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第五章 非金属及其化合物
第25 讲 常见气体的实验室制备、净化和收集
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核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点
考点1 常见气体制备发生装置★★☆☆☆
考点2 气体的除杂方法★★★☆☆
考点3 气体的收集方法★★★☆☆
考点4 尾气处理的原因、方法及装置★★★☆☆
（星级越高，重要程度越高）
限时训练挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
1.常见气体制备发生装置
依据制备气体所需的反应物状态和反应条件，可将发生装置分为三类：
(1)固体＋固体
气体
(2)固体＋液体(或液体＋液体)
气体
(3)固体＋液体(不加热)—→气体
制备气体：选择合适的药品和装置能制取中学化学中常见的气体。
1
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[应用举例]
根据试剂和反应条件选择合适的装置制取中学化学中常见的气体。
制取气体
选用试剂
选用上述装
置(填字母)
NH3
①氯化铵与消石灰
a
②浓氨水与碱石灰
e
CO2
①碳酸钠与稀硫酸
e
②石灰石与稀盐酸
e 或
f 或
g
Cl2
①二氧化锰与浓盐酸
c 或
d
②KMnO4与浓盐酸
e
O2
①KMnO4
a
②过氧化氢和二氧化锰
e
乙烯
乙醇和浓硫酸
b
乙炔
电石和饱和食盐水
e
2.气体的除杂方法
(1)除杂试剂选择的依据：主体气体和杂质气体性质上的差异，如溶解性、酸碱性、氧化性、还原性。
除杂原则：①不损失主体气体；②不引入新的杂质气体；③在密闭装置内进行；④先除易除的杂质气
体。
(2)气体净化装置
[应用举例]
选择合适的试剂和装置除去下列气体中的杂质。
气体(括号
内为杂质)
除杂试剂
选择上述
装置(填编号)
H2(HCl)
水
Ⅰ
N2(NH3)
水
Ⅰ
NO(NO2)
水
Ⅰ
CO(CO2)
NaOH
溶液
Ⅰ
2
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碱石灰
Ⅱ
或
Ⅲ
CO2(CO)
灼热的
CuO
Ⅳ
O2(H2S)
硫酸铜溶液
Ⅰ
3.气体的收集方法
收集
方法
收集气体
的类型
收集装置
可收集的
气体(举例)
排水法
难溶于水或微溶于水，且不与
水反应的气体
O2、H2、NO、
CO 等
排
空
气
法
向上排空气法
密度大于空气且不与空气中的
成分反应
Cl2、SO2、
NO2、CO2等
向下排空气法
密度小于空气且不与空气中的
成分反应
H2、NH3等
4.尾气处理的原因、方法及装置
(1)原因：有些气体有毒或有可燃性，任其逸散到空气中，会污染空气或者引发火灾、爆炸等灾害。
(2)处理方法：一般根据气体的相关性质，使其转化为非气态物质或无毒物质，如酸性有毒气体用碱溶
液吸收，可燃性气体用点燃等措施。
(3)尾气处理装置(见图a、b、c)
①实验室制取Cl2时，尾气的处理可采用b 装置。
②制取CO 时，尾气的处理可采用a、c 装置。
③制取H2时，尾气的处理可采用a、c 装置。
【真题挑战】
3
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1.(2024·河北，10)图示装置不能完成相应气体的发生和收集实验的是(加热、除杂和尾气处理装置任选)(
)
选项
气体
试剂
A
SO2
饱和Na2SO3溶液＋浓硫酸
B
Cl2
MnO2＋浓盐酸
C
NH3
固体NH4Cl＋熟石灰
