借助數(shù)字化實驗探究壓強對化學(xué)平衡移動影響

王 春

(北京教育學(xué)院)

一、實驗方案設(shè)計

二、實驗儀器與藥品

1.實驗儀器

朗威?DISLab8.0數(shù)據(jù)采集器、壓強傳感器、20 mL 注射器(帶針頭)、具支試管(帶橡膠塞)。

2.實驗試劑

濃硝酸、銅片、濃磷酸、碘化鉀。

三、實驗操作步驟

1.按照圖1所示組建好實驗裝置,檢查裝置的氣密性。

圖1 壓強對平衡移動的影響實驗裝置圖

2.連接計算機、數(shù)據(jù)采集器及壓強傳感器,打開計算機,進入V8.0“通用軟件”。

3.打開通用軟件界面,打開“組合圖線”,添加“壓強-時間”曲線。

4.分別進行下列兩組實驗:

實驗一:在具支試管(支口處與壓強傳感器相連接)中加入少量銅片,用注射器(已插好橡膠塞)吸取5 mL濃硝酸到具支試管中,塞緊橡膠塞,制取一定體積的紅棕色NO2氣體。

實驗二:采用固液加熱反應(yīng)裝置,利用濃磷酸和碘化鉀制備HI氣體,并用向上排空氣法收集到具支試管當(dāng)中。

5.調(diào)整密閉裝置中的氣壓約為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,點擊“開始”,通過外界壓縮和拉伸注射器活塞,增大和減小體系壓強,通過壓強傳感器記錄平衡移動過程中壓強的變化。

6.采集數(shù)據(jù)至反應(yīng)完全后,點擊軟件“停止”按鈕,停止采集,得到“壓強-時間”曲線,重復(fù)進行平行實驗三次,取其最佳相對平滑的實驗數(shù)據(jù)曲線,見圖2和圖3。

圖2 壓強對2NO2(g)N2O4(g)平衡移動影響數(shù)據(jù)曲線

圖3 壓強對2HI(g)H2(g)+I2(g)平衡移動影響數(shù)據(jù)曲線

四、實驗數(shù)據(jù)分析

(一)縱向線段分析

在上述實驗數(shù)據(jù)圖2和圖3中所標(biāo)識的縱向線段有AB段、CD段、EF段。從圖中可以看出,縱向線段表示壓強的瞬間變化,其中從A到B是瞬間減小體系的壓強,C到D是瞬間增大體系的壓強,E到F又是瞬間減小壓強,結(jié)合橫坐標(biāo)時間軸可分析這些階段只是外界條件壓強的瞬時變化,對化學(xué)平衡尚沒有產(chǎn)生實質(zhì)影響。

(二)橫向線段分析

五、實驗結(jié)論

綜合上述分析可知,對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不相等的可逆反應(yīng),當(dāng)其他條件不變時,如果增大壓強,平衡向著氣態(tài)物質(zhì)體積減小方向移動;減小壓強,平衡向著氣態(tài)物質(zhì)體積增大的方向移動;對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等的可逆反應(yīng),當(dāng)其他條件不變時,如果增大或減小壓強,平衡不發(fā)生移動。

借助數(shù)字化實驗技術(shù)研究壓強對化學(xué)平衡的影響,較為直觀、清晰地呈現(xiàn)了體系壓強的變化過程,使學(xué)生清楚地理解壓強對化學(xué)平衡的影響,彌補了教材實驗的不足,有效突破了教學(xué)中的重難點。