三種常見量氣裝置的使用

陜西 趙 維

三種常見量氣裝置的使用

陜西 趙 維

在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，量氣裝置是一套非常重要的實(shí)驗(yàn)裝置。近幾年的高考理綜化學(xué)試卷中，也頻頻出現(xiàn)與量氣裝置使用有關(guān)的試題。因此，對(duì)量氣裝置的考查，自然而然就是高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)考查的熱點(diǎn)。本文就重點(diǎn)來分析三種常見量氣裝置的使用方法，總結(jié)使用時(shí)的操作要點(diǎn)，并通過具體的高考題來進(jìn)行運(yùn)用，希望對(duì)同學(xué)們的高考復(fù)習(xí)有所幫助。

一、吃透原理 掌握操作

量氣裝置，顧名思義，就是用來測(cè)量氣體體積的裝置。根據(jù)測(cè)量方法的不同，可將其分為直接測(cè)量裝置和間接測(cè)量裝置。直接測(cè)量裝置就是直接測(cè)量收集氣體體積的裝置。間接測(cè)量裝置是通過測(cè)量氣體排出液體的體積進(jìn)而來確定氣體體積的裝置。值得注意的是，這里的液體不一定是水，但必須滿足：氣體在其中難溶或不溶。

下圖所示是我們最常見的三種量氣裝置。①②屬于直接測(cè)量裝置，③是間接測(cè)量裝置。接下來，一個(gè)一個(gè)分析認(rèn)識(shí)。

圖①是直接測(cè)量裝置，使用時(shí)先在量筒內(nèi)注滿液體，將其倒扣在水槽中，水槽中的液體與量筒內(nèi)一致，氣體在其中難溶或不溶。反應(yīng)開始后，產(chǎn)生的氣體沿著導(dǎo)管進(jìn)入量筒中，應(yīng)從導(dǎo)管口放出第一個(gè)氣泡開始收集，氣體將量筒內(nèi)的液體排出，直至不再產(chǎn)生氣體為止。最后，通過量筒內(nèi)的讀數(shù)便可知?dú)怏w的體積。因?yàn)闅怏w的體積受溫度和壓強(qiáng)的影響，所以，在讀數(shù)時(shí)，一定要保證反應(yīng)前后氣體的溫度和壓強(qiáng)一致，這樣，讀出的數(shù)才準(zhǔn)確。歸納為“一冷二平”。所謂“一冷”，即：讀數(shù)時(shí)裝置必須冷卻至室溫，保證反應(yīng)前后溫度一致。所謂“二平”，即：調(diào)整量筒高度，使量筒內(nèi)外液面持平，做到第一“平”；讀數(shù)時(shí)，視線與量筒內(nèi)液體凹液面最低處相平，做到第二“平”。

圖②是另外一種直接測(cè)量裝置。左邊是量氣管，接氣體發(fā)生裝置，其上有刻度；右邊是水準(zhǔn)管，兩管之間用橡膠軟管連接。使用前，先向量氣管內(nèi)注入液體，上下移動(dòng)水準(zhǔn)管，使兩管液面相平，視線與量氣管內(nèi)液體凹液面相平，記下讀數(shù)。反應(yīng)結(jié)束后，一定要讓裝置冷卻至室溫。再次移動(dòng)水準(zhǔn)管，使兩邊液面又一次相平，視線與量氣管中液體凹液面相平，記下讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差即為所測(cè)氣體體積。讀數(shù)時(shí)，同樣滿足“一冷二平”。但此裝置以為在起始和結(jié)束均進(jìn)行了調(diào)平與讀書，所以“二平”使用了兩次。

圖③是一種最常用的間接量氣裝置，由集氣瓶、導(dǎo)管和量筒組成。通過測(cè)量排出液體的體積得到氣體的體積。使用前，先在集氣瓶?jī)?nèi)注滿液體，氣體流向?yàn)槎坦苓M(jìn)長(zhǎng)管處，長(zhǎng)管接近瓶底，保證氣體能將集氣瓶中的液體壓入量筒中，液體體積即為氣體體積。讀數(shù)之前一定要將裝置冷卻至室溫，移動(dòng)量筒調(diào)平集氣瓶與量筒中的液面，再進(jìn)行讀數(shù)，此裝置在讀數(shù)時(shí)也應(yīng)滿足“一冷二平”。在使用圖③裝置量氣時(shí)，若實(shí)驗(yàn)操作步驟均正確，但讀數(shù)依然比實(shí)際氣體體積小，會(huì)是什么原因造成的呢？通過觀察裝置，我們便不難得出答案：因?yàn)榧瘹馄績(jī)?nèi)被排出的液體并未全部進(jìn)入量筒中，一部分填充在集氣瓶與量筒之間的導(dǎo)管中，從而導(dǎo)致讀數(shù)偏小。

二、典例剖析 學(xué)以致用

【例1】實(shí)驗(yàn)室常用MnO2與濃鹽酸反應(yīng)制備Cl2，反應(yīng)因鹽酸濃度下降而停止。為測(cè)定反應(yīng)殘余液中鹽酸濃度，丁同學(xué)提出實(shí)驗(yàn)方案：與足量Zn反應(yīng)，測(cè)定生成H2體積。裝置如下圖所示（夾持器具已經(jīng)略去）反應(yīng)完畢，每間隔1分鐘讀取氣體體積，氣體體積逐漸減小，直至不變，氣體體積逐次減小的原因是__________________________________。

（排除儀器和實(shí)驗(yàn)操作的因素）

【解析】本題考查量氣裝置中的第②種。在讀數(shù)時(shí)，一定要將反應(yīng)體系冷卻至室溫，保證在同溫條件下去讀數(shù)。因?yàn)閆n與HCl反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度高，氣體積大，溫度降低，氣體體積便會(huì)縮小，所以在氣體冷卻過程中，體積逐漸減小。

【答案】裝置內(nèi)氣體尚未冷卻至室溫。

【例2】某研究性學(xué)習(xí)小組為證明在同溫同壓下，相同濃度相同體積的酸性不同的一元酸與足量鎂帶反應(yīng)時(shí)，生成氫氣的體積相同而反應(yīng)速率不同，同時(shí)測(cè)定實(shí)驗(yàn)室條件下的氣體摩爾體積。設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示：

1．以下是讀取量筒內(nèi)水的體積時(shí)，包括的幾個(gè)步驟：①使乙、丙中液面相平；②將裝置冷卻至室溫；③讀取量筒內(nèi)水的體積。正確的順序是________。

2．讀取量筒內(nèi)水的體積時(shí)，若丙中液面高于乙中液面，使乙、丙中液面相平的操作是__________________________。

【解析】此裝置屬于間接量氣裝置，是文中的第③種。讀數(shù)時(shí)，滿足“一冷二平”。先將裝置冷卻至室溫，再調(diào)整丙量筒使乙丙中液面相平，然后，視線與量筒內(nèi)液體凹液面最低處相平進(jìn)行讀數(shù)。在調(diào)節(jié)液面相平時(shí)，若丙中液面高于乙中液面，則應(yīng)下移丙量筒，使乙丙中液面相平。

【答案】1．②①③

2．下移丙

（作者單位：陜西省渭南高級(jí)中學(xué)）