李德秀

（江蘇省豐縣實驗中學江蘇豐縣221700）

氣壓變化對化學實驗的影響

李德秀

（江蘇省豐縣實驗中學江蘇豐縣221700）

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，許多物質的變化以及變化規(guī)律都是通過實驗手段被揭示的。初中化學實驗多是與氣體有關的實驗，氣壓的變化會對這類實驗的進行與結果產生十分明顯的影響。許多實驗的原理是利用氣壓的變化，如果氣壓控制不當，常常會造成實驗失敗，甚至發(fā)生事故。

一、氣壓變化對實驗過程的有利影響

1.利用氣壓的變化對裝置氣密性的檢查

氣密性的檢查是實驗前必須的一項基本操作，尤其是有關氣體的實驗，為確保實驗的成功，在加入藥品前必須進行氣密性的檢查。氣密性的檢查原理是把有關裝置與水構成一個密封的環(huán)境（液封），通過雙手緊貼在容器外壁，或用酒精燈微熱使裝置內的氣壓發(fā)生改變，通過觀察液面的變化（有無氣泡或導管中有無水柱的形成及水柱高度的變化）來判斷裝置的氣密性。

例如：用注射器檢驗實驗室制取二氧化碳的發(fā)生裝置的氣密性（如圖）。先從長頸漏斗口處注水，當水面超過長頸漏斗的下端，這時不論是推還是拉注射器的活塞，都能檢驗裝置的氣密性。

分析：當液面封住長頸漏斗的下端，另一出口與注射器連接，這時錐形瓶與注射器形成一個密封的環(huán)境。當推動注射器的活塞時，裝置內的體積變小，氣壓增大，在長頸漏斗的下端就能形成一段水柱。若水柱能較長時間保持，則證明此裝置的氣密性良好。相反，當注射器的活塞向外抽動時，密封的空間增大，氣壓減小，外界空氣就會沿著長頸漏斗進入密封的空間內，就會在錐形瓶底部水中形成氣泡。不論是氣泡還是水柱，都是裝置內氣壓變化的具體表現(xiàn)，可以幫助人們判斷裝置的氣密性的好壞。另外，不用注射器也可以檢驗此裝置的氣密性。除去注射器，用彈簧夾夾住導管上的膠皮管，通過長頸漏斗向裝置內注水，至封住長頸漏斗下端的管口，使錐形瓶內形成一個密封的環(huán)境。當液面上升時，瓶內體積不斷減小，氣壓不斷增大，高于大氣壓，停止注水后，由于內外存在氣壓差，在長頸漏斗內就形成水柱，這也能證明裝置的氣密性良好。

總之，不論裝置的具體情況如何，裝置有多少個管口，在檢驗氣密性時，都必須確保最少一個管口浸入水中（液封）。把其他管口封住（阻止與大氣相通），使裝置內部形成一個密封體系，通過人為加熱或其他操作使密封體系的氣壓發(fā)生改變，使它與外界的大氣形成氣壓差，通過液面變化、有無氣泡、是否形成水柱等現(xiàn)象來確定該裝置的氣密性。

2.利用氣壓的變化進行的實驗

（1）探究空氣成分的實驗

在探究空氣成分的實驗中，紅磷在密閉的集氣瓶中燃燒，消耗集氣瓶中的氧氣，且生成物五氧化二磷為固體，體積可以忽略不計，導致集氣瓶內的氣壓下降。當溫度下降到常溫后，打開止水夾，在大氣壓作用下水沿導管進入集氣瓶，從而補充因紅磷燃燒而損失的氧氣體積。當內外氣壓平衡后，進入水的體積就等于參加反應的氧氣體積。這個實驗不僅準確探究出空氣中氧氣的體積分數(shù)，還能得出氧氣的一些性質。當裝置漏氣、紅磷過少時，氣壓就不會降到準確值，從而影響實驗的準確性。

（2）在實驗室制取氫氣的實驗

在實驗室制取氫氣裝置（如圖）與其他裝置相比最大的優(yōu)點在于能隨時控制反應（隨用隨制），其原因在于控制氣壓的變化。稀硫酸從長頸漏斗處注入，酸液沒過塑料板并與上面的鋅反應生成氫氣。當關閉橡皮管處的彈簧夾時，產生的氣體則無法排出，使試管內的壓強逐漸變大，高于大氣壓，這樣，就能把酸液壓回長頸漏斗中，當液面降至塑料板以下時，酸液就與鋅粒隔開，使反應停止，這樣，內外氣壓差與長頸漏斗內液柱壓強相等。當打開彈簧夾時裝置內氣體快速逸出，使氣壓下降，長頸漏斗內酸液重新流入試管內，并沒過塑料板與鋅重新反應。

