初高中化学通用衔接教材第10讲气体制备或性质实验装置气密性的检查.docx
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初高中化学通用衔接教材第10讲气体制备或性质实验装置气密性的检查
第10讲 气体制备或性质实验装置气密性的检查
教材分析
初中教材要求
高中教材要求
初步掌握实验室制备氧气、二氧化碳气体装置的气密性检查的基本操作方法,理解气密性检查的原理。
进一步学会有关气体制备或性质实验复杂装置的气密性检查方法(高中教材无系统讲解,只是分散在元素及其化合物有关实验中)。
有关气体制备或性质实验装置气密性的检查,是化学实验的基本技能之一,也是初中化学实验的热点,也将继续成为高中化学实验考查的重点。
因为一般说来,无论采用哪种装置制取气体,在成套装置组装完毕,装入反应物之前,总必须检查装置的气密性,以确保实验的顺利进行,保障实验室环境不受污染。
初中化学实验主要涉及了三类气体发生装置的气密性检查方法,对于图1类型装置,初中化学课本这样要求:
“将发生装置的导气管浸入水中,用手握住试管时,导管口会有气泡冒出;移开手后一段时间,导管中会形成一段水柱。
”图1装置仅有一个导管出气口,在烧杯中加水浸没导管后,就形成了一个气体封闭系统,当试管内空气受热膨胀时,就能在水中出现气泡(不放在水中,管内空气照样逸出,但肉眼无法观察,进入高中后很多学生往往忘记这一点);移开手后,温度下降到常温,而内部空气已部分逸出,气体压强减小,烧杯中自然会有微量水被吸入,形成一小段水柱,如果漏气,外部空气将“乘虚而入”,也就是内外压强仍相等,也就不会产生倒吸现象了。
与图1装置相比,图2装置多出了一个带活塞的分液漏斗。
若活塞处于打开状态,该系统就存在两个出气口,用类似方法就无法检查;如果我们关闭活塞,在烧杯中加水浸没导管口,就和图1装置一样可形成一个气体封闭系统,就能用相同方法进行检查。
实际上,类似使用分液漏斗的发生装置,进行气密性检查时一定要先关闭活塞,让此出气口处于关闭状态,可大大简化操作。
与图1相比,图3装置多了一个长颈漏斗,长颈漏斗并不能直接封闭,向其中注入适量水,让下端浸没在水中,这样就能封闭出气口,再在烧杯中加水浸没导管口,同样可形成封闭系统,就可用同样方法进行气密性检查了。
理论上用手握住试管,导管口会有气泡冒出;移开手后一段时间,导管中会形成一段水柱。
事实上,由于内部空气不多,热胀冷缩效果不大,并且长颈漏斗中液面可随内部气压变化而改变,热胀冷缩现象不一定在烧杯的水中呈现,所以这种方法不被看好。
习惯上先直接用止水夹(弹簧夹)将右端出口封闭,后由长颈漏斗向其中注水,当漏斗下端与试管内液体形成“液面差”时停止,过一段时间,液面差仍不变的,就说明气密性良好。
资料卡片 启普发生器的气密性检查
该装置与图3相似,只是止水夹被活塞代替,长颈漏斗被半球形漏斗代替,试管被下部球形容器代替。
只要先关闭启普发生器的活塞,后在上部半球形漏斗中加入足量的水,再观察球形漏斗中水面是否形成稳定液面差,若形成稳定液面差,则气密性良好。
有关气体制备或性质实验装置的气密性检查原理,一般利用对内部封闭气体的“热胀冷缩”,在水的帮助下形成不同现象,进而判断是否漏气。
封闭气体受热(容积较小的可直接用手加热,容积较大的容器可用热毛巾或微火加热)后,可能在导管出口(应浸没在水下)排出气泡,也可能是形成稳定液面差(或稳定的液柱);停止加热,恢复到常温后,由于之前内部气体部分逸出,导致内部压强变小,就必然倒吸形成一段水柱,如果漏气,外部空气可“乘虚而入”,内部压强就不会减小,也就不会形成倒吸现象。
因此,对于有关气体制备或性质实验的装置,首要的是观察其出气口(气体通道)特点,选用恰当方法封闭,分液漏斗直接将活塞关闭,长颈漏斗通过加水“液封”,乳胶管和止水夹连接装置可直接关闭止水夹,导气管出气口一般用水“液封”。
无论采用哪种装置制取气体,在成套装置组装完毕装入反应物之前,必须检查装置的气密性,以确保实验的顺利进行。
【例题1】 图4所示装置可用于测定锌和稀硫酸反应产生氢气的快慢(反应速率),图5装置是用特制漏斗组装的一个气体发生装置,如何检查这两套装置的气密性?
图6装置也是一种常用的气体发生装置,关闭装置中的弹簧夹a后,开启分液漏斗的活塞b,水不断往下流,直至全部流入烧瓶,能否说明该装置是否漏气?
如果不能,该如何检查装置的气密性?
图7装置是一套制备气体并测出产生气体体积的装置,该套装置如何进行气密性检查?
[想一想] 1.图6装置中,如果不用橡胶管将分液漏斗液面上方与烧瓶液面上方相连,产生气体不足,须补充添加液体反应物,分液漏斗中液体能否顺利加入?
为什么?
[想一想] 2.图7装置中最右端是一支有刻度的玻璃量器,测量出产生气体的体积要进行多少次读数,如何计算出对应气体的体积?
【例题2】 按图8示意组装好装置后,在D装置中加入少量水,关闭分液漏斗活塞,用手掌紧握烧瓶外壁检查装置的气密性,结果观察不到明显现象,是否表明一定漏气?
