四川省瀘縣第二中學(xué)(646106) 劉 宇

噴泉實驗、尾氣吸收、啟普發(fā)生器、恒壓分液漏斗等化學(xué)實驗或者儀器的使用都涉及到壓強差原理,但是在原理的分析時有的學(xué)生一知半解,導(dǎo)致對問題的分析混亂、模糊,不能得出準確的解釋,實驗時不能作出正確的選擇。本文通過對壓強差原理及實例探析,幫助學(xué)生分析原理、樹立解答化學(xué)實驗試題的信心。

1 利用壓強差的實驗操作

例1：(1)如圖1(a)所示裝置,在錐形瓶中加入足量的下列物質(zhì),能產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象的是( )。

A.碳酸鈉和稀鹽酸

B.氫氧化鈉和稀鹽酸

C.銅和稀硫酸

D.硫酸銅和氫氧化鈉溶液

(2)如圖1(b)所示裝置,在錐形瓶外放一個水槽,瓶中加入酒精,水槽中加入冰水后,再加入足量的下列物質(zhì),產(chǎn)生了噴泉,問水槽中加入的物質(zhì)可以是( )。

A.濃硫酸 B.食鹽

C.硝酸鉀 D.硫酸銅

圖1 例1圖示

答案：(1)A；(2)A。

解題思路：從以上2個實驗裝置圖中不難發(fā)現(xiàn),改變上部燒瓶壓強不可能,因此可以考慮增大下部氣體的壓強。裝置(a)中,在錐形瓶中存在化學(xué)反應(yīng),結(jié)合PV＝nRT,若反應(yīng)生成氣體,可使得下部壓強增大,結(jié)合選項易得答案。裝置(b)中不存在化學(xué)反應(yīng),結(jié)合PV＝nRT,考慮對體系升溫,也可以達到增加下部氣體壓強要求,結(jié)合選項易得答案。

歸類點拔：(1)噴泉的形成原理是通過改變一方的壓強形成壓強差,可以減小一端壓強,也可以增加一端的壓強。

(2)只要利用了壓強差的都可以類比噴泉實驗來解題。

例2：(節(jié)選)1,2-二溴乙烷可作抗爆劑的添加劑。圖2為實驗室制備1,2-二溴乙烷的裝置圖,圖中分液漏斗和燒瓶a中分別裝有濃硫酸和無水乙醇,d裝置試管中裝有液溴。

圖2 例2圖示

表1 相關(guān)物質(zhì)性質(zhì)

安全瓶b在實驗中有多重作用,其一是可以檢查實驗進行中d裝置中導(dǎo)管是否發(fā)生堵塞,請寫出發(fā)生堵塞時瓶b中的現(xiàn)象：___________________；如果實驗時d裝置中導(dǎo)管堵塞,你認為可能的原因是_____________________；安全瓶b還可以起到的作用是_______________________________________。

答案：b中長直玻璃管內(nèi)液柱上升；過度冷卻,產(chǎn)品1,2-二溴乙烷在裝置d中凝固；防倒吸。

解題思路：當(dāng)d裝置中導(dǎo)管發(fā)生堵塞時,氣體流動不暢,安全瓶b中壓強增大,導(dǎo)致安全瓶b中長直玻璃管內(nèi)液柱上升。由于1,2-二溴乙烷的熔點為9.79℃,如果d裝置燒杯中冰水溫度過低,1,2-二溴乙烷凝固,d裝置導(dǎo)管中發(fā)生堵塞。因此,安全瓶b還可以起到防倒吸的作用。

拓展延伸：在傳輸氣體的導(dǎo)管中部接入裝置(短進短出的導(dǎo)管用于排氣、中間一導(dǎo)管或者漏斗插入溶液),可用于快速觀察出氣的導(dǎo)管是否堵塞或者氣流太快排放不及時而發(fā)生危險。

2 消除壓強差的實驗操作

例3：已知HCl難溶于CCl4,在圖3所示裝置中,不適宜于HCl氣體尾氣吸收的是( )。

圖3 例3圖示

答案：B。

解題思路：將HCl通過倒扣的漏斗進行吸收并將漏斗口置于液面,一方面接觸面積大,另一方面由于裝置冷卻導(dǎo)致的壓強差會使水倒吸入漏斗,但漏斗口會迅速和液面脫離,故A項合理。將倒扣的漏斗伸入液面下,水會倒吸入熱的發(fā)生裝置從而發(fā)生危險,故B項不合適。將CCl4置于水的下層,HCl通過導(dǎo)管進入CCl4層,氣體上升至水層被吸收,但HCl難溶于CCl4,即使存在壓強差也僅僅使得導(dǎo)管中形成CCl4液柱(消耗掉壓強差后穩(wěn)定),不會有冷溶液倒入發(fā)生裝置而發(fā)生危險,故C項合理。將HCl通過干燥管通入水,若出現(xiàn)壓強差水也只是倒吸入干燥管球體中即可消除壓強差的影響,不會發(fā)生危險,故D項合理。

能力提升：倒吸是化學(xué)實驗中的一種常見實驗現(xiàn)象,教學(xué)中常講倒吸的原因是由于反應(yīng)器冷卻過程中使得其內(nèi)壓強減小,與外部環(huán)境形成壓強差,大氣壓將冷的水(或溶液)壓入反應(yīng)器中使得熱的發(fā)生裝置驟冷發(fā)生爆炸。但實際上壓強差會導(dǎo)致導(dǎo)管中液柱的形成,只有形成的液柱吸收(反應(yīng)或者溶解)體系內(nèi)的氣體,持續(xù)形成的壓強差將液柱壓回?zé)岬陌l(fā)生裝置,這時水才會進入到發(fā)生裝置而出現(xiàn)裝置炸裂的危險。

例4：(節(jié)選)某課外活動小組欲利用CuO與NH3反應(yīng),研究NH3的某種性質(zhì)并測定其組成,設(shè)計了如圖4所示的實驗裝置(夾持裝置未畫出)進行實驗。請回答下列問題：

圖4 例4圖示

(1)儀器A中導(dǎo)管的作用是_______________；

(2)讀取氣體體積前,應(yīng)對裝置F進行的實驗操作是______________________________________。

答案：(1)平衡分液漏斗內(nèi)溶液壓強,使得溶液能順利流下。

(2)慢慢上下移動右邊漏斗,使左右兩管液面相平。

解題思路：(1)該裝置是由普通分液漏斗改進制成,添加橡膠管是為了消除液面上下的壓強差,在重力作用下濃氨水流入燒瓶進行反應(yīng)。

(2)F裝置在接入前,兩端液面相平。產(chǎn)生氣體進入量氣管后,左側(cè)液面下降、右側(cè)液面上升,瓶內(nèi)壓強與大氣壓不相等,不能利用體積計算收集氣體的物質(zhì)的量,重新調(diào)平兩側(cè)液面,即可通過大氣壓折算出氣體物質(zhì)的量。

能力提升：本題的兩個裝置均是為了消除壓強差對實驗產(chǎn)生的影響。用于實驗時分液漏斗中添加的是易揮發(fā)的溶液(如濃氨水、濃硝酸等)或是易被空氣中氣體污染的溶液(如氫碘酸溶液等)。添加橡膠管能保證溶液不與空氣接觸,且可平衡分液漏斗內(nèi)溶液壓強,使液體順利流下。

類似壓強差這樣的化學(xué)實驗原理在化學(xué)實驗中的應(yīng)用很常見,探析原理本質(zhì),方能快速、正確的解答相關(guān)問題,從源頭上解決問題。