題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。
一、考點定位與做題順序
順序由氣體要經歷什麼決定,不由裝置長相決定:發生 → 除雜(洗氣)→ 乾燥 → 主體反應 → 尾氣吸收 → 防倒吸。除雜與乾燥不能顛倒,否則氣體經過洗氣液又帶上水汽;乾燥劑放在反應管之前,是為了保護反應條件。洗氣瓶一律長管進、短管出(氣體須穿過液麵才洗得乾淨);乾燥管則按口徑與填充方向接。
安全三件套:裝完先查氣密性、先通氣後加熱(排盡空氣再給反應管升溫,防混合氣受熱出事)、停機先撤導管再停氣/停熱(防吸收液倒吸進熱管)。下面流程、氣體代號 G、流量與濃度均為自編示意,不代表真實物質、反應或工業條件。
二、題目呈現
自編示意流程(非真實反應)
用自編氣體 G(代號,非真實物質)與自編固體 S 在加熱條件下反應。可用裝置(編號自定):
甲 氣體發生瓶 乙 洗氣瓶(裝自編除雜液) 丙 乾燥管(裝自編固體乾燥劑) 丁 硬質反應管(內裝 S,可加熱) 戊 尾氣吸收瓶(裝自編吸收液) 己 安全瓶(空瓶,防倒吸)
自編條件:G 的流量 100 mL/min,通氣 30.0 min;G 與吸收液按 1:1(物質的量)反應;吸收液濃度 0.500 mol/L;氣體摩爾體積按 22.4 L/mol 計。
題1(排序+填空)
(1) 寫出從甲到己的正確連接順序(用編號);
(2) 乙、戊兩個洗氣/吸收瓶的導管應「長進」還是「短進」?說明理由;
(3) 己(安全瓶)應放在哪兩個裝置之間?為什麼不能省?
題2(簡答)
(1) 寫出整套裝置氣密性檢查的一種規範操作與判據;
(2) 寫出開始實驗與結束實驗的先後順序,各說明一條理由;
(3) 若反應管需要先加熱,通氣與加熱誰先?為什麼?
題3(計算+判斷)
(1) 求 30.0 min 內通入 G 的體積(換算成 L)與物質的量;
(2) 按 1:1 反應,求所需吸收液體積(mL);
(3) 若實際只用了 200 mL 吸收液,判斷尾氣能否被完全吸收,並計算缺口;用 (1)(2) 回代檢驗。
三、分步解析
題1 (1) 甲 → 乙 → 丙 → 丁 → 戊 → 己(己也可置於丁與戊之間作緩衝,但本組按「吸收瓶之後再加一級防倒吸」佈置,見 (3))。理由逐段:甲產氣;乙洗去雜質,若放在乾燥之後,氣體會重新帶水;丙除水汽,保護丁中的固體 S 與反應條件;丁是主體反應;戊吸收未反應的 G,避免排入空氣;己作最後一道防倒吸緩衝。連接檢查:整套從甲到己只有一條氣路,方向單一,無旁路。
題1 (2) 乙、戊都長管進、短管出。氣體必須從液麵以下鼓泡穿過,才能與除雜液/吸收液充分接觸;若短管進,氣體會從液麵上方直接「走近路」逸出,洗滌與吸收都失效。判據可寫成「進氣管末端插入液麵下,出氣管末端在液麵上方」。
題1 (3) 己應串在戊(吸收瓶)與發生端之間、緊鄰吸收瓶之前或之後;本組取「戊之後」作為最後一級緩衝,其作用都一樣:一旦停止通氣或體系冷卻使壓強下降,吸收液會先被吸進空瓶己,而不會一路倒灌進仍在餘熱的硬質反應管丁。不能省的理由:熱管驟冷可能炸裂,且吸收液進入反應管會汙染產物、與熱的固體 S 發生非預期反應;安全瓶用一隻空瓶把這段壓差「吃掉」,成本極低。登記:若把己放在丁與戊之間,同樣能防倒吸,兩種佈置在工程上都成立;本組為便於敘述統一取戊之後,答題時寫出「緊鄰吸收瓶、在熱管之前」即給分。
題2 (1) 操作:連接好整套裝置,把己(或末端)導管出口浸入水中,關閉發生瓶的分液活塞,用雙手緊握(或微熱)甲瓶;若導管口有氣泡連續冒出,鬆手後導管內形成一段穩定水柱且保持不回落,則氣密性良好。判據:受熱時氣體膨脹能從末端逸出、冷卻時外界水被壓入導管且水柱穩定——說明體系只在對末端開口,別處不漏氣。也可分段夾閉檢查,但須逐段記錄現象。
題2 (2) 開始:先查氣密性 → 裝藥品 → 先通 G 一段時間 → 再給丁加熱 → 反應結束。理由:先用 G 排盡裝置內空氣,避免加熱時 G 與空氣的混合氣在熱管裡出問題,也保證反應氣氛純淨。結束:先把末端導管移出吸收液(或先撤開吸收瓶連接) → 再停止通氣/停止加熱 → 最後關發生瓶。理由:體系冷卻時內部壓強下降,若導管仍插在液麵下,吸收液會被倒吸;先斷液路就切斷了倒吸路徑,這正是己之外再補的一道操作保險。
題2 (3) 先通氣,後加熱。與 (2) 同理:通氣把空氣趕淨後再升溫,既避免混合氣受熱,也避免固體 S 在空氣氣氛下被氧化或發生副反應;若先加熱後通氣,熱管裡存著空氣,前幾分鐘的條件完全不可控。