若在D装置中观察到有少量气泡,能否说明所有装置(含D装置双孔塞处)气密性都良好?
图8
【例题3】 图9所示为制取氯气(一种有毒气体)的实验装置,其中A是发生气体的装置,B可储存多余气体,C为集气瓶,D用于吸收尾气,K为止水夹。
盛放药品前,怎样检验此装置的气密性?
图9
【例题4】 图10是一套制备气体并进行性质实验的装置图,d中试管可收集气体冷却后的液体,如何检查该装置的气密性?
图10
由上可知,基于封闭气体的“热胀冷缩”原理,气密性检查的一般流程如下:
①找出气体出口(气体通道),气体出口一般有活塞型(分液漏斗、针筒等)、长颈漏斗、导管口类型。
②封堵气体出口,分液漏斗活塞只需关闭其玻璃活塞,长颈漏斗一般用水“液封”,导管口浸入水中。
③对内部封闭气体加热,若气密性良好,必然引发“热胀”现象,如水中出现气泡、出现液面差(也有描述为出现稳定的液柱)。
④停止加热恢复常温,若气密性良好,对于逸出气体类的封闭体系,因内部气体减少,就会发生“冷缩”现象,如在导管口倒吸出现水柱。
如果在气体发生装置后连接很多仪器,装置过于复杂时,可借用止水夹,将装置分段检查。
[想一想] 3.图10装置中,在实验过程中,如果b和c间橡胶管堵塞,气体不能流通,在b中你会看到什么现象?
(满分50分 限时30min)
一、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分,每题只有1个正确答案。
)
1.下列装置操作图不能用于检查气密性的是( )
2.用推拉注射器活塞的方法检查图中装置(锥形瓶中已注入水,漏斗下端被浸没)的气密性。
当缓慢拉活塞时,如果装置气密性良好,可观察到( )
A.长颈漏斗下端口产生气泡
B.瓶中液面明显上升
C.长颈漏斗内有液面上升
D.注射器内有液体
3.右图小试管中盛有几毫升水,与大试管连通的U形细玻管内放有少量的水(已染成红色)。
如沿小试管壁小心地慢慢注入3毫升浓硫酸,静置片刻后,U形细玻管中可观察到的液面现象是( )
A.左高右低
B.左低右高
C.左右一样高
D.来回振动
4.下列各图所示装置的气密性检查中,漏气的是( )
5.仅用下列装置能检查气密性的是( )
二、填空题(本题包括5小题,共30分)
6.(6分)检验右图装置的气密性,通常是将导管放入水中,①用手握住试管,观察到导管口有气泡冒出,②手离开试管后,导管中有一段水柱上升,说明装置不漏气。
请回答下列问题:
(1)此法的原理是_________________________________________________________
(2)某同学操作时,只做了①没有做②,他即认为装置的气密性良好。
你认为他的结论是否正确?
________(答“是”或“否”)。
理由是_____________________________________
________________________________________________________________________。
7.(6分)用图示的装置制取氢气,在塑料隔板上放粗锌粒,漏斗和试管中装有稀硫酸,若打开弹簧夹,则酸液由漏斗流下,试管中液面上升与锌粒接触,发生反应,产生的氢气由导管导出。
若关闭弹簧夹,则试管中液面下降,漏斗中液面上升,酸液与锌粒脱离接触,反应自行停止。
需要时再打开弹簧夹,又可以产生氢气。
这是一种仅适用于室温下随制随停,由颗粒状固体和液体间反应产生气体的装置(该气体不能溶于反应混合液中)。
请回答下列问题:
(1)为什么关闭弹簧夹时试管中液面会下降?
________________________________________________________________________。
(2)这种制气装置在加入反应物前,检查装置气密性的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
8.(6分)请用文字简单说明检查以下各装置图的气密性方法。
(1)图1检查方法是_______________________________________________________。
(2)图2检查方法是_______________________________________________________。
(3)图3检查方法是_______________________________________________________。
9.(8分)测定某石灰石样品中碳酸钙质量分数的方法是将样品与稀盐酸反应,测定反应后生成CO2的体积,再根据体积换算为质量,最后根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。
如图Ⅰ为大理石与稀盐酸反应的反应装置,图Ⅱ用于测量CO2的体积。
(1)检查图(Ⅰ)装置气密性的方法是___________________________________________
________________________________________________________________________;
检查图(Ⅱ)装置气密性的方法是_____________________________________________;
(2)图(Ⅱ)装置中油层的作用是_______________________________________________。
(3)________________________(填操作方法)可使反应前后油层上方气体压强和外界大气压相同,此时排出水的体积即为生成二氧化碳的体积。
10.(4分)下图装置可用于测定含食盐的碳酸钠样品的纯度(须在右端干燥管处收集并测量出CO2体积),其中乙中放有碳酸钠固体,检查该装置的气密性方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案精析
【例题1】 对于图4装置,关闭分液漏斗活塞,用热毛巾给锥形瓶中气体加热,注射器的活塞因内部气体压力增大而往外推移;移走毛巾,恢复到常温时,如果注射器的活塞能恢复原位,则气密性良好。
(或把注射器的活塞往外拉出一定距离,松开手,若活塞能恢复原位,则气密性良好。
)
对于图5装置,关闭右端止水夹,在漏斗端加入适量水,当下端U形部分有明显液面差时停止加水,一段时间后若液面差保持不变,则气密性良好。
对于图6装置,如此不能说明该装置是否漏气。
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