淺析“倒吸”現(xiàn)象在化學(xué)實驗中的防止與應(yīng)用

譚瓊念

(廣東省江門市新會第一中學(xué) 529100)

化學(xué)實驗中，“倒吸”現(xiàn)象常常會引起實驗儀器炸裂，試劑污染等不良影響，因此，了解“倒吸”現(xiàn)象的原理、常見情況并加以防范，是中學(xué)生應(yīng)掌握的化學(xué)實驗基本技能.同時，還可應(yīng)用“倒吸”的原理，對實驗操作與實驗設(shè)計進行創(chuàng)新研究.

一、“倒吸”現(xiàn)象的原理

化學(xué)實驗中的“倒吸”，是與外界大氣壓相同的密閉容器中的氣體，因溶解、受反應(yīng)或溫度改變等原因，造成裝置內(nèi)氣壓減小，致外界大氣壓將氣體或液體等壓入壓強小的容器的過程.這是一種自發(fā)的平衡壓強現(xiàn)象.

二、“倒吸”現(xiàn)象常見類型及防止方法

1. 氣體倒吸及防止

如用氫氣還原氧化銅的實驗，若反應(yīng)結(jié)束即停止通入氫氣，會引起裝置內(nèi)氣壓降低，空氣倒吸入加熱區(qū)使銅氧化，或形成可爆氣.故應(yīng)先熄滅加熱氧化銅的酒精燈，同時繼續(xù)通氫氣，待加熱區(qū)冷卻后才能停止通氫氣，以避免空氣倒吸.

2. 火倒吸及防止

點燃可燃性氣體(如氫氣、甲烷、乙烯等)時，如果發(fā)生裝置產(chǎn)生的氣體量減少，有可能導(dǎo)致火焰隨氣體倒吸造成危險.

防止火倒吸可用以下兩種方法：

(1)金屬絲阻斷火倒吸(如圖1所示)

(2)水阻斷火倒吸(如圖2所示)

當(dāng)火倒吸到溫度較低的金屬絲或水處，金屬或水帶走一定的熱量，使火熄滅.

3.液體倒吸及防止

加熱法制取并用排液法收集氣體(如氧氣、氯氣、乙烯等)，或用溶液吸收溶解度較大的氣體(如氯化氫、溴化氫、碘化氫、氨氣)，都易引起液體的倒吸.可在實驗操作上或加裝一定的實驗裝置來防止.

(1)先拔導(dǎo)管防倒吸

加熱法制取并用排液法收集氣體，在實驗結(jié)束時，需先把導(dǎo)氣管從水槽中取出，再熄滅酒精燈，以防止水倒吸.

(2)倒扣漏斗防倒吸(如圖3所示)

該裝置可以增大氣體與水的接觸面積，有利于水對氣體的吸收.當(dāng)易溶性氣體被水吸收時，導(dǎo)管內(nèi)壓強減少，水上升到漏斗中，由于漏斗容積較大，導(dǎo)致燒杯中液面下降，使漏斗口脫離液面，漏斗中的水受自身重力的作用又流回?zé)績?nèi)，從而防止水的倒吸.

(3)干燥管防倒吸(如圖4所示)

當(dāng)易溶于水的氣體由干燥管末端進入水被吸收后，導(dǎo)氣管內(nèi)壓強減少，使水倒吸進入干燥管，當(dāng)水本身質(zhì)量大于干燥管內(nèi)外壓強差，水受自身重量的作用又流回?zé)瓋?nèi)，從而防止水的倒吸.

(4)平衡壓強防倒吸(如圖5所示)

在密閉裝置系統(tǒng)中連接一個能與外界相通的裝置，起自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)外壓強差的作用，防止溶液的倒吸.

(5)安全瓶防倒吸(如圖6所示)

當(dāng)水發(fā)生倒吸時，倒吸進來的水被預(yù)先設(shè)置的蓄液裝置貯存起來，以防止水進入受熱儀器或反應(yīng)容器.

(6)氣體隔斷防倒吸(如圖7所示)

如：氯化氫氣體從長導(dǎo)管進入，由于密度大于空氣，氯化氫氣體從插入水中的導(dǎo)管溶入水中，圓底燒瓶上方有空氣儲存，避免了液體倒吸.

三、“倒吸”原理的應(yīng)用

1.檢驗氣密性

(1)利用液體倒吸檢驗氣密性(如圖8所示)

將導(dǎo)管一端浸入水中，用雙手捂住燒瓶，借手的熱量使容器內(nèi)的空氣膨脹，容器內(nèi)的空氣則從導(dǎo)管口形成氣泡冒出，把手拿開，過一會，水沿著導(dǎo)管上升形成一小段水柱，說明裝置不漏氣.

(2)利用氣體倒吸檢驗氣密性

如要檢驗注射器的氣密性，向外輕輕拉動注射器活塞，若浸沒在水中的玻璃管口處有氣泡冒出，說明裝置的氣密性良好.

2.液體藥品的取用

用膠頭滴管移取少量液體，用洗耳球和移液管精確量取一定量液體等，是最常見的倒吸原理的應(yīng)用.

3.噴泉實驗

容器中氣體易溶解于水，少量水進入容器后能溶解大量氣體，容器內(nèi)氣體物質(zhì)的量減少，容器內(nèi)壓強減小，容器內(nèi)外產(chǎn)生較大的壓強差，形成噴泉.

4.反應(yīng)設(shè)計

(1)氣體倒吸(如圖9所示)

在證明二氧化碳和氫氧化鈉可以反應(yīng)的實驗設(shè)計中，如圖9所示，將滴管內(nèi)的氫氧化鈉溶液滴入廣口瓶中，輕輕搖蕩，二氧化碳?xì)怏w減少，氣壓減小，一會可見小氣球鼓漲.這就是對“倒吸”的原理的運用.

(2)液體倒吸

同樣是證明二氧化碳和氫氧化鈉可以反應(yīng)的實驗設(shè)計，也可以設(shè)計成液體倒吸.如圖10所示.將滴管內(nèi)的氫氧化鈉溶液滴入錐形瓶中，輕輕搖蕩，二氧化碳?xì)怏w減少，氣壓減小，燒杯中的水就被倒吸到廣口瓶中.

同理濃硫酸溶于水放熱，氫氧化鋇晶體與氯化銨反應(yīng)吸熱的驗證，制備Fe(OH)2要長時間看到白色絮狀沉淀的實驗設(shè)計，也可以設(shè)計類似的引起液體或氣體倒吸的裝置.

關(guān)于“倒吸”現(xiàn)象的考查在近年的高考題中屢屢出現(xiàn)，這是一個能發(fā)展與提升高中學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的研究內(nèi)容，值得師生予以重視與探究.