再议压强差在化学实验中应用

2019-01-03四川省泸县第二中学646106

中小学实验与装备 2018年6期

四川省泸县第二中学(646106) 刘宇

喷泉实验、尾气吸收、启普发生器、恒压分液漏斗等化学实验或者仪器的使用都涉及到压强差原理,但是在原理的分析时有的学生一知半解,导致对问题的分析混乱、模糊,不能得出准确的解释,实验时不能作出正确的选择。本文通过对压强差原理及实例探析,帮助学生分析原理、树立解答化学实验试题的信心。

1 利用压强差的实验操作

例1：(1)如图1(a)所示装置,在锥形瓶中加入足量的下列物质,能产生喷泉现象的是( )。

A.碳酸钠和稀盐酸

B.氢氧化钠和稀盐酸

C.铜和稀硫酸

D.硫酸铜和氢氧化钠溶液

(2)如图1(b)所示装置,在锥形瓶外放一个水槽,瓶中加入酒精,水槽中加入冰水后,再加入足量的下列物质,产生了喷泉,问水槽中加入的物质可以是( )。

A.浓硫酸 B.食盐

C.硝酸钾 D.硫酸铜

图1 例1图示

答案：(1)A；(2)A。

解题思路：从以上2个实验装置图中不难发现,改变上部烧瓶压强不可能,因此可以考虑增大下部气体的压强。装置(a)中,在锥形瓶中存在化学反应,结合PV＝nRT,若反应生成气体,可使得下部压强增大,结合选项易得答案。装置(b)中不存在化学反应,结合PV＝nRT,考虑对体系升温,也可以达到增加下部气体压强要求,结合选项易得答案。

归类点拔：(1)喷泉的形成原理是通过改变一方的压强形成压强差,可以减小一端压强,也可以增加一端的压强。

(2)只要利用了压强差的都可以类比喷泉实验来解题。

例2：(节选)1,2-二溴乙烷可作抗爆剂的添加剂。图2为实验室制备1,2-二溴乙烷的装置图,图中分液漏斗和烧瓶a中分别装有浓硫酸和无水乙醇,d装置试管中装有液溴。

图2 例2图示

表1 相关物质性质

安全瓶b在实验中有多重作用,其一是可以检查实验进行中d装置中导管是否发生堵塞,请写出发生堵塞时瓶b中的现象：___________________；如果实验时d装置中导管堵塞,你认为可能的原因是_____________________；安全瓶b还可以起到的作用是_______________________________________。

答案：b中长直玻璃管内液柱上升；过度冷却,产品1,2-二溴乙烷在装置d中凝固；防倒吸。

解题思路：当d装置中导管发生堵塞时,气体流动不畅,安全瓶b中压强增大,导致安全瓶b中长直玻璃管内液柱上升。由于1,2-二溴乙烷的熔点为9.79℃,如果d装置烧杯中冰水温度过低,1,2-二溴乙烷凝固,d装置导管中发生堵塞。因此,安全瓶b还可以起到防倒吸的作用。

拓展延伸：在传输气体的导管中部接入装置(短进短出的导管用于排气、中间一导管或者漏斗插入溶液),可用于快速观察出气的导管是否堵塞或者气流太快排放不及时而发生危险。

2 消除压强差的实验操作

例3：已知HCl难溶于CCl4,在图3所示装置中,不适宜于HCl气体尾气吸收的是( )。

图3 例3图示

答案：B。

解题思路：将HCl通过倒扣的漏斗进行吸收并将漏斗口置于液面,一方面接触面积大,另一方面由于装置冷却导致的压强差会使水倒吸入漏斗,但漏斗口会迅速和液面脱离,故A项合理。将倒扣的漏斗伸入液面下,水会倒吸入热的发生装置从而发生危险,故B项不合适。将CCl4置于水的下层,HCl通过导管进入CCl4层,气体上升至水层被吸收,但HCl难溶于CCl4,即使存在压强差也仅仅使得导管中形成CCl4液柱(消耗掉压强差后稳定),不会有冷溶液倒入发生装置而发生危险,故C项合理。将HCl通过干燥管通入水,若出现压强差水也只是倒吸入干燥管球体中即可消除压强差的影响,不会发生危险,故D项合理。

能力提升：倒吸是化学实验中的一种常见实验现象,教学中常讲倒吸的原因是由于反应器冷却过程中使得其内压强减小,与外部环境形成压强差,大气压将冷的水(或溶液)压入反应器中使得热的发生装置骤冷发生爆炸。但实际上压强差会导致导管中液柱的形成,只有形成的液柱吸收(反应或者溶解)体系内的气体,持续形成的压强差将液柱压回热的发生装置,这时水才会进入到发生装置而出现装置炸裂的危险。

例4：(节选)某课外活动小组欲利用CuO与NH3反应,研究NH3的某种性质并测定其组成,设计了如图4所示的实验装置(夹持装置未画出)进行实验。请回答下列问题：