例析气体压强在全国卷实验综合题中的考查

福建 洪兹田 新疆 张新芹

压强是物理中常用的物理量，压强对气体的影响最大。在全国卷高考理综化学试题中常常遇到和气体压强有关的实验，与气体压强结合的化学实验综合题成为近几年高考的热点和难点。现对气体压强在全国卷高考化学实验大题中的考查方式进行梳理总结并建构思维模型，希望对以气体压强为背景的化学实验大题的复习有所帮助。

一、气体压强在高考试题中的命题趋势和考查特点

1.命题趋势

表1 近四年全国卷高考题中的气体压强问题

2.考查特点

分析2016～2019年全国卷理综化学试题中涉及气体压强的实验大题，不难发现近4年气体压强的应用呈现高频考查的趋势，特别是在全国卷Ⅰ中。

(1)从引起气体压强变化的原因看，考查重点主要集中在两大类：

①基于气体温度变化引起的气体压强变化

例如，2017年全国卷Ⅰ26(1)和(3)分别考查因温度升高引起的气体压强增大、因温度降低引起的气体压强减小。

②基于气体物质的量变化(含溶解或反应)引起的气体压强变化

例如，2019年全国卷Ⅰ27(2)考查因反应进行，导致气体的物质的量减少，引起气体压强减小；2018年全国卷Ⅰ26(3)考查因反应进行导致气体的物质的量增大，引起气体压强增大；2016年全国卷Ⅰ26(1)②考查因气体溶解导致气体的物质的量减小，引起气体压强减少；2016年全国卷Ⅰ26(2)③④考查因反应导致气体的物质的量减小，引起气体压强减小。

另外，由理想气体状态方程：pV=nRT(R为常数)可知，影响气体压强(p)变化的因素除了上述的气体温度(T)、气体物质的量(n)外，还有气体体积(V)的变化。当气体体积V增大(扩容)时，气体压强p增大；当气体体积V减小(压缩)时，气体压强p减小。当然，此类因素在实验综合题中也可能涉及。

(2)从气体压强变化对实验进行的作用看，考查重点主要集中在两大类：

①利用气体压强变化保障实验顺利进行

例如，2018年全国卷Ⅰ26(3)考查利用反应产生的高压氢气将CrCl2溶液压入另一个装置并与醋酸钠反应生成醋酸亚铬。2017年全国卷Ⅰ26(3)考查利用降温引起负压，锥形瓶中的蒸馏水倒吸，从而用来清洗仪器。2017年全国卷Ⅰ26(1)考查利用安全管防止水蒸气发生器内由于气压太大造成的橡皮塞脱落。

②防止气体压强变化对实验造成干扰

例如，2019年全国卷Ⅰ27(2)和2016年全国卷Ⅰ26(1)②均是考查利用倒扣漏斗防止气体压强变化引起液体发生倒吸。

二、气体压强在化学实验中的应用思维模型

三、气体压强在高考实验大题中的深度应用

【例1】(2016·全国卷Ⅰ·26节选)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：

(1)氨气的制备

A

B

C

D

E

F

②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→____________(按气流方向，用小写字母表示)。

(2)氨气与二氧化氮的反应

将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。

操作步骤实验现象解释原因打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中①Y管中红棕色气体慢慢变浅②反应的化学方程式:8NH3+6NO2催化剂7N2+12H2O将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温Y管中有少量水珠生成的气态水凝聚打开K2③ ④

【答案】d→c→f→e→i

【解析】(1)②本题考查吸收NH3的试剂和利用倒扣的漏斗作为防倒吸装置来保证实验的顺利进行。NH3易溶于水，因此可用水作为吸收剂。同时，为了防止液体发生倒吸，故选用倒扣的漏斗作为防倒吸装置。综上，F为合适装置。

【思维模型】

【答案】(2)③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少(产物H2O为液体)，恢复到室温，Y管中压强小于外界压强

【思维模型】

回答下列问题：

(1)a的作用是________________。

(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、K3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是____________________；打开k2放掉水。重复操作2～3次。

【答案】(1)避免b中压强过大

【解析】(1)本题考查利用安全管保持气压稳定，从而保证实验顺利进行。导管a与大气相连，当装置b中压力过大时，安全管a中液面上升，使装置b中压力稳定。

【思维模型】

【答案】(3)c中温度下降，管路中形成负压

【解析】(3)本题考查利用降温引起负压，使锥形瓶中的蒸馏水倒吸，从而清洗仪器。加热b后水蒸气进入装置c，停止加热后，导致装置c内温度降低、压强减小而发生倒吸。

【思维模型】

【例3】(2018·全国卷Ⅰ·26节选)醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示，回答下列问题：