（3）探究化學反應過程中伴隨能量發(fā)生的實驗

在“探究化學反應過程中伴隨能量發(fā)生的實驗”中（滬教版P13），試管內裝入三根火柴，輕輕塞上橡皮塞，加熱試管，使火柴燃燒放熱，氣壓變大，橡皮塞彈出。這是利用化學反應放出的熱能，使氣壓升高轉換為橡皮塞的動能。在本實驗中氣壓控制尤為重要，如果橡皮塞塞的太松，氣壓變化小，則實驗現(xiàn)象不明顯；如果橡皮塞塞的太緊，氣壓變化過大就可能會造成嚴重實驗事故，導致對實驗人員的傷害。

另外，“噴泉實驗”則利用氣體溶于液體或與液體反應，在容器內產生負壓，液體在大氣壓作用下，從導管處噴涌而出形成噴泉。還有，把裝有二氧化碳的礦泉水瓶加水密封后振蕩，使二氧化碳溶于水，氣壓下降，瓶子變癟。

以上這些實驗的原理都是利用氣壓的變化。

三、氣壓變化對實驗的不利影響

也有一部份實驗或操作，因為氣壓變化而導致實驗的失敗甚至發(fā)生事故。

1.氣壓對過濾操作的影響

在過濾操作時，濾紙應緊貼在漏斗的內壁上。其原因在于，當它們之間存在氣泡時，溶液流過氣泡時在氣泡中氣壓的影響下濾液流速會降低。另外，氣泡存在還容易使濾紙破裂，造成實驗失敗。

2.氣壓的變化對某些實驗的影響

（1）在“用高錳酸鉀制取氧氣”的實驗中（滬教版P36-37），當排水收集滿氧氣后，應先把導管移出水面，再熄滅酒精燈。否則，因試管內的溫度下降導致試管內的氣壓下降，在大氣壓的作用下，水會沿著導管進入試管，當接觸到溫度較高且干燥的試管時，會因溫度驟變而炸裂。先移出導管，使空氣進入試管，補充試管內因氣溫下降而減少的氣壓。

（2）在“探究質量守恒定律”的實驗過程中（滬教版P96），當稀鹽酸滴在裝有大理石的小試管中時，會產生大量的二氧化碳氣體，使錐形瓶內的氣壓升高，會使橡皮塞飛出，甚至能使錐形瓶炸裂。如果使氣體外逸，就無法稱量出所有的生成物的質量總和，天平無法重新平衡，就無法探究出質量守恒定律。而該實驗的巧妙在于，在錐形瓶內小試管外加入澄清石灰水，用來吸收產生的二氧化碳，使裝置的氣壓保持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，整個反應處在一個相對密封的環(huán)境內，以便研究這個反應所有反應物與生成物的質量關系，得到參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和的規(guī)律。

（3）在“一氧化碳與氧化鐵反應”這個實驗中（滬教版P119），應當在加入藥品后先通入一氧化碳氣體，排出裝置內的空氣后，再加熱氧化鐵。為什么要采用這一措施呢？這個反應在玻璃管內的有限空間內，若不按這個規(guī)定操作或空氣沒有安全排盡就加熱，這時，一氧化碳就會與玻璃管內殘留的氧氣發(fā)生急速的燃燒，驟然產生大量的熱，使裝置內溫度升高，氣壓變大，當超過玻璃管的承壓能力，就會導致爆炸。當排盡裝置內空氣再加熱一氧化碳就無法與氧氣反應，只能與氧化鐵反應，不會引起溫度驟然變化，使氣壓處于相對平衡狀態(tài)，從而還原出鐵來。另外，在“雙氧水分解制取氧氣的實驗”時（滬教版P37），打開開關過氧化氫溶液從長頸分液漏斗處緩緩流下，因為分液漏斗有塞子，液體流下，氣體的體積逐漸變大，壓強逐漸減小，從而導致過氧化氫溶液流速減緩甚至停止，所以有許多人做實驗時索性拔下塞子，也有實驗改進用橡膠管把錐形瓶與分液漏斗上端相連，使兩者的氣壓相等，使液體順暢的流下。

總之，氣體壓強變化在化學實驗中是不能忽視的。我們不僅要考慮氣壓變化對實驗的影響，還要分析氣壓變化的原因，才能趨利避害，讓氣壓變化更好地服務于實驗操作，從而把物質變化的規(guī)律更好更安全地展示在學生面前。

1008-0546（2010）04-0071-02

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10319/j.issn.1008-0546.2010.04.027