D
CO2
石灰石＋稀盐酸
【答案】C
【解析】如图所示的气体发生装置为固液加热型或固液、溶液不加热型；气体收集装置，长进短出为向上
排空气法，短进长出为向下排空气法，装满水后短进长出为排水法。饱和Na2SO3溶液和浓硫酸反应制
SO2，采用固液不加热发生装置，SO2密度比空气大，采用向上排空气法收集，A 不符合题意；MnO2和浓
盐酸加热反应制Cl2，采用固液加热发生装置，Cl2密度比空气大，采用向上排空气法收集，B 不符合题意；
固体NH4Cl 与熟石灰加热制NH3，采用固固加热发生装置，NH3密度比空气小，采用向下排空气法收集，
C 符合题意；石灰石(主要成分为CaCO3)和稀盐酸反应制CO2，采用固液不加热发生装置，CO2密度比空气
大，采用向上排空气法收集，D 不符合题意。
2.(2023·天津，9)实验室制备和收集相应气体可使用下图装置的是( )
A.Fe 与稀硝酸反应制NO
B.MnO2与浓盐酸共热制备Cl2
C.NaOH 与浓氨水制备NH3
D.Na2SO3与浓硫酸制备SO2
【答案】D
【解析】NO 与O2反应生成NO2，不能用排空气法收集NO，故不选A；二氧化锰与浓盐酸共热制备Cl2，
缺少加热装置，故不选B；氨气的密度比空气小，需要用向下排空气法收集NH3，故不选C；Na2SO3与浓
硫酸反应生成SO2，SO2密度比空气大，用向上排空气法收集SO2，故选D。
4
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3.(2023·北京，8)完成下述实验，装置或试剂不正确的是( )
A.实验室制Cl2
B.实验室收集C2H4
C.验证NH3易溶于水且溶液呈碱性
D.除去CO2中混有的少量HCl
【答案】D
【解析】Na2CO3与HCl、CO2均发生反应，不能达到除杂的目的，应该选用饱和NaHCO3溶液，D 项错误。
4.(2024·北京丰台区高三模拟)实验室制备下列气体，所选试剂、制备装置及收集方法均正确的是( )
选项
气体
试剂
制备装置
收集方法
A
NH3
NH4Cl
a
e
B
Cl2
MnO2＋
浓盐酸
c
d
C
SO2
Cu＋
浓硫酸
b
d
D
NO2
Cu＋
浓硝酸
b
f
【答案】B
【解析】NH4Cl 受热分解生成NH3和HCl 气体，二者在试管口遇冷又重新生成NH4Cl，A 不合题意；实验
室采用MnO2和浓盐酸共热的方法来制备Cl2，故可选用装置c，氯气密度比空气的大，采用向上排空气法
收集，选用装置d，B 符合题意；Cu 与浓硫酸需在加热条件下才能反应制得SO2，应选用装置c，SO2密度
比空气的大，采用向上排空气法收集，选用装置d，C 不合题意；Cu 和浓硝酸反应不需要加热，故可选择
装置b，但NO2与水会反应，不能采用排水法收集，D 不合题意。
5
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5.(2024·安徽1 月适应性测试)实验是探究元素化合物性质的重要方法。利用如图实验装置和下列试剂能
实现相应元素不同价态间转化的是( )
选项
试剂
元素不同价态间的转化
a
b
c
A
70%
硫酸
亚硫
酸钠
新制
氯水
S
＋6
→S
＋4
→S
＋6
B
稀硫酸
硫化
亚铁
氯化铁
溶液
Fe
＋2
→Fe
＋3
→Fe
＋2
C
浓硝酸
铜片
水
N
＋5
→N
＋4
→N
0
D
浓盐酸
高锰
酸钾
溴化钾
溶液
Cl
−1
→Cl
0
→Cl
−1
【答案】D
【解析】70%硫酸和亚硫酸钠反应生成SO2，S 元素的化合价没有变化，故A 不符合题意；稀硫酸和硫化
亚铁溶液反应生成H2S 和FeSO4，铁元素的化合价没有变化，故B 不符合题意；浓硝酸和铜片反应生成
