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微专题05 管式炉
化学实验中的装置创新通常包含两个方面：一是实验装置的变形，二是实验装置的改进。管式炉多次
呈现于高考试题中，管式炉结构简单，操作容易，便于控制，能连续生产。
1．(2023·山东卷，18)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为
31.8℃，熔点为-126.5℃，易水解。实验室根据反应Si+HCl
=SiHCl3+H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品
(加热及夹持装置略)。回答下列问题：
(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有砫粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入
，一段时间后
接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为_____；判断制备反应结束的实验现象是_____。图示装置存在的
两处缺陷是_____。
(2)已知电负性Cl＞H＞Si，SiHCl3在浓NaOH 溶液中发生反应的化学方程式为_____。
(3)采用如下方法测定溶有少量HCl 的SiHCl3纯度。
m1g 样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①_____，②_____(填操作
名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2g，从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器，依次
1
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为_____(填标号)。测得样品纯度为_____(用含m1、m2的代数式表示)。
【答案】(1) 检查装置气密性 当管式炉中没有固体剩余时 C、D 之间没有干燥装置，没有处
理氢气的装置
(2)SiHCl3+5NaOH =Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O
(3) 高温灼烧 冷却 AC
【解析】氯化氢气体通入浓硫酸干燥后，在管式炉中和硅在高温下反应，生成三氯甲硅烷和氢气，由
于三氯甲硅烷沸点为31.8℃，熔点为-126.5℃，在球形冷凝管中可冷却成液态，在装置C 中收集起来，氢
气则通过D 装置排出同时D 可处理多余吸收的氯化氢气体。(1)制备SiHCl3时，由于氯化氢、SiHCl3和氢气
都是气体，所以组装好装置后，要先检查装置气密性，然后将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中，通入氯化氢
气体，排出装置中的空气，一段时候后，接通冷凝装置，加热开始反应，当管式炉中没有固体剩余时，即
硅粉完全反应，SiHCl3易水解，所以需要在C、D 之间加一个干燥装置，防止D 中的水蒸气进入装置C 中，
另外氢氧化钠溶液不能吸收氢气，需要在D 后面加处理氢气的装置；(2)已知电负性Cl＞H＞Si，则SiHCl3
中氯元素的化合价为-1，H 元素的化合价为-1，硅元素化合价为+4，所以氢氧化钠溶液和SiHCl3反应时，
要发生氧化还原反应，得到氯化钠、硅酸钠和氢气，化学方程式为：SiHCl3+5NaOH
=Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O；(3)m1g 样品经水解，干燥等预处理过程得到硅酸水合物后，高温灼烧，在干
燥器中冷却后，称量，所用仪器包括坩埚和干燥器，所得固体氧化物为二氧化硅，质量为m2g，则二氧化
硅的物质的量为n(SiO2)=
，样品纯度为
=
。
2．(2021·山东卷，18)六氯化钨(WCl6)可用作有机合成催化剂，熔点为283℃，沸点为340℃，易溶于
CS2，极易水解。实验室中，先将三氧化钨(WO3)还原为金属钨(W)再制备WCl6，装置如图所示(夹持装置
略)。回答下列问题：
2
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(1)检查装置气密性并加入WO3。先通N2，其目的是________________________；一段时间后，加热
