多功能瓶常由一个集气瓶、一个双孔塞和一长一短的两个导管组合而成。它是化学中常用的装置之一,可用于收集气体、检验气体、观察气体输出快慢,也可发挥洗气瓶的作用。由于其用途很多,所以很多同学记不清或易混淆。对于该种情况,我从几个角度进行分析,归纳出不同用途的使用方法,并找出解题技巧。
一、 方法和规律
(一)用于贮气
在实验室制取各种气体的实验中,主要用到的收集方法有向上排空气法、向下排空气法和排水法。在利用多功能瓶的实验中,如何确定气体的进出口是使用多功能瓶的关键。
1.向上排气法(图1):
用于收集密度比空气大的气体,如O2、CO2等,收集的气体从长管进,空气从短管出,即“长进短出”。
2.向下排气法(图1):
收集密度比空气小的气体,如H2、CH4等,收集的气体从短管进,空气从长管出,即“短进长出”。
仪器变式(图2):如果瓶子倒放,则收集气体时,所有的进出气口也应该交换,如果O2、CO2等气体应从b管进入,空气从a管被排出;而H2、CH4等气体应从a管进入,空气从b管被排出。
3.排水法(图3):
①收集不易溶于水或难溶于水且不与水反应的气体,如O2、H2、CH4等。瓶中盛满水,收集的气体从短管进,水则从长管出,即“短进长出”。
②若想测定被收集气体的体积(图3),“短进长出”后可将排出的水直接引入量筒,通过水的体积即可直观读出收集到的气体体积。
③如果气体能与水反应且与空气反应(例如NO),可以在瓶中装满其他液体或者装满水并在水的上方铺一层液体(如油),然后收集的气体从短管进,液体则从长管出,即“短进长出”。
(二)用于洗气
1.干燥(图4):
集气瓶中装入浓硫酸等干燥剂,则需要干燥的气体都从长导管进入,从短导管被排出的气体是干燥后的气体, 即“长进短出”。
2.洗气(图5):
瓶中装入适当的溶液,混合气体从长端进入,使溶液与其中的杂质反应,纯净的气体从短端被排出,即“长进短出”
例如:要除去CO中混有的CO2 ,瓶中可装入氢氧化钠溶液。


(三)用于检验
集气瓶内装有验气所需试剂(图5 ),通过现象来证明。气体流向是:长进短出。
例如:检验CO中是否混有CO2,可先在集气瓶中装澄清石灰水(下图),然后气体从B管通入A管导出,根据澄清石灰水是否浑浊可判断CO2是否存在。
(四)用于生活(图5)
医院给病人输氧气时,也利用了类似装置,并在装置中盛放大约半瓶蒸馏水。长管连接供氧钢瓶,氧气从长端进入,短管导管连接病人吸氧导气管,短导管输出氧气供病人使用。医生可以通过水中冒出气泡的多少快慢,来确定是否有氧气输出及输出速率的快慢。
(五)改装(图6)


图6
图7(左图)是安全瓶,例如加热高锰酸钾并用排水法收集氧气时,可在发生装置与收集装置之间装此瓶,如果反应结束后先熄灭酒精灯后移走导气管也不会出现倒吸的现象,那是因为进气管、出气管较短,若发生倒吸,液体会倒吸入安全瓶中,不会再倒吸到前一装置中;图6(右图)是除杂储气瓶。
二、典例分析
例1、如图是一个多功能装置,若用排水法收集气体,气体由 端(填“a”或“b”)导入;若用水将瓶内的气体排出来,水由 端(填“a”或“b”)通入;若用向上排空气法收集气体,气体由 端(填“a”或“b”)导入; 若用向下排空气法收集气体,气体由 端(填“a”或“b”)导入。
【分析】
此装置若用于排水法收集气体,气体从b端进,在大气压强的作用下,水被沿导管a排出;若用水将瓶内的气体排出来,水的密度大于气体的密度,水由a端通入,气体从b管排出.若用向上排空气法收集气体,该气体的密度大于空气的密度,气体由a端导入,将空气压到从瓶上(导管b)排出.若用向下排空气法收集气体,该气体的密度小于空气的密度,气体由b端导入,将空气压到从瓶下(a管)排出。
【答案】b;a;a;b.
【点评】
本题考查不同密度气体的不同收集方法,既使学生了解收集方法不同的原因,又巩固了基础知识.
例2、用锌与盐酸反应制得的氢气中混有氯化氢和水蒸气.现有以下装置:除去氯化氢用锌与盐酸反应制得的氢气中混有氯化氢和水蒸气:
(1)制氢气的发生装置应选用(填装置对应的字母号,下同)______.
(2)检验氯化氢气体,可选______装置;除去氯化氢气体,应选______装置.
(3)检验水蒸气,应选______装置;除去水蒸气,应选用______装置.
(4)如果要制取和收集纯净、干燥的氢气,各装置的导管连接顺序是______.
【分析】
(1)实验室中氢气的制取是固液反应,可选图中A、D,但A中的长颈漏斗没有深入液面一下,所以不可选,只能选装置:D;
(2)氯化氢气体与硝酸银溶液反应,可生成白色沉淀,所以检验氯化氢气体,可选B装置,氯化氢是酸性气体,可用碱性溶液吸收,所以除去氯化氢气体,应选F装置;
(3)无水硫酸铜遇水变蓝色,所以检验水蒸气,应选C装置,浓硫酸有吸水性,所以除去水蒸气,应选用E装置;
(4)要制取纯净、干燥的氢气,通过推导可知,可以用D作为制取氢气的发生装置,然后用F中的氢氧化钠溶液吸收挥发的氯化氢气体,再用E中的浓硫酸吸收产生的水蒸气,最后根据氢气的密度小于空气密度的特点选择G向下排空气法收集气体,需要的装置是:DFEG,各装置的导管连接顺序是:⑥⑩⑨⑧⑦⑪。
【答案】(1)D;(2)B、F;(3)C、E;(4)⑥⑩⑨⑧⑦⑪。
【点评】
本题主要考查了氢气的制取和检验、气体的净化、气体的干燥等相关知识以及需要同学们熟悉氢气的性质,方可做好本题。
这些是我在上课过程中遇到或整理出多功能瓶在初中化学中的应用。文中分析出排空气法和排水法收集气体的统一且找出规律;用传统的方法讲解多功能瓶作为集气瓶和洗气瓶的使用方法;拓展多功能瓶的使用方法,作为量气瓶、安全瓶、医院给病人输送氧气的用途。