涉及裝置氣密性檢查的系列問題研究

文章編號(hào)：1005－6629(2007)02－0074－03

中圖分類號(hào)：G632A79

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在中學(xué)化學(xué)教與學(xué)中，對(duì)整套裝置進(jìn)行氣密性檢查是一個(gè)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(yàn)方法，那么在這些方法中，又有什么規(guī)律可循呢?

1 設(shè)計(jì)氣密性檢查方案的原則與基本思路

(1)設(shè)計(jì)氣密性檢查方案的原則是“密封”

(2)檢驗(yàn)原理：使封閉體系不同位置的儀器空間之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差，并且通過產(chǎn)生明顯可見的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來判斷裝置的氣密性。主要通過氣泡的產(chǎn)生、水柱的形成、液面的升降等現(xiàn)象來進(jìn)行判斷。

(3)檢驗(yàn)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(gè)儀器，關(guān)鍵要選準(zhǔn)加熱儀器及相應(yīng)加熱部位；④特殊檢驗(yàn)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(xiàn)有一套簡易的氣體發(fā)生裝置(如右圖所示，其中活塞已打開)。

(1)甲、乙兩同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案以檢驗(yàn)其氣密性是否良好。

甲：接一導(dǎo)氣管把導(dǎo)管插入一盛水的水槽中，雙手捂住試管外壁，過一會(huì)兒，若看到試管末端有氣泡冒出，松開手后又看到導(dǎo)管內(nèi)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(guān)閉活塞，用手捂住試管中上部(氣體部分)，一會(huì)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(guān)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(qǐng)判斷甲、乙的設(shè)計(jì)方案中哪一個(gè)方案不可行?簡述理由是什么?

②丙同學(xué)認(rèn)為，只要往漏斗中加水，便可檢驗(yàn)其氣密性是否良好。經(jīng)檢驗(yàn)他的方案是可行的。請(qǐng)簡述他的方案。

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

(3)根據(jù)下圖回答問題：裝置氣密性的檢驗(yàn)須在盛放藥品前進(jìn)行。在下述裝置中，往試管B、C、D中各加入5mL蒸餾水封住導(dǎo)管口，各連接處都緊密而不漏氣的情況下，點(diǎn)燃酒精燈，微熱帶支管的試管一會(huì)兒，試管B、C、D中未出現(xiàn)氣泡；熄滅酒精燈后，試管B、C、D中導(dǎo)管內(nèi)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(qū)分簡易裝置中使用長頸漏斗和分液漏斗時(shí)進(jìn)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(guān)閉活塞，再加水，直到漏斗中液面高于試管內(nèi)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(guān)閉。(4)關(guān)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(shí)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(gè)儀器連接裝置的氣密性(本題中核心問題17

下圖是實(shí)驗(yàn)室制取Cl₂并以C1₂為原料進(jìn)行特定反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖。(1)A為氯氣發(fā)生裝置，盛放藥品前。怎樣檢驗(yàn)此裝置的氣密性?

(2)實(shí)驗(yàn)開始先點(diǎn)燃A處的酒精燈，打開旋塞K，讓Cl₂充滿整個(gè)裝置，再點(diǎn)燃D處的酒精燈。Cl₂通過C瓶后進(jìn)入D，D裝置內(nèi)盛有碳粉，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成CO₂和HCl(g)。試寫出D裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式?裝置C的作用是什么?

(3)E處石蕊試液產(chǎn)生何種現(xiàn)象?請(qǐng)解釋其原因?

(4)若將E處溶液改為石灰水，反應(yīng)過程的現(xiàn)象是什么(請(qǐng)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(yīng)完畢后，關(guān)閉旋塞K，移去酒精燈，由于余熱的作用，A處仍有少量C12產(chǎn)生，此時(shí)B中產(chǎn)生何種現(xiàn)象?B的作用是什么?

分析與解答：題中這套裝置串聯(lián)的儀器個(gè)數(shù)比較多，那么采用一次性的氣密性常規(guī)檢查辦法，不是最佳方案，首先請(qǐng)注意一個(gè)問題，串聯(lián)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(guān)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(xiàn)的現(xiàn)象，判斷整套裝置右邊部分的氣密性情況。(1)關(guān)閉K，點(diǎn)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(dǎo)氣管里水位上升、E裝置中沒入液體中的導(dǎo)氣管中有氣泡產(chǎn)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(xù)反應(yīng)所需的水蒸氣。(3)E中紫色石蕊試液先變紅后變無色，因?yàn)樯傻腍Cl溶液于水顯酸性，未反應(yīng)完的Cl₂與H₂O作用產(chǎn)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(nèi)液面上升；貯存少量Cl₂，避免Cl₂污染環(huán)境。

問題3：如何對(duì)不便加熱的簡易裝置檢驗(yàn)氣密性?

