氣壓變化在解答實(shí)驗(yàn)題中的十大應(yīng)用

1、氣壓變化在解答實(shí)驗(yàn)題中的十大應(yīng)用江蘇省銅山中學(xué) 221116 董丙光一“H2還原CuO”實(shí)驗(yàn)中生成物Cu的冷卻操作要求是：待反應(yīng)完全后撤走酒精燈且繼續(xù)通H2至Cu冷卻為止。防止撤燈后的溫度驟降，造成裝置內(nèi)氣壓減小致使空氣倒吸入熱的試管中，這樣保證生成的銅不被氧化為CuO。即H2應(yīng)該“早出晚歸”。二檢驗(yàn)裝置的氣密性裝置氣密性的檢驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作之一。解答這類(lèi)題目要答準(zhǔn)、答全，既要答出操作方法，又要答出觀(guān)察到的現(xiàn)象，還要答出判斷氣密性是否良好的結(jié)論，三者缺一不可。檢驗(yàn)氣密性的常用方法有兩種：微熱法(如圖1)：用手捂熱試管(或用酒精燈微熱)，導(dǎo)氣管末端產(chǎn)生氣泡，松手后導(dǎo)管末端有一段水柱上升

2、，證明裝置氣密性良好(即“手捂加熱有氣泡，松手冷卻有液柱”)；液差法：圖2是啟普發(fā)生器，關(guān)閉導(dǎo)氣管，向球形漏斗中加水，使漏斗中的液面高于容器中的液面，一段時(shí)間后，液面差不變，說(shuō)明裝置氣密性良好；圖3裝置與啟普發(fā)生器類(lèi)似，檢驗(yàn)方法相同：圖4中乙管內(nèi)注入水后，上移乙管，使其液面比甲管高，固定后液面差不發(fā)生變化，證明裝置氣密性良好。 三測(cè)量氣體體積及讀取數(shù)據(jù)的策略 在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常用一個(gè)洗氣瓶（廣口瓶）和一個(gè)量筒組裝成量氣裝置(如圖5)，利用氣體的壓強(qiáng)將洗氣瓶中的液體壓入量筒，測(cè)量氣體的體積。例1 某化學(xué)課外活動(dòng)小組利用如圖所示的裝置將NO2和O2的混合氣通入水中反應(yīng)，并測(cè)定反應(yīng)后混合氣的體積。將標(biāo)

3、況下50mL NO2和10mL 02的混合氣通入反應(yīng)裝置后， (1)試計(jì)算反應(yīng)后剩余的氣體在標(biāo)況下的體積，為_(kāi)；(2)在讀取量氣管體積時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題是_。解析：(1)由反應(yīng)4NO2+02+2H20=4HNO3可知 N02剩余10mL，因3NO2+H20=2HN03+NO，故剩余的氣體為NO，共 10/3 mL。(2)在讀取量氣管體積時(shí)應(yīng)注意液面和視線(xiàn)的問(wèn)題。答案：(1) 103 mL (2)上下移動(dòng)量氣管，使前后兩次讀數(shù)時(shí)均保持量氣管內(nèi)液面和球形容器內(nèi)液面相平：讀數(shù)時(shí)視線(xiàn)應(yīng)與量氣管內(nèi)凹液面相切。四. 確定洗氣裝置中凈化劑的狀態(tài)及進(jìn)氣的方向 分析圖示的凈化裝置必有如下規(guī)律： (1) 若A管長(zhǎng)B管

4、短，則凈化劑(吸收劑)必為液體，且一定是A管進(jìn)氣B管出氣(長(zhǎng)進(jìn)短出)；(2)若氣流方向是短進(jìn)長(zhǎng)出，必會(huì)使液體受壓而流出，你能分析出其中 的“倒吸”道理嗎?A、B管如果均短(稍露出橡皮塞)，則凈化劑必為固體，由A或B管進(jìn)氣均可。五.液體的倒吸及防止將氣體通入某一液體或溶液中，如果該氣體極易溶解或反應(yīng)，就會(huì)使反應(yīng)容器內(nèi)壓強(qiáng)迅速減小，導(dǎo)致液體倒吸進(jìn)入反應(yīng)容器，發(fā)生危險(xiǎn)。所以要用防倒吸裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。我們平常所接觸到的，如用鋼筆吸取墨水，膠頭滴管吸取液體、移液管移取定量液體等都是倒吸原理的最直接應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)中吸收多余的易溶性氣體(如HCl、NH3、SO2、HBr等)時(shí)，常法是在導(dǎo)管末端連接一個(gè)倒扣的小漏斗

