借助数字化实验探究压强对化学平衡移动影响

王 春

(北京教育学院)

一、实验方案设计

二、实验仪器与药品

1.实验仪器

朗威©DISLab8.0数据采集器、压强传感器、20 mL 注射器(带针头)、具支试管(带橡胶塞)。

2.实验试剂

浓硝酸、铜片、浓磷酸、碘化钾。

三、实验操作步骤

1.按照图1所示组建好实验装置,检查装置的气密性。

图1 压强对平衡移动的影响实验装置图

2.连接计算机、数据采集器及压强传感器,打开计算机,进入V8.0“通用软件”。

3.打开通用软件界面,打开“组合图线”,添加“压强-时间”曲线。

4.分别进行下列两组实验:

实验一:在具支试管(支口处与压强传感器相连接)中加入少量铜片,用注射器(已插好橡胶塞)吸取5 mL浓硝酸到具支试管中,塞紧橡胶塞,制取一定体积的红棕色NO2气体。

实验二:采用固液加热反应装置,利用浓磷酸和碘化钾制备HI气体,并用向上排空气法收集到具支试管当中。

5.调整密闭装置中的气压约为1标准大气压,点击“开始”,通过外界压缩和拉伸注射器活塞,增大和减小体系压强,通过压强传感器记录平衡移动过程中压强的变化。

6.采集数据至反应完全后,点击软件“停止”按钮,停止采集,得到“压强-时间”曲线,重复进行平行实验三次,取其最佳相对平滑的实验数据曲线,见图2和图3。

图2 压强对2NO2(g)N2O4(g)平衡移动影响数据曲线

图3 压强对2HI(g)H2(g)+I2(g)平衡移动影响数据曲线

四、实验数据分析

(一)纵向线段分析

在上述实验数据图2和图3中所标识的纵向线段有AB段、CD段、EF段。从图中可以看出,纵向线段表示压强的瞬间变化,其中从A到B是瞬间减小体系的压强,C到D是瞬间增大体系的压强,E到F又是瞬间减小压强,结合横坐标时间轴可分析这些阶段只是外界条件压强的瞬时变化,对化学平衡尚没有产生实质影响。

(二)横向线段分析

五、实验结论

综合上述分析可知,对于反应前后气体分子数不相等的可逆反应,当其他条件不变时,如果增大压强,平衡向着气态物质体积减小方向移动;减小压强,平衡向着气态物质体积增大的方向移动;对于反应前后气体分子数相等的可逆反应,当其他条件不变时,如果增大或减小压强,平衡不发生移动。

借助数字化实验技术研究压强对化学平衡的影响,较为直观、清晰地呈现了体系压强的变化过程,使学生清楚地理解压强对化学平衡的影响,弥补了教材实验的不足,有效突破了教学中的重难点。