由于氨極易溶于水,不能用排水法收集,即D項錯誤.

答案為B.

6 物質(zhì)的制備

氣體物質(zhì)的制備實驗流程一般為:發(fā)生裝置→凈化裝置→干燥裝置→收集裝置→尾氣吸收裝置.制備在空氣中易吸水、潮解以及易發(fā)生水解的物質(zhì),常常需要在裝置中安裝防止水蒸氣進入的干燥裝置.要注意實驗操作順序.

例題6氯化鋁常作凈水劑.圖4所示是某學生設(shè)計的制備氯化鋁的裝置,已知氯化鋁易升華,遇水容易發(fā)生水解.下列有關(guān)描述不正確的是( ).

圖4 制備氯化鋁

A．按氣流流動方向,各裝置的連接順序為a→c→b→d

B．先在裝置a中制出Cl2,當d中硬質(zhì)玻璃管中充滿黃綠色氣體時,再點燃酒精燈

C．d中球形干燥管內(nèi)放有P2O5或CaCl2,可以防止水蒸氣進入裝置

D．需要結(jié)束反應時,可以將分液漏斗的活塞關(guān)閉

解析制得氯氣后,應先通入飽和食鹽水中除HCl后再干燥,即A項正確;通入氯氣,排盡裝置內(nèi)的空氣,防止氧氣與鋁反應,當發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)試管內(nèi)充滿黃綠色氣體時,表明空氣已排盡,此時點燃酒精燈,加熱鋁粉,即B項正確;試劑R的作用是吸收未反應的Cl2,防止污染,同時防止空氣中的水蒸氣進入,但P2O5或CaCl2只能吸收水蒸氣,不能吸收Cl2,故C項錯誤;關(guān)閉分液漏斗的活塞,停止加入濃鹽酸,a中反應會停止,即D項正確.

答案為C.

7 物質(zhì)性質(zhì)的探究

在學習中發(fā)現(xiàn)和提出有價值的問題,通過實驗加以探究.確定實驗目的,設(shè)計實驗方案,要注意實驗方案設(shè)計的科學性、安全性、簡約性、可行性,以及綠色環(huán)保.

例題7 為探究FeSO4的分解反應,設(shè)計如圖5所示的實驗裝置,打開彈簧夾K1和K2,先向裝置中通入一段時間N2,再給反應管A加熱,反應后A中出現(xiàn)紅色粉末,C中出現(xiàn)白色沉淀,D中溶液褪色,檢測尾氣吸收裝置出口處未發(fā)現(xiàn)有O2產(chǎn)生.下列有關(guān)敘述不正確的是( ).

圖5 FeSO4的分解

A．吸收多余的SO2氣體可以用NaOH溶液

B．裝置A中出現(xiàn)的紅色粉末可能是三氧化二鐵

C．裝置C的作用是檢驗SO3,可以將BaCl2溶液更換成Ba(NO3)2溶液

D．該分解反應中氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物質(zhì)量之比為5∶2

Fe2O3為氧化產(chǎn)物,SO2為還原產(chǎn)物,二者質(zhì)量之比為5∶2,即D項正確.

答案為C.

8 模擬工業(yè)生產(chǎn)流程

在實驗中模擬工業(yè)生產(chǎn)流程,根據(jù)實驗目的、各步反應的特點選擇組裝實驗儀器.要注意反應條件的控制、副反應的發(fā)生、產(chǎn)物的提純,以及產(chǎn)率的計算.

例題8在實驗室利用圖6所示裝置可以進行氨的催化氧化制硝酸.下列有關(guān)敘述不正確的是( ).

圖6 氨的催化氧化

A．裝置①②⑤中盛放的試劑依次為堿石灰、五氧化二磷、燒堿溶液

B．裝置③中出現(xiàn)紅棕色

C．裝置④中溶液pH小于6,說明有HNO3生成

D．通入的空氣還可用N2代替

解析將空氣通入濃氨水后,鼓出氨,氨和氧氣的混合氣體經(jīng)過干燥后,在玻璃管中遇到催化劑,在加熱條件下發(fā)生催化氧化反應,產(chǎn)生NO,生成的氣體經(jīng)過酸性干燥劑(或無水氯化鈣),除去NH3和H2O,在裝置③中NO和空氣中的O2反應生成NO2,NO2在④中和水反應,產(chǎn)生HNO3和NO,尾氣中的NO2、NO在⑤中被NaOH溶液吸收,防止產(chǎn)生污染.裝置①②⑤可依次盛裝堿性干燥劑、酸性干燥劑、NaOH溶液,堿石灰為堿性干燥劑,可以干燥氨,P2O5屬于酸性干燥劑可以吸收氨并干燥,即A項正確;裝置③中NO和O2反應產(chǎn)生紅棕色的NO2氣體,即B項正確;裝置④中NO2與H2O反應,生成HNO3和NO,溶液呈酸性,即C項正確;向裝置內(nèi)通入空氣可以鼓出氨并提供O2,所以不能用N2代替空氣,即D項錯誤.答案為D[1].