管式炉，改通H2，对B 处逸出的H2进行后续处理。仪器A 的名称为________，证明WO3已被完全还原的
现象是________________________________。
(2)WO3完全还原后，进行的操作为：①冷却，停止通H2；②以干燥的接收装置替换E；③在B 处加装
盛有碱石灰的干燥管；④……；⑤加热，通Cl2；⑥……。碱石灰的作用是___________________；操作④
是________，目的是_______________________。
(3)利用碘量法测定WCl6产品纯度，实验如下：
①称量：将足量CS2(易挥发)加入干燥的称量瓶中，盖紧称重为m1g；开盖并计时1 分钟，盖紧称重为
m2g；再开盖加入待测样品并计时1 分钟，盖紧称重为m3g，则样品质量为_________g(不考虑空气中水蒸
气的干扰)。
②滴定：先将WCl6转化为可溶的Na2WO4，通过IO3
-离子交换柱发生反应：WO4
2-
+Ba(IO3)2=BaWO4+2IO3
-；交换结束后，向所得含IO3
-的溶液中加入适量酸化的KI 溶液，发生反应：IO3
-
+5I-+6H+=3I2+3H2O；反应完全后，用Na2S2O3标准溶液滴定，发生反应：I2+2S2O3
2-=2I-+S4O6
2-。滴定达终点
时消耗cmol•L-1的Na2S2O3溶液VmL，则样品中WCl6(摩尔质量为Mg•mol-1)的质量分数为
________________。称量时，若加入待测样品后，开盖时间超过1 分钟，则滴定时消耗Na2S2O3溶液的体
积将______ (填“偏大”“偏小”或“不变”)，样品中WCl6质量分数的测定值将_____ (填“偏大”“偏
小”或“不变”)。
【答案】(1)排除装置中的空气 直形冷凝管 淡黄色固体变为银白色
(2)吸收多余氯气，防止污染空气；防止空气中的水蒸气进入E 再次通入N2 排除装置中的H2
(3)①( m3+m1- 2m2) ②
% 不变 偏大
【解析】(1)用H2还原WO3制备W，装置中不能有空气，所以先通N2，其目的是排除装置中的空气；
由仪器构造可知仪器A 的名称为直形冷凝管；WO3为淡黄色固体，被还原后生成W 为银白色，所以能证
明WO3已被完全还原的现象是淡黄色固体变为银白色；(2) 由信息可知WCl6极易水解，W 与Cl2反应制取
WCl6时，要在B 处加装盛有碱石灰的干燥管，防止空气中的水蒸气进入E 中，所以碱石灰的作用其一是吸
收多余氯气，防止污染空气；其二是防止空气中的水蒸气进入E；在操作⑤加热，通Cl2之前，装置中有多
3
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余的H2，需要除去，所以操作④是再次通入N2，目的是排除装置中的H2；(3) ①根据分析，称量时加入足
量的CS2，盖紧称重为m1g，由于CS2易挥发，开盖时要挥发出来，称量的质量要减少，开盖并计时1 分钟，
盖紧称重m2g，则挥发出的CS2的质量为(m1- m2)g，再开盖加入待测样品并计时1 分钟，又挥发出(m1- m2)g
的CS2，盖紧称重为m3g，则样品质量为：m3g+2(m1- m2)g-m1g=( m3+m1- 2m2)g；②滴定时，根据关系式：
WO4
2-~2IO3
-~6I2~12 S2O3
2-，样品中n(WCl6)=n(WO4
2-)=
n(S2O3
2-)=
cV
10-3mol，m(WCl6)=
cV
10-
3mol
Mg/mol=
g，则样品中WCl6的质量分数为：
100%=
%；根据测定原理，称量时，若加入待测样品后，开盖时间超过1 分钟，挥发的CS2的质量增大，m3偏小，
但WCl6的质量不变，则滴定时消耗Na2S2O3溶液的体积将不变，样品中WCl6质量分数的测定值将偏大。
3．(2022·北京卷，16)煤中硫的存在形态分为有机硫和无机硫(CaSO4、硫化物及微量单质硫等)。库仑
滴定法是常用的快捷检测煤中全硫含量的方法。其主要过程如下图所示。
已知：在催化剂作用下，煤在管式炉中燃烧，出口气体主要含O2、CO2、H2O、N2、SO2。
(1)煤样需研磨成细小粉末，其目的是___________。
(2)高温下，煤中CaSO4完全转化为SO2，该反应的化学方程式为___________。
(3)通过干燥装置后，待测气体进入库仑测硫仪进行测定。
已知：库仑测硫仪中电解原理示意图如下。检测前，电解质溶液中
保持定值时，电解池不工作。
待测气体进入电解池后，SO2溶解并将I3
-还原，测硫仪便立即自动进行电解到