NO2，N 元素的化合价从＋5 价变为＋4 价，NO2和水反应生成HNO3和NO，N 元素的化合价从＋4 价变为
＋5 价和＋2 价，故C 不符合题意；浓盐酸和高锰酸钾反应生成Cl2，Cl 元素的化合价从－1 价变为0 价，
Cl2和溴化钾溶液反应生成KCl 和Br2，Cl 元素的化合价从0 价变为－1 价，故D 符合题意。
6.根据实验目的设计的如图装置的连接正确的是( )
A.制备收集C2H4：连接a→c→g
B.制备收集NO：连接b→c→e→d
C.制备收集NH3：连接b→d→e→c
D.制备收集Cl2：连接a→f→c→e→d
【答案】D
7.某同学设计利用如图装置制备硫酸锰。
6
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(1)盛放70%H2SO4的仪器名称是 ，其中导管a 的作用是 。
(2)单向阀b 的作用是 。
(3)装置Ⅱ中反应的化学方程式： ，其中“多孔球泡”的作用是 。
(4)装置Ⅲ烧杯中的溶液是 ，倒扣漏斗的作用是 。
【答案】(1)恒压滴液漏斗 平衡气压，便于硫酸顺利滴下 (2)防止倒吸 (3)SO2＋MnO2===MnSO4 增大
反应物的接触面积，加快反应速率，增大二氧化硫的吸收效率 (4)氢氧化钠溶液 防止倒吸
【限时训练】（限时：60 分钟）
[分值：100 分]
(选择题1~6 题，每小题5 分，7~13 题，每小题6 分，共72 分)
1.(2024·湖南衡阳高三联考)实验室用MnO2固体和浓盐酸制备纯净的Cl2时用不到的实验仪器有( )
A.①②④⑤
B.③⑥
C.②③⑤
D.③④⑤
【答案】B
【解析】用MnO2固体和浓盐酸制备纯净的Cl2，属于固体和液体反应且需加热，故①②⑤都能用到；装置
③为100 mL 容量瓶，此实验不需要配制溶液；收集到的氯气密度比空气大，可用向上排空气法收集，故
装置④能用到；装置⑥为长颈漏斗，无法控制浓盐酸的流速，此实验需用分液漏斗。
2.(2021·海南，3)用如图装置制取干燥的气体(a、b 表示加入的试剂)，能实现的是( )
选项
气体
a
b
7
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A
H2S
稀H2SO4
FeS
B
O2
H2O2溶液
MnO2
C
NO2
浓HNO3
铁片
D
NH3
浓氨水
CaO
【答案】B
【解析】H2S 与浓硫酸反应，故不能用浓硫酸干燥H2S，故A 错误；发生反应：2H2O2
2H2O＋
O2↑，浓硫酸可以干燥氧气，故B 正确；常温下，铁片遇浓硝酸发生钝化，故不能制取二氧化氮气体，故
C 错误；氨气与浓硫酸反应，故不能用浓硫酸干燥氨气，故D 错误。
3.(2021·全国乙卷，8)在实验室采用如图装置制备气体，合理的是( )
选项
化学试剂
制备气体
A
Ca(OH)2＋NH4Cl
NH3
B
MnO2＋HCl(浓)
Cl2
C
MnO2＋KClO3
O2
D
NaCl＋H2SO4(浓)
HCl
【答案】C
【解析】氨气的密度比空气小，不能用向上排空气法收集，故A 错误；二氧化锰与浓盐酸共热制备氯气为
固液加热反应，不能选用固固加热装置，故B 错误；二氧化锰和氯酸钾共热制备氧气为固固加热的反应，
氧气的密度大于空气，可选用向上排空气法收集，故C 正确；氯化钠与浓硫酸共热制备HCl 为固液加热反
应，不能选用固固加热装置，故D 错误。
4.(2022·山东，11)某同学按图示装置进行实验，欲使瓶中少量固体粉末最终消失并得到澄清溶液。下列物
质组合不符合要求的是( )
8
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气体
液体
固体粉末
A
CO2
饱和Na2CO3溶液
CaCO3
B
Cl2
FeCl2溶液
Fe
C
HCl