(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却……

(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置，打开K1、K2，关闭K3。

①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色……

②同时c中有气体产生……

(3)打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是________________。

【答案】c中产生H2使压强大于大气压

【解析】本题考查利用反应产生的氢气使c中压强增大，将c中的CrCl2溶液压入d装置，使氯化铬和醋酸钠两种溶液混合并反应生成醋酸亚铬。打开K3，关闭K1和K2，由于c中锌继续与盐酸反应生成氢气，产生的H2使c中 压强大于大气压，故c中亮蓝色CrCl2溶液能流入d装置与CH3COONa溶液反应。

【思维模型】

【例4】(2019·全国卷Ⅰ·27节选)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如图所示：

回答下列问题：

(2)步骤②铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________(填标号)。

A

B

C

D

【答案】C

【解析】本题考查H2S气体的吸收试剂和利用倒扣的漏斗作为防倒吸装置保证实验的顺利进行。铁屑中含有的少量硫化物与H2SO4反应生成少量有剧毒的H2S气体，H2S气体易与NaOH溶液反应，因此可用NaOH溶液作为吸收剂(H2S气体在水中的溶解度不大，不宜用水作吸收剂)。同时，为了防止液体发生倒吸，选用倒扣的漏斗作为防倒吸装置。综上，C为合适的装置。

【思维模型】

四、气体压强在化学实验中的应用实例

1.装置气密性检查

图1-1

图1-2

图1-3

图1-4

图1-5

图1-6

【解读】化学实验中常见的6种检查装置气密性的装置，根据装置本身的特点不同，检查方法不尽相同，例如图1-1 微热法，图1-2、1-3液差法，图1-4气压法，图1-5抽气法，图1-6吹气法，但其原理相似。思维模型由学生自行完成。

2.倒吸的原理及应用

图2-1

图2-2

图2-3

图2-4

图2-5

所谓倒吸是由于装置内形成了负压，外界大气压将液体压入装置内的现象。利用倒吸原理，根据实验的具体要求有时需要产生倒吸。例如图2-5装置，氨气溶于水产生喷泉现象；有时又需要防止倒吸，例如图2-1、2-2与2-4装置；有时利用此原理平衡装置气压，例如图2-3装置。思维模型由学生自行完成。

3.平衡气压装置

图3-1

图3-2

图3-3

图3-4

【解读】平衡气压表现在定量测定气体体积时，常用到如图3-1所示排液量气装置，也可能是类似图3-2、3-3、3-4这样的平衡气压装置。思维模型由学生自行完成。

4.高压排液，物质制备

图4

【解读】以图4装置制备Fe(OH)2沉淀，操作如下：打开止水夹a，利用铁粉与稀硫酸反应产生的H2将装置中的空气排净；关闭止水夹a，A中产生的高压H2将FeSO4溶液排入B中，与NaOH溶液反应生成Fe(OH)2沉淀。由于生成的Fe(OH)2在H2的氛围中不易被氧化，故可明显观察到白色沉淀。思维模型由学生自行完成。

5.简易启普发生器

图5-1

图5-2

图5-3

图5-4

图5-5

【解读】以锌粒与稀硫酸反应制取氢气为例，在图5-1所示的装置中，打开活塞，向漏斗内加入稀硫酸，至浸没锌粒，反应开始，验纯，收集氢气，实现随开随用。关闭活塞，p内>p外，生成的H2将稀硫酸压到漏斗中使锌粒与酸液脱离，反应停止，实现随关随停。思维模型由学生自行完成。

6.储存气体

图6-1

图6-2

【解读】如图6-1所示，关闭弹簧夹Y，打开X，通入气体，漏斗内液面上升，气体储存在广口瓶中；关好弹簧夹X，打开Y，气体在液体的压力作用下，释放出来，供实验使用。思维模型由学生自行完成。

7.恒压漏斗

图7-1

图7-2

【解读】滴液漏斗侧管的两个作用：(1)在侧管作用下，漏斗内压强和装置内压强一样大，则在重力作用下液体可以顺利滴下(平衡压强，使液体顺利滴下)。(2)制取气体并测其体积时，侧管作用还有使滴入烧瓶的液体体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除加入的液体对气体体积的影响。思维模型由学生自行完成。

五、气体压强实验大题的考查趋势预测