5、，且使其邊緣恰好與水面接觸。也可將導(dǎo)管末端直接脫離液面，但距水面以1-2mm為宜。其目的都是為了防止倒吸。例2 雙球洗氣管是一種多用途儀器，常用于雜質(zhì)去除、氣體干燥、氣體吸收(能防止倒吸)等實(shí)驗(yàn)操作。右圖是用水吸收下列某氣體時(shí)的情形，根據(jù)下面附表判斷由左方進(jìn)入的被吸收氣體是( ) AC12 BHCl CH2S DCO2解析：由這些常見(jiàn)氣體的溶解性關(guān)系可以知道HCl的溶解度最大，溶解的速率大于氣體進(jìn)入洗氣管的速率，導(dǎo)致洗氣管左側(cè)氣壓降低：出現(xiàn)如圖所示的情形。答案：B。六. 制備白色的Fe(OH)2在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中可利用氣壓將液體壓入另一反應(yīng)器以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。? 在右圖裝置中，用 NaOH溶液、鐵屑

6、、稀H2S04等試劑制備白色的Fe(OH)2沉淀。(1)在試管I里加入的試劑是_。(2)在試管里加入的試劑是_。 (3)為了制得白色Fe(OH)2沉淀，在試管I和中加入試劑，打開(kāi)止水夾，塞緊塞子后的實(shí)驗(yàn)步驟是_ (4)這樣生成的Fe(0H)2沉淀能較長(zhǎng)時(shí)間保持白色，其理由是_。解析：兩支試管，試管是開(kāi)口式，無(wú)法用產(chǎn)生的氣體將液體壓入試管I中，所以鐵屑和稀H2S04應(yīng)放在試管I中，試管中加入的是NaOH溶液。當(dāng)鐵與稀H2S04反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的H2可從試管I的短管中導(dǎo)出，可將試管I和試管中的空氣排盡。然后關(guān)閉止水夾，試管I內(nèi)產(chǎn)生的H2將試管I的FeS04等溶液壓入試管II中，與NaOH溶液反應(yīng)生成白

7、色的Fe(0H)2沉淀，整個(gè)過(guò)程都處于H2的環(huán)境中，F(xiàn)e(0H)2沉淀不會(huì)被氧化，可較長(zhǎng)時(shí)間保持白色。答案：(1)稀H2S04鐵屑 (2)NaOH溶液 (3)檢驗(yàn)試管出口處排出氫氣的純度，當(dāng)排出的H2純凈時(shí)，再夾緊止水夾。 (4)試管I中反應(yīng)生成的H2充滿(mǎn)了試管I和試管，且外界空氣不容易進(jìn)入。七.啟普發(fā)生器原理及裝置的變通設(shè)計(jì)例4 從下面三個(gè)反應(yīng)中可以用圖示這種隨制隨停的制氣裝置制取的氣體的是_ 大理石與鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳 黃鐵礦與鹽酸反應(yīng)制取硫化氫 用二氧化錳催化分解過(guò)氧化氫制氧氣 解析：?jiǎn)⑵瞻l(fā)生器制備氣體的條件：(1)塊狀固體與液體反應(yīng)；(2)反應(yīng)不需要加熱；(3)生成的氣體不溶于水。凡