Cu(NO3)2溶液
Cu
D
NH3
H2O
AgCl
【答案】A
【解析】通入CO2气体依次发生反应：CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3、CaCO3＋H2O＋
CO2===Ca(HCO3)2，由于在相同温度下NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，最终瓶中仍有白色晶体析出，不会
得到澄清溶液，A 项选；通入Cl2，发生反应：Cl2＋2FeCl2===2FeCl3、2FeCl3＋Fe===3FeCl2，最终Fe 消失
得到澄清溶液，B 项不选；通入HCl，N O3
−在酸性条件下会表现强氧化性，发生离子反应：3Cu＋8H＋＋
2NO3
−===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，最终Cu 消失得到澄清溶液，C 项不选；AgCl 在水中存在溶解平衡：
AgCl(s)
Ag＋(aq)＋Cl－(aq)，通入NH3后，Ag＋与NH3结合生成[Ag(NH3)2]＋，促使溶解平衡正向移动，
最终AgCl 消失得到澄清溶液，D 项不选。
5.下列实验装置正确的是( )
【答案】A
【解析】实验室可以用MnO2和浓盐酸在加热条件下制备Cl2，故A 正确；实验室可以用MnO2催化H2O2分
解制备O2，用浓硫酸干燥O2，O2的密度大于空气，可以用向上排空气法收集，应该长管进、短管出，故B
错误；收集NH3时，导管应伸入试管底部，故C 错误；铜和浓硫酸在加热的条件下反应生成二氧化硫，二
氧化硫可以使石蕊溶液变红，但不能用浸有稀硫酸的棉花团吸收过量的二氧化硫，应该用浸有NaOH 溶液
的棉花团，故D 错误。
9
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6.NaH 是有机合成中用途很广泛的物质。已知NaH 遇水蒸气剧烈反应，某小组设计如图实验装置制备
NaH。下列说法不正确的是( )
A.安全漏斗的作用是液封
B.装置A 中的试剂是稀硝酸和粗锌
C.装置B 中的试剂是浓硫酸
D.实验开始后先启动A 中反应，再点燃C 处酒精灯
【答案】B
【解析】加入液体后，部分液体存于漏斗上部弯管中起液封作用，避免氢气从漏斗中逸出，A 正确；硝酸
具有强氧化性，与Zn 反应不生成氢气，B 错误；B 是干燥氢气的装置，B 中试剂为浓硫酸，C 正确；先启
动A 中反应，利用生成的氢气将装置中的空气排出，防止钠与氧气反应，后点燃C 处酒精灯，D 正确。
7.FeCl3(易升华)是常见的化学试剂，可通过如图实验制备FeCl3，下列说法错误的是( )
A.装置F 的作用是尾气吸收，并防止空气中的水蒸气进入收集器
B.硬质玻璃管直接连接收集器的优点是不因FeCl3固体积聚而造成堵塞
C.实验室配制FeCl3溶液时应先将FeCl3固体溶于少量盐酸，再加水稀释
D.实验开始时，应先点燃D 处酒精灯，后点燃A 处酒精灯
【答案】D
【解析】A 装置是氯气的发生装置，B 装置除去氯气中的氯化氢，C 为干燥装置，D 为氯气与铁的反应装
置，E 为氯化铁的收集装置，氯化铁易水解，故F 装置是尾气吸收装置并防止空气中的水蒸气进入收集器，
A 正确；FeCl3蒸气遇冷变为固体，若导管较细，容易堵塞，所以硬质玻璃管直接连接收集器，B 正确；
FeCl3固体溶于水发生水解，配制FeCl3溶液时应先将FeCl3固体溶于少量盐酸，抑制水解，再加水稀释，C
正确；实验开始时，应先点燃A 处酒精灯，至装置中充满氯气后，再点燃D 处酒精灯，D 错误。
8.根据装置和下表内的物质(省略夹持、净化以及尾气处理装置，图1 中虚线框内的装置是图2)，其中能完
成相应实验目的的是( )
