涉及裝置氣密性檢查的系列問題研究

文章編號：1005－6629(2007)02－0074－03

中圖分類號：G632A79

文獻標識碼：B

在中學化學教與學中，對整套裝置進行氣密性檢查是一個常見而重要的問題，它具體包括哪些情況呢?檢查裝置氣密性方法較多。需要視不同具體情況而選擇不同的檢驗方法，那么在這些方法中，又有什么規律可循呢?

1 設計氣密性檢查方案的原則與基本思路

(1)設計氣密性檢查方案的原則是“密封”

(2)檢驗原理：使封閉體系不同位置的儀器空間之間產生壓強差，并且通過產生明顯可見的實驗現象來判斷裝置的氣密性。主要通過氣泡的產生、水柱的形成、液面的升降等現象來進行判斷。

(3)檢驗的主要方法：①手捂法；②加水液封法；③直接加熱法：這種方法主要適用于多個儀器，關鍵要選準加熱儀器及相應加熱部位；④特殊檢驗法

2 氣密性檢查的系列問題類型分析

問題1：檢查裝置氣密性的基本操作是什么?

現有一套簡易的氣體發生裝置(如右圖所示，其中活塞已打開)。

(1)甲、乙兩同學分別設計了如下實驗方案以檢驗其氣密性是否良好。

甲：接一導氣管把導管插入一盛水的水槽中，雙手捂住試管外壁，過一會兒，若看到試管末端有氣泡冒出，松開手后又看到導管內有一段水柱，則說明該裝置的氣密性良好。

乙：往漏斗中注入一定量的水，直到浸沒長頸漏斗下端。然后關閉活塞，用手捂住試管中上部(氣體部分)，一會兒若看到漏斗液面上升到一定高度，再重新打開活塞讓液面回落，并迅速關閉活塞，松開手，又看到漏斗中液面低于試管中液面且不再升降。則說明該裝置氣密性良好。

①請判斷甲、乙的設計方案中哪一個方案不可行?簡述理由是什么?

②丙同學認為，只要往漏斗中加水，便可檢驗其氣密性是否良好。經檢驗他的方案是可行的。請簡述他的方案。

(2)若用該裝置制取氫氣，反應原理：Zn+H₄SO₄ ZnSO₄+H₂↑。試簡述其實驗操作步驟。

(3)根據下圖回答問題：裝置氣密性的檢驗須在盛放藥品前進行。在下述裝置中，往試管B、C、D中各加入5mL蒸餾水封住導管口，各連接處都緊密而不漏氣的情況下，點燃酒精燈，微熱帶支管的試管一會兒，試管B、C、D中未出現氣泡；熄滅酒精燈后，試管B、C、D中導管內水面也未上升，其原因是：___________。

(4)怎樣檢查安置有分液漏斗裝置的氣密性?如圖裝置中分液漏斗所連接橡皮管的作用是什么?

分析與解答：這是一套檢查氣密性的典型裝置，注意區分簡易裝置中使用長頸漏斗和分液漏斗時進行氣密性檢查的操作有所不同。附答案如下：(1)①甲。理由是：長頸漏斗與外界相通。②往長頸漏斗中加水使水浸沒長頸漏斗下端，關閉活塞，再加水，直到漏斗中液面高于試管內液面，停止加水。若漏斗和試管的液面差保持不變，則說明氣密性良好。(2)先往試管中加入鋅粒。裝好裝置，再往長頸漏斗中加入稀硫酸直至浸沒漏斗下端。(3)分液漏斗的活塞未關閉。(4)關閉活塞a，通過分液漏斗向容器中滴加蒸餾水，滴加到一定時候，分液漏斗中的水不能順利流下，則表明裝置氣密性良好；橡皮管作用是保證分液漏斗中的液體順利流下。

問題2：怎樣檢查多個儀器連接裝置的氣密性(本題中核心問題17

下圖是實驗室制取Cl₂并以C1₂為原料進行特定反應的實驗裝置圖。(1)A為氯氣發生裝置，盛放藥品前。怎樣檢驗此裝置的氣密性?

