高考專題復(fù)習(xí)氣體體積的測(cè)量

肖愛(ài)珍

摘 要：在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有通過(guò)測(cè)定反應(yīng)產(chǎn)生氣體的體積來(lái)測(cè)定混合物中某種成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（即純度）的定量實(shí)驗(yàn)，筆者通過(guò)從教材欄目中分析影響氣體體積的主要因素入手，結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作與所選用的儀器裝置進(jìn)行分析比較，得出測(cè)量氣體體積的同時(shí)要測(cè)量實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫度與氣壓的必要性和測(cè)量方法，并從高考對(duì)考生進(jìn)行氣體體積測(cè)量的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc學(xué)科素養(yǎng)的考查中分析總結(jié)氣體體積測(cè)量的原理和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差的分析，通過(guò)專題復(fù)習(xí)達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);氣體體積;測(cè)量

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)高中學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)提出了明確的學(xué)業(yè)要求：要具有較強(qiáng)的問(wèn)題意識(shí)，能在真實(shí)的情境中提出化學(xué)探究問(wèn)題，并作出預(yù)測(cè)和假設(shè);再依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮图僭O(shè)，設(shè)計(jì)解決簡(jiǎn)單問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)方案，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)等等。而高考是要考查學(xué)生學(xué)科的核心素養(yǎng)，用真實(shí)情境中的問(wèn)題為載體來(lái)考查學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，我們?cè)谶M(jìn)行高考總復(fù)習(xí)的過(guò)程中就應(yīng)該有意識(shí)地整合真實(shí)的問(wèn)題情境，系統(tǒng)地把相關(guān)的化學(xué)基本知識(shí)、基本原理及其應(yīng)用與解決相關(guān)問(wèn)題聯(lián)系在一起，逐步提高學(xué)生的化學(xué)探究能力。

對(duì)化學(xué)反應(yīng)中生成的氣體體積進(jìn)行測(cè)量常用于分析物質(zhì)的組成。在高考總復(fù)習(xí)階段，把氣體體積的測(cè)量作為一個(gè)專題來(lái)復(fù)習(xí)，有利于學(xué)生對(duì)氣體體積的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中所涉及到的各項(xiàng)知識(shí)和技能形成系統(tǒng)化、條理化，有利于培養(yǎng)學(xué)生形成更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科素養(yǎng)，可以更直觀地理解和運(yùn)用相關(guān)知識(shí)與技能。

一、利用課本相關(guān)欄目，進(jìn)一步理解決定物質(zhì)體積大小的主要因素

現(xiàn)行魯科版教材《化學(xué)1（必修）》中第22頁(yè)有一個(gè)“交流研討”欄目（表1—3—1）“1 mol不同物質(zhì)的質(zhì)量和體積”，通過(guò)分析表中數(shù)據(jù)，可以得出以下信息：

①在粒子數(shù)目相同的情況下，物質(zhì)體積的大小主要決定于微粒的大小和微粒之間的平均距離。當(dāng)粒子之間的距離很小時(shí)（固態(tài)物質(zhì)與液態(tài)物質(zhì)），物質(zhì)的體積就主要決定于微粒本身的大小;當(dāng)粒子間的距離比較大時(shí)（氣態(tài)物質(zhì)），物質(zhì)的體積就主要決定于微粒間的平均距離。

②氣體體積的大小主要決定于氣體分子間的平均距離，氣體分子間的平均距離與溫度、壓強(qiáng)等外界條件有密切的關(guān)系：在其他條件不變時(shí)，溫度越高，氣體分子間的平均距離越大，氣體體積也越大;壓強(qiáng)越大，氣體分子間的平均距離越小，氣體體積也越小。

③在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中定量測(cè)量氣體的體積時(shí)，一定要同時(shí)測(cè)量所測(cè)氣體的溫度和氣壓。

二、以常見實(shí)驗(yàn)為實(shí)例，對(duì)氣體發(fā)生裝置與量氣裝置的進(jìn)行對(duì)照比較與選擇

以Na2CO3樣品（雜質(zhì)為氯化鈉）與足量稀硫酸反應(yīng)，通過(guò)測(cè)定反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w的體積，進(jìn)一步確定Na2CO3樣品的純度為例分析用量氣法測(cè)量氣體體積的過(guò)程：

第一，要選擇合適的氣體發(fā)生裝置。選擇如圖1作為氣體發(fā)生裝置時(shí)，由于發(fā)生反應(yīng)生成的CO2氣體，可能導(dǎo)致裝置內(nèi)氣壓增大，使得分液漏斗中的稀硫酸不能順利地加入到燒瓶中;所加入的稀硫酸的體積會(huì)導(dǎo)致排出的氣體體積大于反應(yīng)生成的CO2氣體體積。若改為用如圖2作為氣體發(fā)生裝置，由于把分液漏斗改為恒壓分液漏斗，即可使得漏斗中的稀硫酸能順利地加入燒瓶中，也能使得排出的氣體體積等于反應(yīng)生成的CO2氣體體積。

