气压变化对化学实验的影响

李德秀

（江苏省丰县实验中学江苏丰县221700）

气压变化对化学实验的影响

李德秀

（江苏省丰县实验中学江苏丰县221700）

化学是一门以实验为基础的自然科学，许多物质的变化以及变化规律都是通过实验手段被揭示的。初中化学实验多是与气体有关的实验，气压的变化会对这类实验的进行与结果产生十分明显的影响。许多实验的原理是利用气压的变化，如果气压控制不当，常常会造成实验失败，甚至发生事故。

一、气压变化对实验过程的有利影响

1.利用气压的变化对装置气密性的检查

气密性的检查是实验前必须的一项基本操作，尤其是有关气体的实验，为确保实验的成功，在加入药品前必须进行气密性的检查。气密性的检查原理是把有关装置与水构成一个密封的环境（液封），通过双手紧贴在容器外壁，或用酒精灯微热使装置内的气压发生改变，通过观察液面的变化（有无气泡或导管中有无水柱的形成及水柱高度的变化）来判断装置的气密性。

例如：用注射器检验实验室制取二氧化碳的发生装置的气密性（如图）。先从长颈漏斗口处注水，当水面超过长颈漏斗的下端，这时不论是推还是拉注射器的活塞，都能检验装置的气密性。

分析：当液面封住长颈漏斗的下端，另一出口与注射器连接，这时锥形瓶与注射器形成一个密封的环境。当推动注射器的活塞时，装置内的体积变小，气压增大，在长颈漏斗的下端就能形成一段水柱。若水柱能较长时间保持，则证明此装置的气密性良好。相反，当注射器的活塞向外抽动时，密封的空间增大，气压减小，外界空气就会沿着长颈漏斗进入密封的空间内，就会在锥形瓶底部水中形成气泡。不论是气泡还是水柱，都是装置内气压变化的具体表现，可以帮助人们判断装置的气密性的好坏。另外，不用注射器也可以检验此装置的气密性。除去注射器，用弹簧夹夹住导管上的胶皮管，通过长颈漏斗向装置内注水，至封住长颈漏斗下端的管口，使锥形瓶内形成一个密封的环境。当液面上升时，瓶内体积不断减小，气压不断增大，高于大气压，停止注水后，由于内外存在气压差，在长颈漏斗内就形成水柱，这也能证明装置的气密性良好。

总之，不论装置的具体情况如何，装置有多少个管口，在检验气密性时，都必须确保最少一个管口浸入水中（液封）。把其他管口封住（阻止与大气相通），使装置内部形成一个密封体系，通过人为加热或其他操作使密封体系的气压发生改变，使它与外界的大气形成气压差，通过液面变化、有无气泡、是否形成水柱等现象来确定该装置的气密性。

2.利用气压的变化进行的实验

（1）探究空气成分的实验

在探究空气成分的实验中，红磷在密闭的集气瓶中燃烧，消耗集气瓶中的氧气，且生成物五氧化二磷为固体，体积可以忽略不计，导致集气瓶内的气压下降。当温度下降到常温后，打开止水夹，在大气压作用下水沿导管进入集气瓶，从而补充因红磷燃烧而损失的氧气体积。当内外气压平衡后，进入水的体积就等于参加反应的氧气体积。这个实验不仅准确探究出空气中氧气的体积分数，还能得出氧气的一些性质。当装置漏气、红磷过少时，气压就不会降到准确值，从而影响实验的准确性。

（2）在实验室制取氢气的实验

在实验室制取氢气装置（如图）与其他装置相比最大的优点在于能随时控制反应（随用随制），其原因在于控制气压的变化。稀硫酸从长颈漏斗处注入，酸液没过塑料板并与上面的锌反应生成氢气。当关闭橡皮管处的弹簧夹时，产生的气体则无法排出，使试管内的压强逐渐变大，高于大气压，这样，就能把酸液压回长颈漏斗中，当液面降至塑料板以下时，酸液就与锌粒隔开，使反应停止，这样，内外气压差与长颈漏斗内液柱压强相等。当打开弹簧夹时装置内气体快速逸出，使气压下降，长颈漏斗内酸液重新流入试管内，并没过塑料板与锌重新反应。