(2)實驗開始先點燃A處的酒精燈，打開旋塞K，讓Cl₂充滿整個裝置，再點燃D處的酒精燈。Cl₂通過C瓶后進入D，D裝置內盛有碳粉，發生氧化還原反應，生成CO₂和HCl(g)。試寫出D裝置中反應的化學方程式?裝置C的作用是什么?

(3)E處石蕊試液產生何種現象?請解釋其原因?

(4)若將E處溶液改為石灰水，反應過程的現象是什么(請選擇)?

A．有白色沉淀生成 B．無白色沉淀生成

C．先生成白色沉淀，然后沉淀消失

(5)D處反應完畢后，關閉旋塞K，移去酒精燈，由于余熱的作用，A處仍有少量C12產生，此時B中產生何種現象?B的作用是什么?

分析與解答：題中這套裝置串聯的儀器個數比較多，那么采用一次性的氣密性常規檢查辦法，不是最佳方案，首先請注意一個問題，串聯儀器很多，肯定要用酒精燈加熱；若僅在左端加熱，很可能在尾端(右端)無法觀察到明顯效果。故氣密性檢查的辦法是：先加熱左邊的酒精燈(之前關閉K)，以檢查B裝置的氣密性；后打開K，加熱D處的酒精燈，以觀察儀器E和C中分別出現的現象，判斷整套裝置右邊部分的氣密性情況。(1)關閉K，點燃A處酒精燈微熱，B中漏斗里的水位上升，則表明裝置左邊部分的氣密性良好；后打開K，加熱D處的酒精燈，若C瓶中的左邊導氣管里水位上升、E裝置中沒入液體中的導氣管中有氣泡產生，則表明裝置C、E的氣密性均良好。(2)C+2C1₂+2H₂O CO₂+4HCl，裝置C的作用是：提供后續反應所需的水蒸氣。(3)E中紫色石蕊試液先變紅后變無色，因為生成的HCl溶液于水顯酸性，未反應完的Cl₂與H₂O作用產生HCIO，HCIO的漂白作用使紅色消失。(4)B。(5)瓶中液面下降，長頸漏斗內液面上升；貯存少量Cl₂，避免Cl₂污染環境。

問題3：如何對不便加熱的簡易裝置檢驗氣密性?

實驗室用稀硝酸與Cu反應生成NO氣體。如果采用(I)裝置，由于燒瓶內的空氣不易排除，生成的NO很快被氧化成紅棕色的NO₂，不易觀察到有無色的NO生成。即使用排水法收集到無色的NO，也會被認為NO是由NO₂與H₂O用而生成的。某同學設計(Ⅱ)裝置，用來做該實驗可以達到較滿意的效果。

請回答下列問題：

①怎樣檢查裝置(I)的氣密性____________。

②怎樣檢查裝置(II)的氣密性____________。

③檢查裝置(II)的氣密性后，將分液漏斗的活塞打開，從U型管的長管口注入稀硝酸。直注入到______為止。然后關閉活塞，用酒精燈在_______處加熱，當________時，立即撤走酒精燈。

④可在何處觀察到無色的NO氣體：_________。

⑤反應在什么情況下可以自動停止：_________。

⑥反應自動停止后。如果再將分液漏斗的活塞慢慢打開，可觀察到哪些明顯現象：__________。

分析與解答：傳統實驗裝置(I)證明產物是NO的不可靠性在于：裝置中只要留有空間就一定有空氣，因此實驗改進的關鍵是，在反應產生氣體的地方不留空間，那就需要事先用水充滿整個集氣裝置空間，其余易解。①如圖連接好裝置(I)，將導氣管末端沒入水中。用雙手捂住或用酒精燈微熱燒瓶，若導氣管口產生氣泡，且在松手或停止加熱后形成一段水柱，則表明裝置氣密性良好；②先關閉分液漏斗活塞，然后從U型管的右管加水至形成液面差，一段時間后，液面高度幾乎沒有變化，證明裝置氣密性良好。③單孔塞最下沿，U型管左管(短管)，有氣泡產生；④U型管的左管上部。⑤當產生氣體將稀HNO₃排入長管且Cu絲與HNO₃脫離接觸時。⑥U型管左管液面上升，右管液面下降，分液漏斗中有紅棕色氣體生成。

問題4：對特殊裝置如何檢查其氣密性(注射器有妙用)?