題3 (1) V(G) = 100 mL/min × 30.0 min = 3000 mL = 3.00 L。n(G) = 3.00 L / 22.4 L/mol = 0.1339 mol(約 0.134 mol)。回代:0.1339×22.4 ≈ 3.00 L ✓。
題3 (2) 按 1:1,需吸收液溶質 n = 0.1339 mol。V(液) = n/c = 0.1339 / 0.500 = 0.2679 L = 268 mL(保留三位有效數字)。回代:0.268 L × 0.500 mol/L = 0.134 mol,×22.4 L/mol ≈ 3.00 L,與 (1) 一致 ✓。
題3 (3) 200 mL × 0.500 mol/L = 0.100 mol,可吸收 G 0.100 mol,即 0.100×22.4 = 2.24 L 標況體積。實際通入 3.00 L(0.1339 mol),故不能完全吸收:未被吸收的 G 為 0.1339−0.100 = 0.0339 mol,摺合 0.0339×22.4 ≈ 0.760 L(即 760 mL 標況體積);吸收液缺口 = 268−200 = 68 mL。回代閉環:2.24 L + 0.760 L = 3.00 L ✓;0.100 mol + 0.0339 mol = 0.1339 mol ✓。結論還須帶一句:尾氣未被完全吸收會逸出,故吸收液用量須按最大通氣量留餘量,且末端仍應接安全瓶。
四、採分點對照
| 題號 | 答案 | 採分點構成 |
|---|---|---|
| 題1 (1) | 甲→乙→丙→丁→戊→己 | 順序 2 分;說出除雜與乾燥不可顛倒 1 分;說出乾燥保護反應管 1 分 |
| 題1 (2) | 均長進短出 | 兩瓶各 1 分;寫出「鼓泡穿過液麵」的理由 1 分;寫出短進會走近路 1 分 |
| 題1 (3) | 緊鄰吸收瓶、在熱管之前 | 位置 1 分;寫出壓差倒吸機理 1 分;寫出熱管驟冷與汙染兩條後果 1 分;說明兩種佈置均可 1 分 |
| 題2 (1) | 見解析 | 操作三步 1 分;兩個判據各 1 分;說明「只末端開口」1 分 |
| 題2 (2) | 先通氣後加熱;先撤液路後停氣 | 開始順序 1 分;排盡空氣的理由 1 分;結束順序 1 分;防倒吸理由 1 分 |
| 題2 (3) | 先通氣 | 判定 1 分;混合氣與氣氛純淨兩條理由各 1 分 |
| 題3 (1) | 3.00 L;0.1339 mol | 體積換算 1 分;物質的量 1 分;回代 1 分 |
| 題3 (2) | 268 mL | 1:1 關係 1 分;V=n/c 1 分;數值 1 分;回代 1 分 |
| 題3 (3) | 不能完全吸收,缺口 68 mL / 0.760 L | 算出可吸收量 1 分;判定 1 分;兩個缺口數值各 1 分;體積與物質的量雙回代 1 分 |
五、高頻易錯點
- 把乾燥管放在洗氣瓶之前:氣體經過洗氣液又帶回水汽,乾燥白做。
- 洗氣瓶短管進:氣體從液麵上方走近路,除雜與吸收都失效。
- 停機時先停氣再撤導管,壓強一回降就把吸收液倒吸進熱管。
- 算吸收液用量時忘記把 mL 換成 L,或用 22.4 時沒統一標況。
- 把自編代號 G、S 當真實物質推斷性質;本文只考裝置邏輯與守恆。
六、小結與自查清單
| 環節 | 裝置 | 要點 | 自編數據 |
|---|---|---|---|
| 發生 | 甲 | 先查氣密性 | 流量 100 mL/min |
| 除雜 / 乾燥 | 乙 → 丙 | 長進短出;除雜在前 | 順序不可顛倒 |
| 主體反應 | 丁 | 先通氣後加熱 | 固體 S(代號) |
| 尾氣吸收 | 戊 | 按 1:1 計量 | 0.500 mol/L → 268 mL |
| 防倒吸 | 己 | 空瓶緩衝+先撤液路 | 200 mL 時缺口 68 mL |
- □ 按「氣要經歷什麼」排順序:除雜一定在乾燥之前。
- □ 凡過液的瓶子一律長進短出,寫出「鼓泡」二字。
- □ 寫安全三步:查氣密性、先通氣後加熱、先撤液路後停氣。
- □ 尾氣用量按最大通氣量算,並留餘量;算完用體積與物質的量雙回代。
- □ 代號、濃度、流量註明「自編示意,非真實反應」。
流程實驗題的骨架是一條單向氣路 + 三道安全:順序由氣體經歷決定,洗氣瓶長進短出,停機順序防倒吸。計算部分只是 V=q·t、n=V/Vm、V=n/c 三步,但每一步都要能反代回上一式——268 mL 與 3.00 L 對得上,才算把賬算完。本組流程、代號 G/S、流量、濃度與摩爾體積取值均為原創自編示意,不代表真實物質、反應或工業條件。