實(shí)驗(yàn)室用稀硝酸與Cu反應(yīng)生成NO氣體。如果采用(I)裝置，由于燒瓶內(nèi)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(huì)被認(rèn)為NO是由NO₂與H₂O用而生成的。某同學(xué)設(shè)計(jì)(Ⅱ)裝置，用來做該實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到較滿意的效果。

請(qǐng)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(guān)閉活塞，用酒精燈在_______處加熱，當(dāng)________時(shí)，立即撤走酒精燈。

④可在何處觀察到無色的NO氣體：_________。

⑤反應(yīng)在什么情況下可以自動(dòng)停止：_________。

⑥反應(yīng)自動(dòng)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(xiàn)象：__________。

分析與解答：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置(I)證明產(chǎn)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(shí)驗(yàn)改進(jìn)的關(guān)鍵是，在反應(yīng)產(chǎn)生氣體的地方不留空間，那就需要事先用水充滿整個(gè)集氣裝置空間，其余易解。①如圖連接好裝置(I)，將導(dǎo)氣管末端沒入水中。用雙手捂住或用酒精燈微熱燒瓶，若導(dǎo)氣管口產(chǎn)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(guān)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(shí)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(chǎn)生；④U型管的左管上部。⑤當(dāng)產(chǎn)生氣體將稀HNO₃排入長管且Cu絲與HNO₃脫離接觸時(shí)。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(duì)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(fā)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(dāng)發(fā)生氯氣泄漏時(shí)，除應(yīng)及時(shí)關(guān)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(jìn)至安全處

D．用浸潤飽和食鹽水的毛巾捂住口、鼻逆風(fēng)跑向安全處

(2)為測定空氣中氯氣的含量，某課外活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)裝置：①檢查該裝置的氣密性時(shí)，在試管中裝入適量水(保證玻璃導(dǎo)管的下端浸沒在水中)，然后___________(操作方法)，若看到________(填寫實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(nèi)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(diǎn)的空氣中氯氣的含量時(shí)，推拉注射器的活塞反復(fù)抽氣，X溶液由_____色變成______色時(shí)，反應(yīng)恰好完全進(jìn)行。此時(shí)反應(yīng)的離子方程式為______________。該活動(dòng)小組分成第一小組和第二小組，使用相同的實(shí)驗(yàn)裝置和溶液X，在同一地點(diǎn)、同時(shí)測量空氣中氯氣的含量。當(dāng)反應(yīng)恰好完全進(jìn)行，記錄抽氣的次數(shù)如下(假設(shè)每次抽氣500mL)。請(qǐng)將下表填寫完整(計(jì)算時(shí)保留兩位有效數(shù)字)。(已知：C1₂+2Na₂S2O₃=2NaCl+Na₂S₄O₆，I₂+2Na₂S₂O₂=2NaI+Na₂S₂O₆)

第_______(填“一”或“二”)小組的測量結(jié)果較準(zhǔn)確。另一小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差的原因是(兩個(gè)小組所用的裝置和藥品均無問題)_________。

(3)如果空氣受污染較嚴(yán)重，不宜在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行測量，某同學(xué)想收集當(dāng)?shù)氐目諝鈽颖編У綄?shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)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(guān)氯氣的綜合知識(shí)融合于頗具懸念的氯氣防毒問題之中，命題者設(shè)計(jì)了諸如：對(duì)毒氣樣品如何采樣、如何對(duì)特殊裝置進(jìn)行氣密性檢查等問題，以考查學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)分析問題和解決問題的能力；特別是在毒氣泄漏地點(diǎn)如何采樣這樣的問題。應(yīng)用圖中裝置檢查氣密性時(shí)，只能是向外拉注射器!否則，向里推注射器時(shí)，氣體通過單向閥逸出導(dǎo)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(lán)、Cl₂+2I^-=I₂+2Cl^－、一、抽氣速率太快，Cl₂未充分反應(yīng)而被抽走一部分，導(dǎo)致所測結(jié)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(diǎn)倒掉飽和食鹽水，瓶口向上，靜置一段時(shí)間，再蓋好玻璃片，帶回實(shí)驗(yàn)室。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。