又回到原定值，测定结
束，通过测定电解消耗的电量可以求得煤中含硫量。
①SO2在电解池中发生反应的离子方程式为___________。
②测硫仪工作时电解池的阳极反应式为___________。
4
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(4)煤样为
，电解消耗的电量为x 库仑，煤样中硫的质量分数为___________。
已知：电解中转移
电子所消耗的电量为96500 库仑。
(5)条件控制和误差分析。
①测定过程中，需控制电解质溶液
，当
时，非电解生成的I3
-使得测得的全硫含量偏小，生成
I3
-的离子方程式为___________。
②测定过程中，管式炉内壁上有SO3残留，测得全硫量结果为___________。(填“偏大”或“偏小”)
【答案】(1)与空气的接触面积增大，反应更加充分
(2)2CaSO4
2CaO+2SO2↑+O2↑
(3) SO2+I3
-+H2O=3I—+SO4
2-+4H+ 3I——2e—=I
(4)
(5) I2+I—= I3
- 偏低
【解析】(1)煤样研磨成细小粉末后固体表面积增大，与空气的接触面积增大，反应更加充分；(2)由题
意可知，在催化剂作用下，硫酸钙高温分解生成氧化钙、二氧化硫和水，反应的化学方程式为2CaSO4
2CaO+2SO2↑+O2↑；(3)①由题意可知，二氧化硫在电解池中与溶液中I3
-反应生成碘离子、硫酸根
离子和氢离子，离子方程式为SO2+ I3
-+H2O=3I—+SO4
2-+4H+；②由题意可知，测硫仪工作时电解池工作时，
碘离子在阳极失去电子发生氧化反应生成碘三离子，电极反应式为3I——2e—= I3
-；(4)由题意可得如下关系：
S—SO2— I3
-—2e—，电解消耗的电量为x 库仑，则煤样中硫的质量分数为
×100%=
；
(5)①当pH<1 时，非电解生成的碘三离子使得测得的全硫含量偏小说明碘离子与电解生成的碘反应生成碘
三离子，导致消耗二氧化硫的量偏小，反应的离子方程式为I2+I—=I 3
-；②测定过程中，管式炉内壁上有三
氧化硫残留说明硫元素没有全部转化为二氧化硫，会使二氧化硫与碘三离子反应生成的碘离子偏小，电解
时转移电子数目偏小，导致测得全硫量结果偏低。
目前管式炉设备出现于题中，其作用一般仅限于实验加热仪器，可以有效控制温度，进行化学分析、
物理鉴定时对于样品加热时使用。
1．(2024·山东烟台高三期中)三氯化铬(CrCl3)是常用的媒染剂和催化剂，易潮解，易升华，高温下易被
氧气氧化。实验室用Cr2O3和CCl4 (沸点76.8℃)在高温下制备无水CrCl3，同时生成COCl2气体。实验装置
(加热及夹持装置略)如图所示。
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已知：COCl2气体有毒，遇水发生水解产生两种酸性气体。
回答下列问题：
(1)实验装置合理的连接顺序为a→ →d。
(2)制备CrCl3时进行操作：(i)连接装置，……；(ii)装入药品并通入N2；加热石英管至400℃；(ⅲ)停止
通入N2，加热E 装置；(iv)加热石英管继续升温至650℃，直到B 中反应基本完成，切断管式炉的电源；
(v)停止E 装置加热，继续通入N2一段时间；(vi)装置冷却后，结束制备实验。
①补全步骤i 的操作 。
②实验过程中为了形成稳定的CCl4气流，对E 装置加热的最佳方式是 ，装置E 中长颈漏
斗的作用是 。
③步骤v 中“继续通入N2一段时间”的目的是 。
(3)装置D 中反应的离子方程式为 。
(4)测定CrCl3产品的纯度，实验如下：
①取mg CrCl3产品，在强碱性条件下，加入过量30%H2O2溶液，小火加热使CrCl3完全转化为
CrO4
2-，继续加热一段时间；
②冷却后，滴入适量的稀硫酸和浓磷酸，使CrO4
2-转化为Cr2O7
2-，加适量的蒸馏水配成250.00mL 溶液；
③取25.00mL 溶液，用新配制的
的NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点，重复3 次，平均消耗
NH4)2Fe(SO4)2标准溶液VmL(已知Cr2O7
2-被
还原为Cr3+)。
则样品中CrCl3 (摩尔质量为M g·molˉ1)的质量分数为 %；若步骤③中所用标准溶液已变
质，将导致CrCl3质量分数测定值 (填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。
