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氯气实验的装置与物料路径

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装置题先问物质任务，再看器材：发生、除杂、干燥、收集或反应、尾气处理分别要保留和移走什么？同一种吸收材料在前端可能破坏目标，在末端却可能符合任务。

本章只分析原题的装置逻辑，不是操作指导。Cl₂有毒，ClO₂还具有强氧化性及不稳定性，涉及制取、冷凝和储集的旧题不得自行复现；不能用“通空气稀释”或“有尾吸”替代专业风险控制。CDC/NIOSH二氧化氯危险性资料

一、知识点 理解概念

1. 发生器输出不只有目标气体

典型课堂路线为MnO₂与浓盐酸加热，或KMnO₄与浓盐酸的题给不加热路线。发生端固液状态、温度要求不同，不能从一种路线借来另一种的加热规则。

MnO₂路线中Mn从+4到+2得2电子，2Cl⁻失2电子，净式：

MnO2+4H++2Cl−→加热Mn2++Cl2↑+2H2O.\mathrm{MnO_2+4H^++2Cl^-\xrightarrow{\text{加热}}Mn^{2+}+Cl_2\uparrow+2H_2O}.

分子式MnO₂＋4HCl(浓)→MnCl₂＋Cl₂↑＋2H₂O中，浓盐酸兼供酸性与Cl⁻。稀盐酸不满足此课堂条件；反应消耗、挥发、生成水会改变酸浓度，不能把最后剩余HCl全算成必能继续产Cl₂。更强加热也不等于更合适，可能增加HCl挥发干扰。

气流可能同时带Cl₂、HCl和水蒸气，所以“制得Cl₂”不等于已经纯净、干燥。

2. 先除HCl再除水，保留目标是前提

位置任务课堂材料与作用不宜混同的结论
去HCl杂质饱和食盐水主要吸收HClCl₂损失相对较小而非零损失
液体干燥段相容条件下浓硫酸除水蒸气干后再水洗会重新带水
固体干燥段题给相容的无水CaCl₂等气流必须经过材料；不是所有干燥剂均可
末端消耗余气按题设采用合适碱性介质前置碱石灰会消耗要保留的Cl₂

顺序来自“去掉什么、保留什么”，不是死记瓶子名字。浓硫酸能除水不表示可随意与任何气体共用，仍须相容；本章只在给定Cl₂体系分析。

3. 同样长进短出，物理理由可能不同

液体洗气瓶的长管入液，是让气体与液体接触；短管口在液面上方，使气体从气相离开。液体干燥瓶同样按接触逻辑读。

Cl₂向上排空气收集，则因气体密度较大，让其进入近瓶底、空气由上方排出；这不是液体吸收的同一理由。固体干燥管要流经材料，其他器材按实际结构读，不能把“长进短出”用于一切瓶管。

Cl₂溶水并反应，普通排水不能作无损收集。题给饱和盐水可降低损失，也不是绝对不溶。相态、溶解与化学反应须一起考虑。

4. 尾气吸收有容量，倒吸来自压差

普通冷稀NaOH吸收Cl₂的课堂净式：

Cl2+2OH−→Cl−+ClO−+H2O.\mathrm{Cl_2+2OH^-\to Cl^-+ClO^-+H_2O}.

尾端目的正是消耗目标余气，与前端干燥相反。吸收程度还取决于有效碱量、浓度、通量和接触；石灰水因溶解度低而有效碱量有限，不能无条件代替足量NaOH溶液。

快速吸收、装置冷却等可能使内部压强下降，引起吸收液逆流。导管浸入吸收液不等于已经防倒吸；具体缓冲或防倒吸构件也要按液面、连接和压差分析，不能见漏斗便保证所有条件有效。出口不能堵死，剩余气体需有合规去向。

原资料“排出残留Cl₂后拆卸”不能理解为向室内排放，而应是残留纳入适当吸收系统后按实验室规程处理。本章不扩展结束实验的具体操作程序。

5. 平压管、长颈管与水浴各有不同任务

平衡压强支管若连分液漏斗上部与发生瓶气相，可减小两侧压差，避免瓶内压力使液体难以下流；不是额外反应气体入口，也不允许堵尾端增压。

净化装置若有与洗液相通的长颈管，内部压强上升可使液面上升，是堵塞等压差变化的线索，不是唯一测量产气快慢的装置。解释时说明连接了哪一相，而不是仅看管子长短。

外部水浴给温度环境，气体未必接触水；冷凝应按题给熔沸点与冷却温度判可能相态。冷凝能选择性收集某组分，也不自动证明挥发性杂质已排尽。

二、考点 掌握方法

1. 给每个位置写一行输入、保留与输出

按图从左到右建立物料链：

  1. 发生端列目标气体及可能挥发、夹带的杂质，核固液状态与加热条件。
  2. 净化段列要除去的成分，检查是否损失目标、是否新带水。
  3. 干燥段核目标与干燥剂相容、气体流经材料；不要让后续湿材料破坏干燥。
  4. 反应、收集段读实际进出物质和外部温度介质，区别气体溶水与外部冷却。
  5. 尾端列剩余目标与杂质的去向，核容量、通量、压差及可能倒吸，不因示意图完整就宣布实际安全。

