学文网涉及气体进出的实验,在装配好仪器后、装入药品前,均需检查装置的气密性。
检查装置的气密性是初中化学实验的重点、难点,也是各种选拔性考试的热点,但是初中化 学教科书中对其介绍却很少。本文拟结合多个典型和特殊的实验装置,详细介绍气密性检查 的基本原理和常用方法,剖析近年来涉及气密性检查的典型中考题,以帮助同学们学会各种 气密性检查的方法。
一、检查装置气密性的基本原理
要学会检查装置的气密性,必须知道检查装置气密性的基本原理,即:在一个密闭系统内, 如果升高气体的温度或增加气体的量,气体的压强就会随之增大(反之,气体压强则减小) ,这样系统内外就会产生压强差。
据此可知,检查装置气密性时,首先要设法封闭排气口(多借助水、弹簧夹、橡皮塞、气球 或注射器等)使装置密闭,再设法增大或减小装置内部的气压(多采用加热、冷却、注水、 鼓气或抽气等措施),最后根据是否出现“压强差”现象(如气液交界处是否冒气泡、玻璃 管中是否产生水柱、容器内液面是否下降、软胶管是否变瘪等),即可作出装置是否漏气的 判断。
二、检查装置气密性的基本方法
根据改变装置内部气压的措施,我们一般把检查装置气密性的方法概括为加热法、冷却法、 鼓气法、抽气法、注水法和浸水法等6种。
1.加热法(见***1)
像“加热高锰酸钾制氧气的发生装置”,我们多采用加热法检查其气密性。即:先将导气管 口浸入水中(封闭排气口),然后用手或酒精灯加热试管外壁(升高试管内气体温度,使气 压增大),若导气管口冒气泡,则装置不漏气。
2.冷却法
若用冷却法检查“加热高锰酸钾制氧气发生装置”的气密性,其步骤是:首先将导气管口浸 入水中,然后用冰冷的毛巾捂住试管或将试管浸在冷水中(降低试管内气体温度,使气压减 小),若导气管里有水柱上升,则装置气密性良好。
3.注水法(见***2)
像“实验室制取二氧化碳(或氢气)的发生装置”,我们多采用注水法检查其气密性。即: 先将弹簧夹夹在软胶管上(封闭1个排气口),再从长颈漏斗口注水液封漏斗末端(再封闭1 个排气口),继续加水至长颈漏斗管内的水面高于锥形瓶内的水面(压缩锥形瓶内气体,使 气压增大);停止加水后,若长颈漏斗管内的水面一直高于锥形瓶内的水面,就说明装置不 漏气。
4.鼓气法(见***3)
很多装置若用鼓气法检查气密性,操作更简便。
在***3-a中:从长颈漏斗口向锥形瓶里注水使漏斗末端液封(封闭1个排气口),再用长短合 适的软胶管把锥形瓶的导气管口与注射器吸入口连接起来(再封闭1个排气口);然后慢推 注射器活塞鼓气(增加锥形瓶内气体的量,使气压增大),推动一小段距离后停止,若长颈 漏斗管内形成了一段稳定的水柱,就说明装置气密性良好。
在***3-b中:用一根长约10cm的软胶管,把导气管口与注射器吸入口连接起来(封闭排气口 ),慢推注射器活塞鼓气(增加试管内气体的量,使气压增大),推动一小段距离后停止, 若活塞仍能返回原刻度处,则装置不漏气。
5.抽气法
抽气法与鼓气法有异曲同工之妙。
仍以***3-a为例:从长颈漏斗口向锥形瓶里注水使漏斗末端液封,再用长短合适的软胶管把 锥形瓶的导气管口与注射器吸入口连接起来;外拉注射器活塞抽气(减少锥形瓶内气体的量 ,使气压减小),若看到长颈漏斗末端冒气泡,则说明气密性良好。
仍以***3-b为例:用一根长短合适的软胶管把导气管口与注射器吸入口连接起来,然后外拉 注射器活塞抽气(减少试管内气体的量,使气压减小),若软胶管变瘪,则说明装置不漏气 。
6.浸水法(见***4)
有些装置(像用球形干燥管制成的实验室制取二氧化碳的发生装置),若用浸水法检查其气 密性,操作也很简便。即:先将弹簧夹夹在软胶管上(封闭1个排气口),再把干燥管细管 的末端浸入水中(再封闭1个排气口),稍稍用力将干燥管细管竖直浸入水下合适的深度( 压缩装置内的气体,使气压增大),如果细管内的水面始终低于细管外的水面,则装置不漏 气。
三、两种特殊装置气密性的检查
1.带有量气管的实验装置
在***5装置中,右边的仪器是量气装置,其原理是:气体发生器里产生的气体通过排水法收 集在集气球里,同时集气球里的水被排入量气管,量气管里水的体积就是收集的气体体积。 在近几年的中考和竞赛试题中,量气装置频频亮相。