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选
项
a 中的
物质
b 中的
物质
实验目的、试剂和操作
实验目的
c 中的物质
进气方向
A
稀硝酸
Cu
收集
贮存NO
水
N→M
B
浓硝酸
Na2SO3
检验SO2
的氧化性
品红溶液
M→N
C
浓氨水
碱石灰
收集贮
存氨气
饱和NH4Cl
溶液
N→M
D
浓盐酸
MnO2
检验Cl2
的氧化性
Na2S 溶液
M→N
【答案】A
【解析】稀硝酸和Cu 反应生成NO，NO 不溶于水，不与水反应，用排水法收集NO，进气方向是N→M，
故A 符合题意；浓硝酸具有强氧化性，与Na2SO3反应生成硫酸盐和NO2气体，因此无法检验SO2的氧化性，
故B 不符合题意；由于氨气极易溶于水，因此氨气溶于饱和NH4Cl 溶液，不能用排饱和NH4Cl 溶液的方法
来收集氨气，故C 不符合题意；二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应，而该实验没有加热装置，因此不能
产生氯气，故D 不符合题意。
9.(2024·安徽淮北高三质量检测)实验室中用如图装置，以氨气和钠为原料加热至350~360 ℃制备氨基钠
(NaNH2)，并检验气体产物。已知：NaNH2极易水解。下列说法正确的是( )
A.装置A 中的药品是氯化铵固体
B.装置B 和装置D 均只起到干燥作用
C.实验时先点燃C 处酒精灯，再点燃A 处酒精灯
D.装置E 中黑色粉末变成红色，证明有氢气生成
【答案】D
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【解析】氯化铵固体受热分解生成氨气和HCl 气体，二者在试管口遇冷又会反应生成氯化铵，不能通过加
热氯化铵的方法制备氨气，A 错误；实验时，应先点燃A 处酒精灯排尽装置内的空气，再点燃C 处酒精灯，
C 错误；氢气和CuO 在加热条件下反应生成红色的Cu 单质，装置E 中黑色粉末变成红色，证明有氢气生
成，D 正确。
10.用如图所示装置制备氨并验证氨的还原性，其中不能达到实验目的的是( )
A.用装置甲生成氨
B.用装置乙干燥氨
C.用装置丙验证氨的还原性
D.用装置丁和戊分别收集氨和氮气
【答案】D
【解析】反应2NH4Cl＋Ca(OH)2
CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 可用于制备氨，A 正确；NH3是碱性气体，可
用碱石灰进行干燥，B 正确；装置丙发生反应3CuO＋2NH3
3Cu＋N2＋3H2O，可验证氨的还原性，C
正确；氨的密度比空气小，收集时应从短管进长管出，D 错误。
11.实验室常利用难挥发性酸制备易挥发性酸，用浓硫酸与硝石(NaNO3)反应可制备少量HNO3，反应装置
如图所示，下列说法不正确的是( )
A.反应的化学方程式为NaNO3＋H2SO4(浓)
NaHSO4＋HNO3↑
B.反应温度如果过高，制得的HNO3可能会呈现黄色
C.曲颈甑是一种原始的蒸馏烧瓶，为了增强冷凝效果可以在长颈上再接一根长玻璃管
D.可从实验室中选无色、透明、洁净的试剂瓶盛装制得的浓硝酸
【答案】D
【解析】反应温度如果过高，HNO3分解生成NO2，NO2溶于HNO3使制得的HNO3呈现黄色，B 正确；实
验室中浓硝酸应保存在棕色瓶内，防止其见光分解，D 错误。
12.某实验小组拟利用如图装置制取干燥的氮气。下列说法错误的是( )
12
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A.装置Ⅰ中发生反应的化学方程式为NaNO2＋NH4Cl
NaCl＋N2↑＋2H2O
B.加热片刻后需要将酒精灯移开，说明该反应是放热反应