【答案】(1)ef→bc→gh
(2) 检查装置气密性 (76.8°C 以上)水浴加热 平衡压强(调节N2的气体流速、检验后面装置是
否堵塞) 将COCl2完全排入装置D 被充分吸收
(3) COCl2+4OH-=CO3
2-+2Cl-+2H2O
(4)
偏高
【解析】三氯化铬易潮解，易升华，高温下易被氧气氧化，所以实验过程中要确保装置内不能存在氧
气和水蒸气，A 装置的作用是干燥N2，E 装置用N2将CCl4导入装置参与反应，F 装置作用是防止水蒸气进
入反应装置，C 装置作用是收集气体，D 装置是处理COCl2尾气，B 装置是发生装置。整个反应流程先用
干燥的N2排除装置内空气，然后再通入N2将CCl4气体带入装置，与B 中的Cr2O3反应，生成的COCl2有
毒气体用C 装置收集，与D 装置中NaOH 溶液反应从而进行吸收处理，为防止D 装置中水蒸气进入反应装
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置，还有在C 和D 装置中间加一个干燥装置F。(1)实验装置合理的连接顺序为a→ef→bc→gh→d；(2)①有
气体参与或生成的实验，实验前必须先检查装置的气密性，故(i)连接装置，检查装置气密性；②实验过程
中为了形成稳定的CCl4气流，反应温度低于100°C，故对E 装置加热的最佳方式是(76.8°C 以上)水浴加热，
装置E 中长颈漏斗的作用是平衡压强(调节N2的气体流速、检验后面装置是否堵塞)；③COCl2有毒，结束
时用N2将COCl2完全排入装置D 被充分吸收，防止污染空气；(3)装置D 中可以看做是COCl2先与水反应
生成二氧化碳和氯化氢，二氧化碳和氯化氢再与氢氧化钠反应，故反应的离子方程式为COCl2+4OH-=CO3
2-
+2Cl-+2H2O；(4)由得失电子守恒，原子守恒可知，测定过程中的物质的量的关系为：2CrCl3～2CrO4
2-～
Cr2O7
2-～6(NH4)2Fe(SO4)2，产品中CrCl3的物质的量为：
=
，产品中的CrCl3的质
量分数表达式为
，产品中CrCl3的质量分数表达式为
%；若步骤③中所用标准溶
液已变质，则滴定时消耗的标准液体积偏大，将导致CrCl3质量分数测定值偏高。
2．(2024·山东济南高三期中)三四氢呋喃合氯化铬[CrCl3(THF)3]是一种重要的有机反应的催化剂。某研
究小组以Cr2O3 (绿色固体)、CCl4四氢呋喃(
，简写为THF)等物质为原料制备三四氢呋喃合氯化铬
的过程如下。
Ⅰ．制备无水CrCl3
回答下列问题：
(1)本实验持续通入N2的目的为 。
(2)反应管的温度升到660℃时发生反应，生成CrCl3和COCl2 (光气)，其化学方程式为 。
Ⅱ．合成CrCl3(THF)3
已知：①四氢呋喃(THF)为常见的有机溶剂，沸点66℃。
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②制备CrCl3(THF)3的主要反应：
。
③CrCl3与CrCl3(THF)3都极易与水反应，铬(Ⅱ)对CrCl3(THF)3的合成有催化作用
实验步骤如下：将制备的无水CrCl3和极少量锌粉放入滤纸套筒内，双颈烧瓶中加入足量无水THF，
实验时烧瓶中THF 受热蒸发，蒸气沿“索氏提取器”导管2 上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒内与
套简内的固体物质接触发生反应。当液面达到“索氏提取器”虹吸管3 顶端时，经虹吸管3 返回双颈烧瓶。
从而实现了THF 与CrCl3的连续反应及产物的连续萃取。
(3)加入少量Zn 粉的目的是 。
(4)试剂A 应为 (填写编号)。
a．H2O b．NaOH 溶液 c．浓硫酸
(5)双颈烧瓶中四氢呋喃的作用是① 、② 。
(6)本实验使用索氏提取器的优点是： 。
(7)合成反应完成后，取下双颈烧瓶，蒸发THF 得到固体产品4.60g。则该实验的产率为 %
(保留小数点后两位)。[已知：Cr2O3的摩尔质量为152g/mol；CrCl3(THF)3的摩尔质量为374.5g/mol]
【答案】(1)赶尽反应装置中的空气，将四氯化碳吹入管式炉中
(2) Cr2O3+3CCl4
2CrCl3+3COCl2
(3)还原Cr3＋为Cr2＋，加快反应的进行
(4)c
(5)作反应物 作萃取剂
(6)溶剂可循环使用，使用量减少；生成物溶于THF 被分离，可提高转化率
(7)61.42
【解析】实验室制备无水CrCl3的反应原理为：Cr2O3+3CCl4