2. 原题装置的逐段判断

以下保留含危险物质的原题与全图，只作纸面分析；题设相态数据用于比较装置功能，不作为制取或浓缩ClO₂的实施方案。

例题 01 六段装置的任务判断

题目

实验室可用干燥的氯气与亚氯酸钠(NaClO2)\mathrm{(NaClO_2)}固体反应来制备ClO2\mathrm{ClO_2}，装置如图所示，已知ClO2\mathrm{ClO_2}常温下为黄绿色气体，熔点−56∘C-56^\circ\mathrm{C}，沸点11∘C11^\circ\mathrm{C}，极易溶于水且不与水反应，高浓度的ClO2\mathrm{ClO_2}受热时易爆炸，下列说法错误的是

原题A至F完整装置，保留K管、两水浴、干燥空气与全部连接

A．A中反应的离子反应方程式为：2MnO4−+16H++10Cl−=2Mn2++5Cl2 ⁣↑+8H2O\mathrm{2MnO_4^-+16H^++10Cl^-=2Mn^{2+}+5Cl_2\!\uparrow+8H_2O}

B．导气管K的作用是平衡气压，使液体顺利流下

C．C和F中盛装的试剂是碱石灰

D．D中通入一定量的干燥空气，可以防止生成的ClO2\mathrm{ClO_2}浓度过高，发生爆炸

答案与解析

解析

选C。沿图A→B→C→D→E→F分析：

段原题任务与判据
AKMnO₄与浓盐酸的题给路线，产生Cl₂并可能带HCl、水；不能套MnO₂路线的必须加热
B液体洗气，饱和食盐水主要去HCl，仍可能损失部分Cl₂
C干燥并保留Cl₂供D使用，可按原题用无水CaCl₂；碱石灰会先消耗Cl₂，不合任务
D氯气与题给固体反应，干燥空气降低ClO₂比例并带走气体，不是反应物或普遍安全保证
E外部冰水浴冷却，按−56℃＜约0℃＜11℃的题设模型可冷凝ClO₂，不是排水收集
F收集之后处理未收集余气并隔绝外界水分，原题按该位置可用碱石灰；仍不能忽略相容性、容量与气流

A式中2个Mn由+7到+2得10电子，10个Cl⁻各失1电子形成5Cl₂；两边原子守恒，总电荷均+4，A正确。B所述K管连通漏斗上方和发生瓶气相以平衡压差，利于液体下流，不允许因此堵死出口。

C把前置保氯干燥与后置消耗余气用同一碱石灰，前端任务不成立，故错误。D依题给危险性，干燥空气起稀释作用，原题判断成立；不能从这一项外推不论浓度、温度、流量都安全。

E处Cl₂在该条件下较易留在流动气相，冷凝利用相态差异，但不能由“已收集”直接宣称绝对纯净。题干“ClO₂黄绿色”还表明颜色不能唯一判为Cl₂；极易溶水等信息按本题模型使用，不据此制定真实工艺。

本题结论

C。

3. 用未净化气流对照检验证据

上一章硬质管完整原题及解析保留发生端、b湿AgNO₃、c原干蓝石蕊、d淀粉KI与f碱棉花的全部条件。原资料在装置考点又引用同题，本章不重复题卡，而把同一图用于检查物料链：

位置进出物料对后续证据的影响
发生端至硬质管未有饱和盐水洗气与干燥段，可能带HCl和水蒸气
b湿AgNO₃自身带水；HCl提供Cl⁻也能产生AgCl，白沉淀不独证Cl₂水反应
c原干蓝石蕊上游水分可使其变湿，初始干燥不证明全过程干燥
d淀粉KI按已知路线，Cl₂氧化I⁻成碘；蓝色仍不是纯Cl₂的独有信号
f碱棉花末端处理余气，若前移会提前消耗性质实验所需Cl₂；容量有限

这里是同题的路径归纳，不是另一道改编题。干湿对照应保持色料、气流、观察时点等相同，只改变拟判断的水分条件，且避免上游湿材料污染干组。

三、坑点 辨清边界

1. 验满是到达信号，不是唯一成分证明

已知制氯路线、合适气流与试纸条件下，瓶口湿试纸的现象可作Cl₂到达该位置的验满线索；它没有测全瓶每处浓度，不证明零空气、零HCl或零水。排空气中仍会混合扩散。

湿淀粉KI变蓝直接说明碘形成，其他氧化性物质也可能造成；石蕊先红后褪分别涉及酸性和色质破坏；黄绿色还可能来自题给ClO₂。不能把三个信号都当成同一物质的专属印章。

2. 有水浴不等于排水，有冷凝不等于纯净

先分清水在容器内还是外部。原题E外为冰水浴，目标在内部冷凝，不是通入水收集。按题设约0℃介于ClO₂熔沸点之间，只支持可能形成液相；收集物纯度仍需分析其他挥发性成分与实际分离效果。

3. 有吸收剂不等于无限处理能力

保留目标的前端与消耗余气的后端任务相反，同一试剂不能随意互换。尾吸材料相容性、有效容量与气液或气固接触都重要；碱棉花、碱石灰或漏斗存在，不意味着任何产气速率、量和压差都满足处理要求。稀释也不保证危险物质在所有条件下安全，不自行调整流量、温度或封堵装置。

本章据3份KB正文整理，一道完整原题保留，同源重复硬质管题精确回指上一章。原题年月地区未独立核实，不作真题标签；装置示意与选项判断均不替代学校实验室风险评估。