C.装置Ⅱ的作用是冷凝水蒸气
D.在装置Ⅲ末端收集纯净干燥的N2只能用向下排空气法
【答案】D
【解析】因移开酒精灯后反应仍能进行，说明该反应是放热反应，B 项正确；根据化学方程式可知产物中
有水蒸气，为便于干燥，可用装置Ⅱ冷凝大部分水蒸气，再用装置Ⅲ进行干燥，C 项正确。
13.(2025·合肥模拟)氯化锌易潮解、易升华。从市售的氯化锌[含Zn(OH)Cl]中制备无水氯化锌，装置如图所
示，管式炉有升温和降温的调节功能。下列说法错误的是( )
A.恒压滴液漏斗、倒置漏斗的作用分别是平衡气压、防止倒吸
B.通入装置中的N2必须是干燥的
C.在尾气吸收装置前应增加一个盛有浓硫酸的洗气瓶
D.管式炉Ⅰ采取阶段式升温，实验结束时先撤去管式炉Ⅰ，再撤去管式炉Ⅱ
【答案】D
【解析】氯化锌易吸水潮解，所以需要通入干燥的N2，B 项正确；尾气吸收装置中含水，会使ZnCl2潮解，
所以尾气吸收装置前应增加一个盛有浓硫酸的洗气瓶，C 项正确。
14.(12 分)实验室常见气体制备装置及收集方法如图。
(1)实验室中可用装置a 制取O2或NH3，反应的化学方程式分别为 ， 。
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(2)实验室中可用装置b 制取O2、NH3、Cl2、CO2、SO2、NO2等气体，则制取Cl2的化学方程式为
，制取NO2的化学方程式为 。
若利用该装置用浓氨水和NaOH 固体制取NH3，其原理是 。
(3)实验室用过氧化氢溶液及少量MnO2制取O2，可选用 (填字母)装置收集O2。
【答案】(1)2KMnO4
K2MnO4＋MnO2＋O2↑(或2KClO3
2KCl＋3O2↑)
Ca(OH)2＋2NH4Cl
CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
(2)2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
把氨水滴加到NaOH 固体上，NaOH 溶于水放出热量可促进NH3·H2O 的分解；NaOH 溶于水电离产生的
OH－促使平衡NH3＋H2O
NH3·H2O
NH 4
＋＋OH－逆向移动，导致放出NH3 (3)c 或e
15.(16 分)铬酰氯是一种无机化合物，化学式为CrO2Cl2，熔点为－96.5 ℃，沸点为117 ℃，常温下为深红
棕色液体，放置在空气中会迅速挥发并水解，主要在有机合成中作氧化剂、氯化剂和溶剂。在实验室中可
由重铬酸钾、浓硫酸与氯化钠反应得到铬酰氯，反应机理：浓硫酸先分别与重铬酸钾和氯化钠反应生成
CrO3和氯化氢气体两种中间产物，然后CrO3迅速与氯化氢气体反应生成铬酰氯。实验装置如图(夹持装置
略)：
(1)A 的名称是 。B 的进水口为 (填“a”或“b”)。
(2)浓硫酸在反应前应冷却至0 ℃左右，其目的是
。
(3)写出CrO3与氯化氢气体反应生成铬酰氯的化学方程式： 。
(4)投料时，加入过量氯化钠粉末可以显著增大铬酰氯的产率，原因是 。
(5)反应结束后，用电热套加热装置A，收集117 ℃左右的馏分，收集装置选用冰水浴的目的是
。
(6)图中C 装置未画出，应为下列装置中的哪一种 (填字母)，该装置的作用是
。
【答案】(1)圆底烧瓶 b (2)防止温度过高，反应速率过快 (3)CrO3＋2HCl===CrO2Cl2＋H2O
14
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(4)加入过量氯化钠可产生过量的氯化氢气体，使更多的CrO3参与反应 (5)将CrO2Cl2蒸气迅速冷凝，便于
收集，提高产率(或减缓铬酰氯挥发) (6)B 吸收未参与反应的HCl 气体和逸出的铬酰氯蒸气；防止空气
中的水蒸气进入装置
15