第二，要選擇合適的量氣裝置。選擇如圖3作為氣體發(fā)生裝置時(shí)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)可以從量筒中的液面位置很直觀地讀出產(chǎn)生氣體的體積，但由于廣口瓶中和廣口瓶與量筒之間的導(dǎo)管中要先裝滿不能再溶解CO2氣體的飽和碳酸氫鈉溶液，操作上就不如選擇如圖4那么方便易行，但是在選用如圖4所示量氣裝置，讀數(shù)時(shí)要注意量氣管中的刻度變化方向。

第三，要通過(guò)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確測(cè)量反應(yīng)中生成的CO2氣體的體積，實(shí)驗(yàn)中最重要的是要測(cè)出氣體的溫度和氣壓。要準(zhǔn)確測(cè)出氣體的溫度，可以在反應(yīng)結(jié)束后讓反應(yīng)裝置充分冷卻到室溫，使得反應(yīng)裝置中的溫度與實(shí)驗(yàn)室的溫度相同，只需要測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的溫度;學(xué)生在初中《物理》課程中學(xué)習(xí)過(guò)“處于同一水平面上的同種液體所受的壓強(qiáng)相等”，要準(zhǔn)確測(cè)出氣體的氣壓，只要上下移動(dòng)水準(zhǔn)管或量氣管，使得水準(zhǔn)管中的液面與量氣管中的液面相平，再把視線與量氣管中液體的凹液面量低處保持水平并讀出量氣管中的起始讀數(shù)與終點(diǎn)讀數(shù)，再測(cè)出實(shí)驗(yàn)室中的氣壓。

三、以歷年來(lái)相關(guān)的高考試題為例，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臋z測(cè)進(jìn)行專題分析點(diǎn)評(píng)

【題例1】實(shí)驗(yàn)室常用MnO2與濃鹽酸反應(yīng)制備Cl2。制備反應(yīng)會(huì)因鹽酸濃度下降而停止。為測(cè)定反應(yīng)殘余液中鹽酸的濃度，探究小組同學(xué)提出下列實(shí)驗(yàn)方案：……

丁方案：與足量Zn反應(yīng)，測(cè)量生成的H2體積。進(jìn)行下列判斷和實(shí)驗(yàn)：

進(jìn)行丁方案實(shí)驗(yàn)：裝置如右圖所示（夾持器具已略去）。反應(yīng)完畢，每間隔1分鐘讀取氣體體積，氣體體積逐次減小，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)操作的影響因素）。

【點(diǎn)評(píng)】題中明確指出“排除儀器和實(shí)驗(yàn)操作的影響因素”，在讀取氣體體積時(shí)出現(xiàn)了氣體體積逐漸減小的現(xiàn)象，是因?yàn)榻饘黉\與鹽酸反應(yīng)是放熱反應(yīng)，生成的氫氣的溫度高于室溫，這些氫氣逐漸冷卻的過(guò)程中體積逐漸減小。

【題例2】測(cè)定丙烯醇的摩爾質(zhì)量：準(zhǔn)確量取a mL丙烯醇（密度為0.85g/mL）于分液漏斗中，燒瓶?jī)?nèi)盛裝足量鈉粒。實(shí)驗(yàn)前量氣管B中讀數(shù)為bmL，當(dāng)丙烯醇完全反應(yīng)后，冷卻至室溫、調(diào)平B、C液面，量氣管B的讀數(shù)為c ml。已知室溫下氣體摩爾體積為V L/mol。

【點(diǎn)評(píng)】根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，要測(cè)定a mL丙烯醇的物質(zhì)的量，就要測(cè)定反應(yīng)生成氫氣的物質(zhì)的量，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，B管與C管中的液面是相平的，當(dāng)丙烯醇與金屬鈉反應(yīng)生成氫氣時(shí)，由于A裝置中氫氣量的增加，壓強(qiáng)增大，B管中液面下降，C管中液面上升，才會(huì)使得B、C兩管的液面不相平，第①題中的操作就應(yīng)該是把C管向下移動(dòng)到液面與B管相平;在裝置圖中B管中最上方的刻度旁邊標(biāo)示了“0”，題于信息中的讀數(shù)應(yīng)是c>b，所測(cè)出的氫氣的體積應(yīng)為（c—b）mL;讀數(shù)時(shí)C管液面高于B管，則A裝置與B管的液面上的氣體壓強(qiáng)就比實(shí)驗(yàn)室的壓強(qiáng)更大，反應(yīng)生成的氫氣由于壓強(qiáng)的增大而使得體積被壓縮變小，進(jìn)而使得丙烯醇的物質(zhì)的量偏小而使丙烯醇的摩爾質(zhì)量偏大。

教育部考試中心對(duì)高考化學(xué)學(xué)科的“化學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究的能力”提出了考試要求：第一，要掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能，能夠初步進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般過(guò)程。第二，在解決化學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中能運(yùn)用化學(xué)原理和科學(xué)方法，能夠設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案，并初步進(jìn)行化學(xué)探究。這就要求我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中要充分重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)，要努力培養(yǎng)學(xué)生掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和基本技能，設(shè)計(jì)并實(shí)施合理的實(shí)驗(yàn)方案，不斷提高學(xué)生的化學(xué)探究的能力;在高考復(fù)習(xí)的過(guò)程中再系統(tǒng)整合并提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)探究的能力，以達(dá)到發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。

參考文獻(xiàn)

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[3]高等教育出版社，高考試題分析（理科綜合分冊(cè)）（2020年版）：23