高考專題復習氣體體積的測量

肖愛珍

摘 要：在高中化學實驗中有通過測定反應產生氣體的體積來測定混合物中某種成分的質量分數（即純度）的定量實驗，筆者通過從教材欄目中分析影響氣體體積的主要因素入手，結合實驗操作與所選用的儀器裝置進行分析比較，得出測量氣體體積的同時要測量實驗環境的溫度與氣壓的必要性和測量方法，并從高考對考生進行氣體體積測量的實驗能力與學科素養的考查中分析總結氣體體積測量的原理和對實驗數據誤差的分析，通過專題復習達到培養學生學科素養的目的。

關鍵詞：高中化學;氣體體積;測量

《普通高中化學課程標準》對高中學生的化學實驗提出了明確的學業要求：要具有較強的問題意識，能在真實的情境中提出化學探究問題，并作出預測和假設;再依據實驗目的和假設，設計解決簡單問題的實驗方案，最后對實驗方案進行評價等等。而高考是要考查學生學科的核心素養，用真實情境中的問題為載體來考查學生解決實際問題的能力，我們在進行高考總復習的過程中就應該有意識地整合真實的問題情境，系統地把相關的化學基本知識、基本原理及其應用與解決相關問題聯系在一起，逐步提高學生的化學探究能力。

對化學反應中生成的氣體體積進行測量常用于分析物質的組成。在高考總復習階段，把氣體體積的測量作為一個專題來復習，有利于學生對氣體體積的測量實驗中所涉及到的各項知識和技能形成系統化、條理化，有利于培養學生形成更加嚴謹的學科素養，可以更直觀地理解和運用相關知識與技能。

一、利用課本相關欄目，進一步理解決定物質體積大小的主要因素

現行魯科版教材《化學1（必修）》中第22頁有一個“交流研討”欄目（表1—3—1）“1 mol不同物質的質量和體積”，通過分析表中數據，可以得出以下信息：

①在粒子數目相同的情況下，物質體積的大小主要決定于微粒的大小和微粒之間的平均距離。當粒子之間的距離很小時（固態物質與液態物質），物質的體積就主要決定于微粒本身的大小;當粒子間的距離比較大時（氣態物質），物質的體積就主要決定于微粒間的平均距離。

②氣體體積的大小主要決定于氣體分子間的平均距離，氣體分子間的平均距離與溫度、壓強等外界條件有密切的關系：在其他條件不變時，溫度越高，氣體分子間的平均距離越大，氣體體積也越大;壓強越大，氣體分子間的平均距離越小，氣體體積也越小。

③在化學實驗中定量測量氣體的體積時，一定要同時測量所測氣體的溫度和氣壓。

二、以常見實驗為實例，對氣體發生裝置與量氣裝置的進行對照比較與選擇

以Na2CO3樣品（雜質為氯化鈉）與足量稀硫酸反應，通過測定反應生成的二氧化碳氣體的體積，進一步確定Na2CO3樣品的純度為例分析用量氣法測量氣體體積的過程：

第一，要選擇合適的氣體發生裝置。選擇如圖1作為氣體發生裝置時，由于發生反應生成的CO2氣體，可能導致裝置內氣壓增大，使得分液漏斗中的稀硫酸不能順利地加入到燒瓶中;所加入的稀硫酸的體積會導致排出的氣體體積大于反應生成的CO2氣體體積。若改為用如圖2作為氣體發生裝置，由于把分液漏斗改為恒壓分液漏斗，即可使得漏斗中的稀硫酸能順利地加入燒瓶中，也能使得排出的氣體體積等于反應生成的CO2氣體體積。

第二，要選擇合適的量氣裝置。選擇如圖3作為氣體發生裝置時，在實驗結束時可以從量筒中的液面位置很直觀地讀出產生氣體的體積，但由于廣口瓶中和廣口瓶與量筒之間的導管中要先裝滿不能再溶解CO2氣體的飽和碳酸氫鈉溶液，操作上就不如選擇如圖4那么方便易行，但是在選用如圖4所示量氣裝置，讀數時要注意量氣管中的刻度變化方向。

