在高考化学实验设计题中，气体收集与防污染是核心考点，需综合实验原理、装置选择和操作规范。以下是关键操作要点及分析：

一、气体收集方法与装置选择

1. 依据气体性质选择收集方式

  • 排水法：适用于难溶于水且不与水反应的气体（如H₂、O₂、CO）。注意需在导管中预留气泡空间，避免倒吸。
  • 向上排空气法：用于密度大于空气的气体（如Cl₂、CO₂），导管应伸入集气瓶底部以排尽空气。
  • 向下排空气法：适用于密度小于空气的气体（如NH₃），集气瓶口覆盖湿润滤纸防扩散。
  • 特殊方法：
  • Cl₂用排饱和食盐水法（减少溶解）；
  • 易氧化气体（如NO）需隔绝空气收集。

    • 2. 干燥剂选择原则

  • 酸性气体（如CO₂、SO₂）用浓硫酸或P₂O₅干燥；
  • 碱性气体（如NH₃）用碱石灰或CaO；
  • 中性气体（如O₂、H₂）可用无水CaCl₂。

    • 二、防污染与尾气处理操作要点

    1. 尾气处理方式

  • 溶液吸收：酸性气体（HCl、Cl₂）用NaOH溶液；NH₃用稀硫酸或水（需防倒吸装置）。
  • 燃烧法：可燃性气体（CO、H₂）通过燃烧转化为无害物质，需验纯后点燃。
  • 安全排放：无毒气体（N₂、O₂）可直接排放，但需确认无残留污染。

    • 2. 防倒吸装置设计

  • 倒置漏斗或干燥管：浸入吸收液液面下，利用容积变化缓冲倒吸（如吸收NH₃）。
  • 安全瓶：在气体通路中串联空瓶，防止液体倒流入反应装置。
  • 气压平衡管：通过连通器原理保持系统内外压强一致。

    • 3. 操作顺序与安全规范

  • 可燃性气体：先通气体排尽装置内空气，再加热反应（如H₂还原CuO）。
  • 易氧化物质制备：反应结束先停止加热，继续通气至冷却（如Fe(OH)₂制备）。
  • 气密性检查：微热法或液差法，确保装置密封性。

    • 三、实验设计与误差控制

    1. 杂质去除流程

  • 除杂顺序：先除化学性质活泼的杂质（如Cl₂中的HCl用饱和食盐水吸收），再干燥。
  • 多步除杂装置：如制Cl₂时依次通过饱和食盐水（除HCl）、浓硫酸（干燥）。

    • 2. 防污染关键细节

  • 挥发性试剂控制：避免使用浓盐酸制H₂（混入HCl），改用稀硫酸。
  • 防潮解与水解：制备易水解物质（如AlCl₃）时，末端接干燥管隔绝水蒸气。
  • 试剂用量控制：如制乙烯时乙醇过量，减少副反应生成SO₂。

    • 四、典型实验案例分析

    1. Cl₂的制备与处理

  • 发生装置：MnO₂与浓盐酸加热，需分液漏斗控制反应速率。
  • 净化流程：依次通过饱和食盐水（除HCl）、浓硫酸（干燥）。
  • 尾气吸收：NaOH溶液吸收多余Cl₂，避免污染。

    • 2. NH₃的制备与防倒吸

  • 收集方法：向下排空气法，导管口塞棉花防对流。
  • 尾气处理：用稀硫酸吸收，搭配倒置漏斗防倒吸。

    • 五、高频易错点提醒

    1. 导管位置错误：排水法收集时导管应短进长出，排空气法应伸入底部。

    2. 干燥剂误用：如NH₃不能用浓硫酸干燥（会反应）。

    3. 未验纯直接点燃：可燃气体需验纯（如H₂通过爆鸣实验）。

    4. 忽略副反应产物：如乙醇制乙烯时可能生成SO₂，需用NaOH溶液除杂。

    通过以上要点，考生需结合实验目的灵活选择装置，规范操作步骤，并注意细节设计以减少误差和污染。建议通过真题训练强化装置连接顺序、试剂选择及现象分析的逻辑性。