该装置有两个排气口(长颈漏斗口、量气管口),可以用注水法检查气密性。即:先用小橡 皮塞封闭量气管口,再从长颈漏斗口注入适量的水,一段时间后若长颈漏斗管内的水面始终 高于试管内的水面,则装置不漏气。或:分别从长颈漏斗口、量气管口注入适量的水,然后 提起量气管到合适的高度后停止,若集气球、量气管中的水面始终存在高度差,则气密性良 好。
也可以分段检查气密性,但是操作比较麻烦。
2.带有恒压漏斗的实验装置
在***6装置中,一根软胶管把分液漏斗与烧瓶连接起来,使分液漏斗变成简易恒压漏斗,以 防止烧瓶内液面上压强过大使得漏斗里液体滴不下来。从2005年全国初中化学竞赛试题中首 次出现“恒压漏斗”以来,全国各地的初中化学预赛和中考试题中,几乎每年都有涉及恒压 漏斗的试题。
该装置只有1个排气口,可以用加热法、鼓气法或抽气法检查气密性。如果使用加热法检查 气密性,具体操作是:先将导气管口浸入水中,再用手心或酒精灯微热烧瓶,若导气管口冒 气泡,则气密性良好。
注意:该装置不宜直接使用注水法检查气密性(2005年全国初中化学竞赛中就首次考查了该 问题)。因为不管该装置是否漏气,漏斗内液面上的压强与烧瓶内液面上的压强总是相等, 形成不了压强差。若要使用注水法检查气密性,必须先破坏装置的恒压状态(可拿掉分液漏 斗的塞子,并将弹簧夹夹在构成恒压的那根软胶管上)。
四、有关的典型中考题例析
不管是特殊装置,还是常规装置,气密性检查所依据的基本原理是一样的。检查时首先要搞 清装置有几个排气口,再考虑如何封闭排气口,然后立足基本原理选择改变装置内部气压的 方法。
例1.(2009年哈尔滨市)下列是一些装置气密性的检查方法,其中正确的是( )。
解析:此题主要考查学生是否知道“检查气密性时必须首先密封装置”。
在A、C和D选项中,体系均没有密闭,所以方法不正确。在B选项中,装置不仅密封了,而且 正确地采用了注水法,显然选B。
例2.(2009年辽宁省朝阳市)仅用下列装置,能检查装置气密性的是() 。
解析:此题不仅考查学生是否学会气密性检查的技能,还测试学生是否了解 注射器、恒压漏斗等非常规仪器的结构和性能。
在选项A中,导气管口没有密封;在选项B中,因为含有恒压漏斗,所以通过打开分液漏斗活 塞放水是看不出装置是否漏气的;在选项D中,装置既没有密封,也没有体现改变体系内压 强的措施;而选项C中,装置不仅是密封体系,而且利用注射器进行抽气或鼓气,即可检查气密性是否良好,故选C。
例3.(2009年山东省德州市)甲同学设计了右***装置制取二氧化碳。实验前 对该装置进行了气密性检查:打开装置中的活塞,发现分液漏斗中的水没有流下,于是得出 “气密性良好”的结论。你认为甲同学的检验方法是否可行?(填“是”或“否” )。
乙同学也设计了一种检验该装置气密性的方法,请你帮助完成:关闭活塞,在集气瓶中加水 浸没导管末端,,若集气瓶中导管水柱上升一段时间不下降,则气密性好。
解析:此题主要考查学生能否会使用冷却法检查装置气密性,以及对分液漏斗 性能的了解情况,同时测试考生评价实验方法的能力。
题给装置只有1个排气口,因此气密性检查的操作不算复杂。但是,由于装置中涉及学生不 太熟悉的分液漏斗,因此增加了思维难度,尤其是对“甲同学检验方法是否可行”的判断, 很多学生感到似是而非,因而不知所措。
甲同学检验时,因为没有拿掉分液漏斗的塞子(密封性特别好),所以不管装置是否漏气, 只要分液漏斗气密性良好,那么分液漏斗里的水就不会流下来(大气压支持)。可见甲同学 的检验方法不能说明气体发生装置是否漏气(但能说明分液漏斗不漏气),故填写“否”。
题给装置虽然可以使用多种方法检查气密性,但结合题干所给的“操作现象”来看,乙同学 使用的应该是冷却法,所以空缺的操作方法应填写“用冰冷的毛巾捂住锥形瓶外壁”,或填 写“将锥形瓶浸入冷水中”。
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