化學實驗中的壓強差問題

韋艷蓉

壓強差問題在初中化學實驗教學中頻頻出現，但學生對它的認識零碎而膚淺，缺少深入思考，具體表現為解決此類問題往往只憑經驗。有鑒于此，筆者以教材實驗為本，對初中階段接觸到的有關壓強差問題的知識或實驗進行了較為全面的歸納整理，力求形成解決此類問題的基本思路，達到觸類旁通的目的。

一、壓強差的產生

以初中化學教材中出現的裝置為例（如圖1所示），由實驗產生的現象可以推知產生了壓強差，進而推出產生壓強差的方法。增大壓強的方法主要有加熱、加水、注氣、溶解放熱、化學反應（放出氣體、放熱）。減小壓強的方法主要有降溫、抽氣、溶解吸熱、化學反應（吸收氣體、吸熱）。

二、壓強差的利用

（一）解釋常見的現象

1.壓強差使氣球（或塑料瓶）脹大或變癟（如圖2所示）。

2.壓強差使U形管液面發生變化[1]（如圖3所示）。

3.壓強差使液體（或氣體）倒吸或被壓出（如圖4所示）。

（二）檢查裝置的氣密性

實驗裝置檢查氣密性的方法有多種，以初中化學教材最基本的3套裝置為例（如圖5所示），可將氣密性檢查一般思路概括為：①制造密閉體系； ②改變壓強；③觀察現象。

裝置改變，但檢驗思路一樣。以干燥管為例，檢查氣密性的方法可以是：①關閉止水夾，將干燥管壓入帶有水的燒杯中[如圖6（1）所示] ，若干燥管內液面低于燒杯內液體液面，且一段時間后，干燥管內的液面保持不變，則證明氣密性好；②打開止水夾，導管口連注射器，把干燥管放入水中，慢慢拉注射器，若水進入干燥管，關閉止水夾，干燥管內液面保持不變，則證明氣密性好；③打開止水夾，導管口連注射器，把干燥管放入水中[如圖6（2）所示]，慢慢推注射器， 若干燥管口有氣泡冒出， 則證明氣密性好；④堵住干燥器一端，另一端連注射器，[如圖6（3）所示]，若注射器難以推（拉）動，則證明氣密性好。

（三）控制反應的發生和停止

以初中化學教材為例，利用長頸漏斗、多孔隔板組裝成隨開隨用、隨關隨停的氣體發生裝置（如圖7所示），原理是：夾緊止水夾后，容器內壓增大，使反應物分離，反應停止。

其他隨開隨用、隨關隨停的氣體發生裝置（如圖8所示），原理也是通過壓強差使反應物分離反應停止。

（四）收集氣體

以初中化學教材最基本的3套收集裝置為例（如圖9所示），收集裝置選擇的依據為：①氣體的密度；②氣體的溶解性；③氣體是否與空氣反應。

其他收集裝置選擇依據一樣，但要注意氣體的進口。如圖10（1）所示，適用于不與水反應且不溶于水的氣體，從B口進氣。圖10（2）所示，收集密度比空氣小的氣體時從B口進氣，收集密度比空氣大的氣體時從A口進氣。圖10（3）所示，收集密度比空氣小的氣體時從A口進氣，收集密度比空氣大的氣體時從B口進氣。

（五）測定氣體的體積

1.利用針筒直接收集讀數（如圖11所示）。

2.用氣體將水排到量筒中間接測量（如圖12所示）。但若氣體和水反應或能溶于水，可在水面上加一層油或將水換成不與氣體反應的液體。

3.用量氣管收集讀數（如圖13所示）。

三、壓強差的消除

（一）控制實驗步驟

用量氣管收集讀數（如圖13所示），必須調整量氣管兩邊液面相平再讀氣體體積，以免氣體受到水柱壓力被壓縮，體積讀數偏小。

如“測定空氣中氧氣含量”實驗，先等集氣瓶冷卻到室溫，再打開止水夾讓水倒流（如圖14所示），以免紅磷燒完立即打開止水夾時，集氣瓶內溫度過高、壓強過大，倒流過來的水小于1/5。

“高錳酸鉀（或氯酸鉀和二氧化錳）制氧氣”實驗（如圖15所示），實驗結束時先將導管移出水面再熄滅酒精燈。以免先熄酒精燈時溫度下降，試管內氣壓變小，水槽中的水倒流到試管中使試管炸裂。

“探究煉鐵原理”實驗（如圖16所示），實驗結束時先熄滅酒精燈，繼續通CO直到玻璃管冷卻。以免先熄酒精燈時溫度下降，玻璃內氣壓變小，石灰水倒流。

（二）改進實驗裝置

1.改為恒壓式

如實驗室用分液漏斗裝置（如圖17所示）制取氣體時，一段時間后液體滴下就不順利了（氣體制備過程中，氣體產生速率太快而造成單位體積內氣體分子數增多，氣壓增大）。可以在分液漏斗和圓底燒瓶間連一根膠皮管。這一改進使得分液漏斗與燒瓶內的壓強始終相等，便于分液漏斗內的液體順利流下，可以起到防止液體堵塞的作用。

2.改為防阻式

在容器口放一團蓬松的棉花（如圖18所示），可以防止氣壓過大藥品沖出容器。

3.改為防倒吸式

對于溶解度不大的氣體，直接將導氣管通入水中[如圖19（1）所示]；對于溶解度較大的氣體，要防止壓強差產生倒吸現象[如圖19的（2）-（4）所示]。

以上是筆者對實驗中壓強差的專題總結。通過這種以點帶面的歸納整理，可以引導學生迅速尋找相關實驗知識創造性的表達。在回顧整理過程中滲透研究問題的方法和一些重要的化學思想，從而提升學生的思維層次。

參考文獻：

[1] 何雙安.與“氣壓差”有關的化學實驗問題[J].實驗教學與儀器，2010（12）：19-20.