第三，要通過實驗準確測量反應中生成的CO2氣體的體積，實驗中最重要的是要測出氣體的溫度和氣壓。要準確測出氣體的溫度，可以在反應結束后讓反應裝置充分冷卻到室溫，使得反應裝置中的溫度與實驗室的溫度相同，只需要測量實驗室的溫度;學生在初中《物理》課程中學習過“處于同一水平面上的同種液體所受的壓強相等”，要準確測出氣體的氣壓，只要上下移動水準管或量氣管，使得水準管中的液面與量氣管中的液面相平，再把視線與量氣管中液體的凹液面量低處保持水平并讀出量氣管中的起始讀數與終點讀數，再測出實驗室中的氣壓。

三、以歷年來相關的高考試題為例，對實驗原理與實驗能力的檢測進行專題分析點評

【題例1】實驗室常用MnO2與濃鹽酸反應制備Cl2。制備反應會因鹽酸濃度下降而停止。為測定反應殘余液中鹽酸的濃度，探究小組同學提出下列實驗方案：……

丁方案：與足量Zn反應，測量生成的H2體積。進行下列判斷和實驗：

進行丁方案實驗：裝置如右圖所示（夾持器具已略去）。反應完畢，每間隔1分鐘讀取氣體體積，氣體體積逐次減小，直至不變。氣體體積逐次減小的原因是? ? ? ? ?（排除儀器和實驗操作的影響因素）。

【點評】題中明確指出“排除儀器和實驗操作的影響因素”，在讀取氣體體積時出現了氣體體積逐漸減小的現象，是因為金屬鋅與鹽酸反應是放熱反應，生成的氫氣的溫度高于室溫，這些氫氣逐漸冷卻的過程中體積逐漸減小。

【題例2】測定丙烯醇的摩爾質量：準確量取a mL丙烯醇（密度為0.85g/mL）于分液漏斗中，燒瓶內盛裝足量鈉粒。實驗前量氣管B中讀數為bmL，當丙烯醇完全反應后，冷卻至室溫、調平B、C液面，量氣管B的讀數為c ml。已知室溫下氣體摩爾體積為V L/mol。

【點評】根據實驗目的，要測定a mL丙烯醇的物質的量，就要測定反應生成氫氣的物質的量，實驗開始時，B管與C管中的液面是相平的，當丙烯醇與金屬鈉反應生成氫氣時，由于A裝置中氫氣量的增加，壓強增大，B管中液面下降，C管中液面上升，才會使得B、C兩管的液面不相平，第①題中的操作就應該是把C管向下移動到液面與B管相平;在裝置圖中B管中最上方的刻度旁邊標示了“0”，題于信息中的讀數應是c>b，所測出的氫氣的體積應為（c—b）mL;讀數時C管液面高于B管，則A裝置與B管的液面上的氣體壓強就比實驗室的壓強更大，反應生成的氫氣由于壓強的增大而使得體積被壓縮變小，進而使得丙烯醇的物質的量偏小而使丙烯醇的摩爾質量偏大。

教育部考試中心對高考化學學科的“化學實驗與探究的能力”提出了考試要求：第一，要掌握化學實驗的基本方法和技能，能夠初步進行化學實驗的一般過程。第二，在解決化學問題的過程中能運用化學原理和科學方法，能夠設計出合理的實驗方案，并初步進行化學探究。這就要求我們在教學過程中要充分重視學生實驗，要努力培養學生掌握化學實驗的基本方法和基本技能，設計并實施合理的實驗方案，不斷提高學生的化學探究的能力;在高考復習的過程中再系統整合并提高學生的綜合實驗探究的能力，以達到發展學生化學學科核心素養的目的。

參考文獻

[1]王磊，普通高中課程標準實驗教科書化學1（必修）.第3版，山東科學技術出版社，2007：22

[2]人民教育出版社，普通高中化學課程標準（2017版）：64-67

[3]高等教育出版社，高考試題分析（理科綜合分冊）（2020年版）：23