小小毛细管 实验大作用

毛细管的内径通常在几毫米到几微米之间，由玻璃或塑料等制成，因管径细如毛发故称毛细管．小小的毛细管在实验中发挥着重要作用，也在近几年的新高考化学实验题中高频出现．本文例析相关问题和知识，以期对毛细管的作用有全面的认识．（说明：为了节约篇幅，凸显毛细管的作用，本文节选部分试题，如若需要可查阅完整试题．）

１ 应用于平衡气压、加速气体逸出、防暴沸等

例１ 高技术领域常使用高纯试剂，纯磷酸（熔点为４２℃，易吸潮）可通过市售８５％磷酸溶液减压蒸馏除水、结晶除杂得到，纯化过程需要严格控制温度和水分，温度低于２１℃易形成２H３PO４H２O（熔点为３０℃），高于１００℃则发生分子间脱水生成焦磷酸等．某兴趣小组为制备磷酸晶体设计的实验装置如图１所示（夹持装置略）．空气流入毛细管的主要作用是防止溶液沿毛细管上升，还具有搅拌和的作用．

解析

空气流入毛细管可以防止烧瓶中的溶液暴沸，同时还具有加速水蒸气逸出和防止溶液沿毛细管上升的作用．

必备知识链接 在实验过程中，若毛细管末端没有插入溶液，或末端插入溶液但靠近溶液的上表面，另一端与外界大气压相通，此时毛细管的主要作用是平衡容器内外气压;如果实验是要对并没有加入沸石的蒸馏烧瓶中的液体进行加热时，则需从实验安全角度考虑，将毛细管末端插入溶液的底部;减压蒸馏过程中蒸馏烧瓶内放置毛细管，通过吸入极少量空气，产生微小气泡提供气化中心，可以代替沸石有效地防止暴沸，同时可以平衡容器内外气压．注意：当毛细管发挥双重作用时，则不能用沸石代替．毛细管末端插入溶液，吸入空气产生气泡，还可加速易挥发物质排出，让其参与反应或者与气体一起排出体系，达到除杂的目的．

变 式１ 对粗产物进行减压蒸馏（装置如图２所示，加热和夹持仪器未画出）．

（１）毛细管的主要作用是______．

（２）毛细管能否用碎瓷片代替______（填“能”或“否”）．

解析

（１）毛细管的作用为可以进入空气，形成气化中心，从而防止液体暴沸．

（２）在减压状态下，毛细管不仅持续起到防止液体暴沸的作用，关键是还可以平衡内外压强，使减压蒸馏在可控条件下进行，此时毛细管发挥双重作用，所以不能用碎瓷片代替．

２ 应用于添加试剂、控制流速等

例２ 检验甲醛含量的方法有很多，其中银ＧFerrozine法灵敏度较高．测定原理为甲醛与银氨溶液反应生成Ag，产生的Ag 与Fe３＋ 定量反应生成Fe２＋ ，Fe２＋ 与菲洛嗪（Ferrozine）形成有色配合物，通过测定吸光度计算出甲醛的含量．某学习小组类比此原理设计图３装置（夹持装置略去），测定新装修居室内空气中甲醛的含量．已知：甲醛和银氨溶液反应生成单质银、氨气和碳酸铵，氮化镁与水反应放出NH３，毛细管内径不超过１mm．

用热水浴加热B，打开K１，将滑动隔板慢慢由最右端抽到最左端，吸入１L室内空气，关闭K１;后续操作是______;重复上述操作３次．毛细管的作用是______．

解析

后续操作为打开K２，缓慢推动滑动隔板，将气体全部推出，再关闭K２．装置C中滑动滑板使空气由毛细管进入装置B中，毛细管的内径不超过１mm，可减小气体的通入速率，使空气中的甲醛气体能与银氨溶液充分反应而被完全吸收．

必备知识链接 由于毛细管的尺寸较小，通过毛细管通入气体或添加反应试剂时，可以有效地控制反应物的量，从而调控反应速率，避免因反应剧烈引发安全事故，便于观察现象，研究反应机理;毛细管可作为一些简单的反应微小型容器，方便通过加热或冷却来控制反应温度获得最佳实验效果．通过毛细管来添加试剂除了可以控制流速外，还可以实现将密度小的试剂加入密度大的试剂中，如通过毛细管将少量浓盐酸均匀导入浓硫酸底部，浓盐酸的密度小，在浓硫酸中逐渐上升的过程中水分被充分吸收．