2CrCl3+3COCl2。利用氮气和热水加
热将四氯化碳转化为气态进入管式炉与氧化铬反应得到氯化铬，利用无水氯化钙防止水蒸气进入管式炉，
并用氢氧化钠溶液吸收COCl2；合成CrCl3(THF)3首先在圆底烧瓶中加入无水四氢呋喃，在滤纸套筒加入无
水CrCl3和锌粉，开始加热四氢呋喃蒸气通过联接管进入提取管在冷凝管中冷凝回流到滤纸套筒中进行反
应，从而生成产物。(1)本实验持续通入N2的目的是赶走体系中原有的空气和将四氯化碳吹入到管式炉中。
(2)反应管的温度升到660℃时发生反应，生成CrCl3和COCl2 (光气)，根据原子守恒配平其化学方程式为
Cr2O3+3CCl4
2CrCl3+3COCl2。(3)CrCl2是反应的催化剂，Zn 具有还原性，与Cr3＋反应生成Cr2＋，加
快反应的进行。(4)已知CrCl3与CrCl3(THF)3都极易与水反应，则试剂A 为浓硫酸，能吸收水蒸气，故选
c；(5)CrCl3(THF)3易溶于四氢呋喃，故双颈烧瓶中四氢呋喃除作为反应物外还有一个用途是萃取剂；(6)本
实验使用索氏提取器的优点是：溶剂可循环使用，使用量减少；生成物溶于THF 被分离，可提高转化率。
(7)根据铬元素守恒可知，1.52g Cr2O3的物质的量为0.01mol，理论上可制得0.02mol CrCl3(THF)3，即
7.49g，所以本实验的产率为
。
3．MnSO4晶体是一种易溶于水的微红色晶体，某校同学设计实验制备并检验MnSO4的性质。回答下
列问题：
(1)甲组同学设计用SO2和适量纯净的MnO2制备MnSO4，其装置如下：
8
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①A 装置中固体药品X(正盐)通常是________________(填化学式)。
②B 装置中通SO2的导管末端接多孔球泡的目的是__________________________________。
(2)乙组同学定性检验甲组同学的产品中Mn2＋的存在，取少量晶体溶于水，加入(NH4)2S2O8溶液，滴入
硝酸银(作催化剂)，微热振荡，溶液显紫色，发生反应的离子方程式为________________________。
(3)丙组同学为检验无水MnSO4(接近白色)的热分解产物，将MnSO4晶体脱水后放入下图所示的装置中，
打开K1和K2，缓慢通入N2，加热，硬质玻璃管中最后得到黑色固体。
①检验分解的气态产物中是否有SO2及SO3，装置E、F 中的溶液依次是____、____(填字母)。
a．Ba(NO3)2溶液 b．BaCl2溶液 c．品红溶液 d．浓硫酸
②若D 中得到的黑色粉末为Mn3O4，E、F 中均有明显现象，则D 中发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(4)丁组同学设计实验，以丙组同学得到的黑色粉末为原料，利用铝热反应原理将其还原为金属锰，所
需的药品除氯酸钾外，还需要__________________________________。
【答案】(1)①Na2SO3 ②增大SO2与液体的接触面积
(2)2Mn2＋＋5S2O＋8H2O=====2MnO＋10SO＋16H＋
(3)①b c ②3MnSO4=====Mn3O4＋SO2↑＋2SO3↑ (4)铝粉、镁条
【解析】(1)①A 装置制备二氧化硫气体，实验室一般用亚硫酸盐与浓硫酸制备，固体药品X 通常是
Na2SO3。②B 装置中通SO2的导管末端接多孔球泡的目的是增大SO2与液体的接触面积。(2)根据题意，
Mn2＋与(NH4)2S2O8溶液以硝酸银作催化剂，微热振荡反应，溶液显紫色，说明生成高锰酸根离子，锰元素
化合价升高，则硫元素化合价降低生成硫酸根离子，故反应的离子方程式为：2Mn2 ＋＋5S2O＋
8H2O=====2MnO＋10SO＋16H＋。(3)①检验分解的气态产物中是否有SO2及SO3，检验三氧化硫时，为防
止二氧化硫的干扰，用氯化钡溶液检验，二氧化硫用品红溶液检验，装置E、F 中的溶液依次是BaCl2溶液、
品红溶液。②D 中得到的黑色粉末为Mn3O4，E、F 中均有明显现象，说明生成SO2及SO3，反应的化学方
程式为：3MnSO4=====Mn3O4＋SO2↑＋2SO3↑。(4)利用铝热反应原理将其还原为金属锰，所需的药品有铝
粉，氯酸钾作供氧剂，还需要点燃的镁条提供高温条件。
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