2004年4月16日重慶天原化工總廠發生氯氣爆炸事故，造成9人死亡，多人受傷，15萬人緊急疏散。回答下列問題：

(1)當發生氯氣泄漏時，除應及時關閉氯氣罐外，下列自救方式中最好的是_______________。

A．用打濕的毛巾捂住口、鼻跑向高處

B．用浸潤NaHCO₃溶液或肥皂水的毛巾捂住口、鼻迅速跑向高處

C．用浸潤濃氨水的毛巾捂住口、鼻匍匐前進至安全處

D．用浸潤飽和食鹽水的毛巾捂住口、鼻逆風跑向安全處

(2)為測定空氣中氯氣的含量，某課外活動小組設計了如下的實驗裝置：①檢查該裝置的氣密性時，在試管中裝入適量水(保證玻璃導管的下端浸沒在水中)，然后___________(操作方法)，若看到________(填寫實驗現象)，則證明該裝置的氣密性良好。

②向試管中加入0．0005mol／L的Na₂S₂O₃溶液10．00mL(內含少量KI-淀粉溶液)，用適量的蒸餾水稀釋后，配成溶液X，測量指定地點的空氣中氯氣的含量時，推拉注射器的活塞反復抽氣，X溶液由_____色變成______色時，反應恰好完全進行。此時反應的離子方程式為______________。該活動小組分成第一小組和第二小組，使用相同的實驗裝置和溶液X，在同一地點、同時測量空氣中氯氣的含量。當反應恰好完全進行，記錄抽氣的次數如下(假設每次抽氣500mL)。請將下表填寫完整(計算時保留兩位有效數字)。(已知：C1₂+2Na₂S2O₃=2NaCl+Na₂S₄O₆，I₂+2Na₂S₂O₂=2NaI+Na₂S₂O₆)

第_______(填“一”或“二”)小組的測量結果較準確。另一小組實驗結果產生較大偏差的原因是(兩個小組所用的裝置和藥品均無問題)_________。

(3)如果空氣受污染較嚴重，不宜在當地進行測量，某同學想收集當地的空氣樣本帶到實驗室進行相關實驗，請你幫他設計收集氣體的一種最佳方法(供選擇的儀器和藥品有：燒瓶、燒杯、集氣瓶、玻璃棒、玻璃片、飽和食鹽水、飽和NaHCO₃溶液)：__________

分析與解答：本題取材新穎，饒有興趣且巧妙地將有關氯氣的綜合知識融合于頗具懸念的氯氣防毒問題之中，命題者設計了諸如：對毒氣樣品如何采樣、如何對特殊裝置進行氣密性檢查等問題，以考查學生靈活運用知識分析問題和解決問題的能力；特別是在毒氣泄漏地點如何采樣這樣的問題。應用圖中裝置檢查氣密性時，只能是向外拉注射器!否則，向里推注射器時，氣體通過單向閥逸出導氣管，這就是本題中的氣密性檢查跟一般情況不同的地方。附答案： (1)B。(2)①向外拉注射器；試管A中液面上有氣泡。②無、藍、Cl₂+2I^-=I₂+2Cl^－、一、抽氣速率太快，Cl₂未充分反應而被抽走一部分，導致所測結果偏低。(3)用集氣瓶盛滿飽和食鹽水，蓋上玻璃片，在取樣地點倒掉飽和食鹽水，瓶口向上，靜置一段時間，再蓋好玻璃片，帶回實驗室。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。