变式２ 图４装置可以制备某种干燥的纯净气体，A 中应盛放一种密度比B中密度小的液体．表１中为几种液体的密度．

现从上述液体中选出几种适宜的试剂，利用该装置，制出干燥纯净的气体．

（１）制备出的气体为______（化学式）．

（２）装置中毛细管的作用： ______．

解析

（１）因为实验目的为制备干燥纯净的气体．浓氨水与浓氢氧化钠溶液能产生NH３ 但不能干燥NH３，故只可能是浓盐酸滴入浓硫酸中，利用浓硫酸的吸水性使HCl逸出，故答案为HCl．

（２）装置中毛细管能将浓盐酸少量均匀导入浓硫酸底部，浓盐酸的密度小于浓硫酸，浓盐酸在浓硫酸中上升，浓盐酸中水分被浓硫酸充分吸收，同时放出热量，有利于产生HCl气体．

３ 应用于纸层析法中点样作用

例３ （双选）下列说法正确的是（ ）．

A．减压过滤不宜过滤颗粒太小的沉淀，原因是颗粒太小的沉淀易透过滤纸

B．纸层析法分离Cu２＋ 、Fe３＋ 时，用毛细管蘸取试样在滤纸条的原点处轻轻点样，晾干后再点，重复３～５次

C．萃取操作：向溶液中加入萃取剂，转移至分液漏斗后，塞上玻璃塞．用左手压住分液漏斗的玻璃塞，右手握住旋塞，将分液漏斗倒转，用力振荡

D．纸层析法中，用毛细管点样，毛细现象的本质是分子间作用力

解析

减压过滤不宜过滤颗粒太小的沉淀，其原因是减压过滤速率较快，固体颗粒太小容易被紧紧地吸附在滤纸上，使得抽滤过程困难，选项A 错误．纸层析法分离Cu２＋ 、Fe３＋ 时，点样时不能用玻璃棒，应用毛细管蘸取试样在原点轻轻点样，晾干后再点，重复３～５次，选项B正确．萃取过程中需将溶液转移至分液漏斗中，然后向分液漏斗中加入萃取剂，塞上玻璃塞，用右手压住分液漏斗口部，左手握住活塞部分，把分液漏斗倒转过来用力振荡，选项C错误．毛细现象是液体在毛细管中由于表面张力和液体分子间作用力而引起的上升或下降的现象，选项D 正确．故答案为B、D．

必备知识链接 纸层析法又称纸色谱法，是用滤纸条结合水为固定相，也可使纸纤维吸留其他物质作为固定相作载体，以不与水相溶的有机溶剂作为流动相，依据极性相似相溶原理，由于样品中各物质分配系数不同，因而扩散速度不同，从而达到分离的目的．如分离甲基橙与酚酞混合液，操作时，将浸泡在洗涤水中一段时间的毛细管，用清水洗净后擦干，将毛细管的一端轻轻接触样品表面，然后缓慢拔起，直到毛细管中填充满样品，再将混合液垂直轻轻点在滤纸条基线处，即为点样，使用毛细管可使斑点小而均匀．点样直径控制在２～３mm 左右，直径过大、时间过长会影响色谱分离效果，然后将滤纸条放入密闭的槽中用适宜溶剂进行展开．由于各组分移动的距离不同，最后形成互相分离的斑点．再将纸条取出，待溶剂挥发后，用显色剂或其他适宜方法确定斑点位置．根据组分移动距离（或Rf 值）与已知样比较，进行定性分析．用斑点扫描仪或将组分点取下，以溶剂溶出组分，用适宜方法如光度法、比色法等进行定量分析．

变式３ 某同学采用薄层色谱（原理和操作与纸层析类同）跟踪反应进程，分别在反应开始，回流１５min、３０min、４５min和６０min时，用毛细管取样、点样，薄层色谱展开后的斑点如图５所示．

该实验条件下比较合适的回流时间是______．

A．１５min B．３０min

C．４５min D．６０min

解析

对照图中斑点可以看出，反应开始时图上斑点为反应物，由此可推测，回流１５ min、３０min时的图中，下面的斑点为反应物，上面的斑点为生成物，４５min时图上的斑点是生成物，而反应物基本上无剩余，因此，该实验条件下比较合适的回流时间是４５min．

综上所述，毛细管虽然是一种非常细小的管道，但在生活、实验研究中都有广泛的应用．不仅可用来传输和采集化学试剂，使实验更加精确和可靠．同时具备平衡气压、加速物质逸出、防止暴沸、样品点样等作用，因此备考时熟悉毛细管，了解其在实验中常见的用途是正确解答相关问题的关键所在．

（完）