气体压强与化学实验

李天辉

化学是一门以实验为主的自然科学。化学实验的成败直接影响着课堂教学效果和科学研究的顺利展开。中学阶段我们所进行的化学实验基本上都是在大气环境中进行的，大气压强对实验的进行和结果产生比较明显的影响，如果能够有效地控制和利用气体压强，不但有助于实验的顺利进行，往往还会产生意想不到的奇特效果，激发学生学习化学的兴趣和热情。

一、利用气体压强检查装置气密性

气密性检查是气体制备和进行气体实验前必不可少的一个实验环节，可以帮助提高实验的准确性，通常是在加入反应物之前进行的。其原理和步骤主要是：首先将要检查的装置处理成一个密闭的体系，然后通过适当操作使密闭体系内的压强发生变化，使密闭体系内的压强大于或小于外界大气压，然后通过一些现象表现出来，如有没有气泡产生，有没有水柱形成等来确定装置的气密性好坏。

检查装置的气密性常用的方法有微热法和液面差法。微热法具体做法是：把烧瓶导管一端浸入水中处理成一个密闭体系，用双手捂住烧瓶，借助手的热量使容器内空气膨胀，这时容器内空气则从导管口形成气泡冒出，把手拿开，过一会儿，水会沿着导管上升，形成一段水柱，这就说明装置气密性良好。液面差法主要是针对启普发生器而言的，将导管上的活塞关闭，在球形漏斗中注入一定量的水，使水面达到球形漏斗的球体部位，停止加水后，水面能停留在某一位置保持一段时间不再下降，这样就说明装置不漏气。

二、利用气体压强巧做喷泉实验

喷泉是一种常见的自然现象，节日的广场上常看到一些人工喷泉，在化学实验中利用气体压强差，让液体在入口处的压强大于出口处的压强，当压强差达到一定值时就能形成喷泉。氯化氢气体和氨气由于极易溶于水，当在烧瓶内充满这种气体后，再向烧瓶内注入一定量的水，由于水和它们结合后，造成瓶内气体急剧减少，瓶内气压急剧降低，使瓶内气压远远小于瓶外气压，这时放在烧瓶下面烧杯中的液体，就会在外界大气压的作用下，沿着插在烧瓶上的导管进入烧瓶内，形成喷泉。这样的实验往往让学生记忆深刻，难以忘怀，对于培养学生学习化学的兴趣起到推波助澜的作用。

三、利用气体压强进行减压分馏

蒸馏和分馏是分离液体混合物的重要方法之一。它的原理是利用液体沸点的差异，将沸点较低的液体通过先汽化的方式，与沸点较高的液体分离。以石油的分馏为例，石油的分馏分为常压分馏和减压分馏两种。常压分馏得到低沸点汽油、柴油馏分，塔底产品为重油，但是重油在一定的温度下，容易与馏分中所含的大分子烃发生裂解反应，使馏出的油品变质，炭化结焦。为了解决这个问题，就必须在减压下分馏，因为液体的沸点和液体表面的气压密切相关，液体表面气压越小，液体沸点就越低，在减压条件下，重油可以在较低温度下分馏，避免了副反应的发生，提高了分馏产品的纯度。

四、利用气体压强指导漏斗和分液漏斗的使用

过滤时有时滤液会流得很慢，用分液漏斗组装气体发生器或进行分液时，分液漏斗中的液体往下流动的速度有时会由快变慢甚至停止。原因是什么呢？原来前者是因为滤纸与漏斗内壁之间存在许多气泡，受气泡中气压的影响，导致滤液不易透过滤纸而使过滤速度慢；后者则是因为分液漏斗上的盖子的凹槽与漏斗颈内的凹槽没有对齐，致使外面的空气无法进入，而里面的压强由于液体流下一部分后，气体体积增大压强减小而导致流速变慢甚至停止。因此在实验中，前者要注意使滤纸紧贴漏斗内壁，后者则应使分液漏斗内液体与外界大气相通，这样分液漏斗中的液体才会顺利流下。

五、气体压强与气体的溶解和吸收

气体的溶解度随着压强的增大而增大，通过增大压强的方式，可以有效地增大一些气体的溶解度，比如汽水等一些碳酸饮料，就是通过加压使CO2气体溶于水，从而制成的。实验室制备氯水时，由于氯气在水中的溶解度不大，可将氯气直接通入装有适量水的圆底烧瓶中，一方面由于氯气吸收较完全，不会发生倒吸，另一方面由于烧瓶口较小，减少了氯气的挥发，增大了氯气的蒸气压，从而增大了氯气的溶解度。

六、气体压强与爆炸的防控

在有些化学实验中，气体在有限的空间发生剧烈的反应时，放出大量的热和气体的量迅速增大，导致压强迅速增大，当超过了容器的承压能力时，如果不及时预防和处理，往往会导致爆炸的发生，因此在实验中我们必须时刻牢记，并注意以下问题。

1. 在点燃可燃性气体前要验纯。

2.用CO和H2在加热条件下还原CuO和Fe2O3时，要先通入一段时间的CO和H2，以排尽装置内的空气，再加热CuO和Fe2O3，防止加热过程中可能产生的爆炸。

3. 在气体参加反应的实验中，要防止导气管堵塞，气流不顺，否则气体越积越多，压强越来越大，有引起爆炸的危险。

4. 启普发生器式反应器不能用于反应非常剧烈的制气装置，这样即使当关闭活塞使反应停止时，也会使发生器内气压显著增大，有爆炸的危险。

由此可见，气体压强对化学实验的影响既有有利的一面，也有一些弊端。有时它是化学实验顺利进行不可缺少的条件，有时处理不当也会带来巨大的危险，因此进行实验时我们要合理分析，正确应用，这样才能确保实验成功。