（3）探究化学反应过程中伴随能量发生的实验

在“探究化学反应过程中伴随能量发生的实验”中（沪教版P13），试管内装入三根火柴，轻轻塞上橡皮塞，加热试管，使火柴燃烧放热，气压变大，橡皮塞弹出。这是利用化学反应放出的热能，使气压升高转换为橡皮塞的动能。在本实验中气压控制尤为重要，如果橡皮塞塞的太松，气压变化小，则实验现象不明显；如果橡皮塞塞的太紧，气压变化过大就可能会造成严重实验事故，导致对实验人员的伤害。

另外，“喷泉实验”则利用气体溶于液体或与液体反应，在容器内产生负压，液体在大气压作用下，从导管处喷涌而出形成喷泉。还有，把装有二氧化碳的矿泉水瓶加水密封后振荡，使二氧化碳溶于水，气压下降，瓶子变瘪。

以上这些实验的原理都是利用气压的变化。

三、气压变化对实验的不利影响

也有一部份实验或操作，因为气压变化而导致实验的失败甚至发生事故。

1.气压对过滤操作的影响

在过滤操作时，滤纸应紧贴在漏斗的内壁上。其原因在于，当它们之间存在气泡时，溶液流过气泡时在气泡中气压的影响下滤液流速会降低。另外，气泡存在还容易使滤纸破裂，造成实验失败。

2.气压的变化对某些实验的影响

（1）在“用高锰酸钾制取氧气”的实验中（沪教版P36-37），当排水收集满氧气后，应先把导管移出水面，再熄灭酒精灯。否则，因试管内的温度下降导致试管内的气压下降，在大气压的作用下，水会沿着导管进入试管，当接触到温度较高且干燥的试管时，会因温度骤变而炸裂。先移出导管，使空气进入试管，补充试管内因气温下降而减少的气压。

（2）在“探究质量守恒定律”的实验过程中（沪教版P96），当稀盐酸滴在装有大理石的小试管中时，会产生大量的二氧化碳气体，使锥形瓶内的气压升高，会使橡皮塞飞出，甚至能使锥形瓶炸裂。如果使气体外逸，就无法称量出所有的生成物的质量总和，天平无法重新平衡，就无法探究出质量守恒定律。而该实验的巧妙在于，在锥形瓶内小试管外加入澄清石灰水，用来吸收产生的二氧化碳，使装置的气压保持在一个相对稳定的状态，整个反应处在一个相对密封的环境内，以便研究这个反应所有反应物与生成物的质量关系，得到参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和的规律。

（3）在“一氧化碳与氧化铁反应”这个实验中（沪教版P119），应当在加入药品后先通入一氧化碳气体，排出装置内的空气后，再加热氧化铁。为什么要采用这一措施呢？这个反应在玻璃管内的有限空间内，若不按这个规定操作或空气没有安全排尽就加热，这时，一氧化碳就会与玻璃管内残留的氧气发生急速的燃烧，骤然产生大量的热，使装置内温度升高，气压变大，当超过玻璃管的承压能力，就会导致爆炸。当排尽装置内空气再加热一氧化碳就无法与氧气反应，只能与氧化铁反应，不会引起温度骤然变化，使气压处于相对平衡状态，从而还原出铁来。另外，在“双氧水分解制取氧气的实验”时（沪教版P37），打开开关过氧化氢溶液从长颈分液漏斗处缓缓流下，因为分液漏斗有塞子，液体流下，气体的体积逐渐变大，压强逐渐减小，从而导致过氧化氢溶液流速减缓甚至停止，所以有许多人做实验时索性拔下塞子，也有实验改进用橡胶管把锥形瓶与分液漏斗上端相连，使两者的气压相等，使液体顺畅的流下。

总之，气体压强变化在化学实验中是不能忽视的。我们不仅要考虑气压变化对实验的影响，还要分析气压变化的原因，才能趋利避害，让气压变化更好地服务于实验操作，从而把物质变化的规律更好更安全地展示在学生面前。

1008-0546（2010）04-0071-02

G633.8

B

10319/j.issn.1008-0546.2010.04.027