化学实验中的压强差问题
2015-05-29韦艳蓉
韦艳蓉
压强差问题在初中化学实验教学中频频出现，但学生对它的认识零碎而肤浅，缺少深入思考，具体表现为解决此类问题往往只凭经验。有鉴于此，笔者以教材实验为本，对初中阶段接触到的有关压强差问题的知识或实验进行了较为全面的归纳整理，力求形成解决此类问题的基本思路，达到触类旁通的目的。
一、压强差的产生
以初中化学教材中出现的装置为例（如图1所示），由实验产生的现象可以推知产生了压强差，进而推出产生压强差的方法。增大压强的方法主要有加热、加水、注气、溶解放热、化学反应（放出气体、放热）。减小压强的方法主要有降温、抽气、溶解吸热、化学反应（吸收气体、吸热）。
二、压强差的利用
（一）解释常见的现象
1.压强差使气球（或塑料瓶）胀大或变瘪（如图2所示）。
2.压强差使U形管液面发生变化[1]（如图3所示）。
3.压强差使液体（或气体）倒吸或被压出（如图4所示）。
（二）检查装置的气密性
实验装置检查气密性的方法有多种，以初中化学教材最基本的3套装置为例（如图5所示），可将气密性检查一般思路概括为：①制造密闭体系； ②改变压强；③观察现象。
装置改变，但检验思路一样。以干燥管为例，检查气密性的方法可以是：①关闭止水夹，将干燥管压入带有水的烧杯中[如图6（1）所示] ，若干燥管内液面低于烧杯内液体液面，且一段时间后，干燥管内的液面保持不变，则证明气密性好；②打开止水夹，导管口连注射器，把干燥管放入水中，慢慢拉注射器，若水进入干燥管，关闭止水夹，干燥管内液面保持不变，则证明气密性好；③打开止水夹，导管口连注射器，把干燥管放入水中[如图6（2）所示]，慢慢推注射器， 若干燥管口有气泡冒出， 则证明气密性好；④堵住干燥器一端，另一端连注射器，[如图6（3）所示]，若注射器难以推（拉）动，则证明气密性好。
（三）控制反应的发生和停止
以初中化学教材为例，利用长颈漏斗、多孔隔板组装成随开随用、随关随停的气体发生装置（如图7所示），原理是：夹紧止水夹后，容器内压增大，使反应物分离，反应停止。
其他随开随用、随关随停的气体发生装置（如图8所示），原理也是通过压强差使反应物分离反应停止。
（四）收集气体
以初中化学教材最基本的3套收集装置为例（如图9所示），收集装置选择的依据为：①气体的密度；②气体的溶解性；③气体是否与空气反应。
其他收集装置选择依据一样，但要注意气体的进口。如图10（1）所示，适用于不与水反应且不溶于水的气体，从B口进气。图10（2）所示，收集密度比空气小的气体时从B口进气，收集密度比空气大的气体时从A口进气。图10（3）所示，收集密度比空气小的气体时从A口进气，收集密度比空气大的气体时从B口进气。
（五）测定气体的体积
1.利用针筒直接收集读数（如图11所示）。
2.用气体将水排到量筒中间接测量（如图12所示）。但若气体和水反应或能溶于水，可在水面上加一层油或将水换成不与气体反应的液体。
3.用量气管收集读数（如图13所示）。
三、压强差的消除
（一）控制实验步骤
用量气管收集读数（如图13所示），必须调整量气管两边液面相平再读气体体积，以免气体受到水柱压力被压缩，体积读数偏小。
如“测定空气中氧气含量”实验，先等集气瓶冷却到室温，再打开止水夹让水倒流（如图14所示），以免红磷烧完立即打开止水夹时，集气瓶内温度过高、压强过大，倒流过来的水小于1/5。
“高锰酸钾（或氯酸钾和二氧化锰）制氧气”实验（如图15所示），实验结束时先将导管移出水面再熄灭酒精灯。以免先熄酒精灯时温度下降，试管内气压变小，水槽中的水倒流到试管中使试管炸裂。
“探究炼铁原理”实验（如图16所示），实验结束时先熄灭酒精灯，继续通CO直到玻璃管冷却。以免先熄酒精灯时温度下降，玻璃内气压变小，石灰水倒流。
（二）改进实验装置
1.改为恒压式
如实验室用分液漏斗装置（如图17所示）制取气体时，一段时间后液体滴下就不顺利了（气体制备过程中，气体产生速率太快而造成单位体积内气体分子数增多，气压增大）。可以在分液漏斗和圆底烧瓶间连一根胶皮管。这一改进使得分液漏斗与烧瓶内的压强始终相等，便于分液漏斗内的液体顺利流下，可以起到防止液体堵塞的作用。
2.改为防阻式
在容器口放一团蓬松的棉花（如图18所示），可以防止气压过大药品冲出容器。
3.改为防倒吸式
对于溶解度不大的气体，直接将导气管通入水中[如图19（1）所示]；对于溶解度较大的气体，要防止压强差产生倒吸现象[如图19的（2）-（4）所示]。
以上是笔者对实验中压强差的专题总结。通过这种以点带面的归纳整理，可以引导学生迅速寻找相关实验知识创造性的表达。在回顾整理过程中渗透研究问题的方法和一些重要的化学思想，从而提升学生的思维层次。
参考文献：
[1] 何双安.与“气压差”有关的化学实验问题[J].实验教学与仪器，2010（12）：19-20.