8、符合以上三條的氣體制備，均可用該題裝置。顯然可行，不可行（二氧化錳是粉末而不是塊狀固體）。對(duì)于中 FeS2跟鹽酸怎樣反應(yīng)，卻是很陌生的。如果能積極聯(lián)想，疑慮自然排除。FeS2與 Na2O2在形式上相似，S和O又位于同一主族，聯(lián)想到022-與S22-在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上相似。 經(jīng)過(guò)以上的聯(lián)想，可以明確：FeS2不僅與鹽酸能反應(yīng)，而且產(chǎn)生是H2S。因此也可行這種以新情景聯(lián)系舊背景，將熟悉的知識(shí)、方法正向遷移到未知的領(lǐng)域，使其在新情景中開(kāi)花結(jié)果。這一過(guò)程就是創(chuàng)新，就是發(fā)展。如果在學(xué)習(xí)過(guò)程中，能經(jīng)常的運(yùn)用聯(lián)想，學(xué)生的創(chuàng)新能力一定會(huì)提高。 答案：例5 現(xiàn)有用品：儀器：?jiǎn)慰紫鹌と?、雙孔橡皮塞、球形干燥管、破底試

9、管、 U形管、塑料墊圈、塑料蓋、燒杯、銅絲、帶活塞的導(dǎo)管等。藥品：FeS固體、濃H2S04、蒸餾水、濃鹽酸、Na2S固體。試運(yùn)用創(chuàng)造性思維，設(shè)計(jì)出盡可能多的簡(jiǎn)易的能隨開(kāi)隨用、隨關(guān)隨停的H2S氣體發(fā)生器(畫(huà)出裝置圖)。答案:八.“噴泉”實(shí)驗(yàn)的變壓原理例6 “噴泉”是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，其產(chǎn)生原因是存在壓強(qiáng)差。(1)做氨的噴泉實(shí)驗(yàn)時(shí)，若要在圖(a)裝置中收集一瓶氨氣，氨氣應(yīng)由_口進(jìn)入，原因是_。 (2)某學(xué)生做噴泉實(shí)驗(yàn)時(shí)，用向下排空氣法在體積為V mL的燒瓶中收集氨氣，最后所得氣體對(duì)氫氣的相對(duì)密度為105，將此充滿(mǎn)氣體的燒瓶倒置于水中，瓶?jī)?nèi)水面上升到一定高度停止。則在同溫同壓下瓶?jī)?nèi)剩余氣體的體積為

10、_mL。 (3)如圖(b)為化學(xué)教材中所用的噴泉實(shí)驗(yàn)裝置。在燒瓶中充滿(mǎn)干燥的氣體，膠頭滴管及燒杯中分別盛有液體，下列組合中不可能形成噴泉是(填序號(hào))；HCl和H2O O2 和H2O NH3 和H2OCO2 和NaOH溶液 (4)某學(xué)生積極思考產(chǎn)生噴泉的其他方法，并設(shè)計(jì)了圖(c)所示的裝置。在圖(c)所示的錐形瓶中，分別加入足量的下列物質(zhì)，反應(yīng)后可能產(chǎn)生噴泉的是(填序號(hào)) Cu和稀H2S04 NaHCO3和Na0H溶液 CaC03和稀H2SO4 NH4HC03和稀鹽酸 (5)在圖(c)錐形瓶外放一水槽，瓶?jī)?nèi)加入酒精，水槽中加入冷水后，再加人足量的下列物質(zhì)，結(jié)果也產(chǎn)生了噴泉。水槽中可以加入的物質(zhì)可

11、以是(填序號(hào)) 濃H2S04 食鹽 硝酸鉀 硫酸銅 (6)比較圖(b)和圖(c)兩套裝置，以產(chǎn)生噴泉的原理來(lái)分析，圖(b)是_上部燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)；圖(c)_下部錐形瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)(填“增大”或“減小”)。城市中常見(jiàn)的人造噴泉及火山噴發(fā)的原理與上述圖 _(填“圖(b)”或“圖(c)”)裝置的原理相似。解析： (1)氣體的收集方法取決于氣體的物理性質(zhì)，NH3極易溶于水，且密度比空氣小(17<29)，因此，只能用向下排空氣法收集。采用圖(a)的裝置收集時(shí)，要分清空氣是從哪個(gè)導(dǎo)管中排出的。(2)根據(jù)所得氣體對(duì)氫氣的相對(duì)密度為105可知，燒瓶?jī)?nèi)氣體的相對(duì)分子質(zhì)量為21，說(shuō)明氨氣沒(méi)有收集滿(mǎn)，我們把燒瓶?jī)?nèi)氣

12、體看作是空氣和氨氣兩部分，根據(jù)空氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量29和氨氣的相對(duì)分子質(zhì)量17，采用“十字交叉”法可求出燒瓶中NH3與空氣的體積比。瓶?jī)?nèi)剩余氣體的體積V/3 mL 。(3)圖(b)裝置形成“噴泉”是因?yàn)闊績(jī)?nèi)氣體極易溶解于燒杯和滴管中的液體，使燒瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)突然減少而產(chǎn)生壓強(qiáng)差形成 “噴泉”。顯然只有中沒(méi)有壓強(qiáng)的變化。(4)圖(c)裝置恰恰相反，下部燒瓶中的物質(zhì)相互反應(yīng)產(chǎn)生氣體，使錐形瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)增大而產(chǎn)生壓強(qiáng)差,將液體從下瓶中壓入到上瓶形成噴泉.所給選項(xiàng)涉及到化學(xué)反應(yīng)為NaHCO3+NOH=Na2CO3+H2O CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2 NH4HCO3+HCl=NH4Cl+

13、CO2，注意CaSO4微溶于水,會(huì)使反應(yīng)生成的CO2氣體的量迅速減少而很快停止。只有符合題意。（5）酒精是易揮發(fā)物質(zhì)，當(dāng)溫度升高時(shí)酒精的揮發(fā)將加快，顯然濃硫酸遇水放出的大量熱提供了熱源。答案：（1）A NH3密度比空氣小 （2）V/3 Ml （3） （4） （5） （6）減小 增大 圖(c)例7 如圖(1)常溫下將H2S、S02以l：1充滿(mǎn)燒瓶，不久燒瓶中能觀(guān)察到的現(xiàn)象是_。 (2)若用C12代替S02，其余同圖，觀(guān)察到現(xiàn)象與(1)相同和不同之處分別為_(kāi)。解析： (1)由于有反應(yīng)2H2S+S02=3S +2H20 S02+2NaOH=Na2S03+H20導(dǎo)致燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小，造威壓強(qiáng)差形成噴泉。

14、(2)由于發(fā)生C12+H2S=S+2HCl，反應(yīng)前后氣體體積未變，未能形成壓強(qiáng)差，所以看不到噴泉現(xiàn)象。好多學(xué)生誤認(rèn)為HCl與NaOH反應(yīng)或溶解而形成噴泉，其實(shí)長(zhǎng)直玻璃導(dǎo)管導(dǎo)致HCl與NaOH溶液沒(méi)有接觸的機(jī)會(huì)（被空氣隔絕了）。答案：(1)燒瓶?jī)?nèi)壁有水珠且有黃色固體析出。NaOH溶液噴入燒瓶?jī)?nèi)。 (2)有黃色晶體析出，無(wú)噴泉現(xiàn)象。九“噴煙”及“雙噴泉”現(xiàn)象的產(chǎn)生 例8 如圖所示，實(shí)驗(yàn)前a、b、c活賽均關(guān)閉。(1)若要在裝置中產(chǎn)生“噴煙”現(xiàn)象，其操作方法是 _ (2)若要產(chǎn)生雙噴泉現(xiàn)象，最佳的操作方法是_。解析:(1)先打開(kāi)a、c、活塞(保證氣路的暢通)，再擠壓膠頭滴管（原 理是：NH3溶解的瞬間必導(dǎo)致左燒瓶中的HCl迅速倒吸進(jìn)入右燒瓶并敷劇烈反應(yīng)NH3+HCl=NH4C1而產(chǎn)生“發(fā)煙”現(xiàn)象)。(2)的最佳操作是先擠壓膠頭滴管，再打開(kāi)a、c活塞，最后打開(kāi)b活塞(為什么呢?)。 答案: 略十易拉罐變形例9 在鋁制易拉罐內(nèi)充滿(mǎn)C02氣體，再加入20ml 6 mol.L-1NaOH溶液(足量)并立即