小小毛細(xì)管　實(shí)驗(yàn)大作用

毛細(xì)管的內(nèi)徑通常在幾毫米到幾微米之間，由玻璃或塑料等制成，因管徑細(xì)如毛發(fā)故稱(chēng)毛細(xì)管．小小的毛細(xì)管在實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮著重要作用，也在近幾年的新高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)題中高頻出現(xiàn)．本文例析相關(guān)問(wèn)題和知識(shí)，以期對(duì)毛細(xì)管的作用有全面的認(rèn)識(shí)．（說(shuō)明：為了節(jié)約篇幅，凸顯毛細(xì)管的作用，本文節(jié)選部分試題，如若需要可查閱完整試題．）

１ 應(yīng)用于平衡氣壓、加速氣體逸出、防暴沸等

例１ 高技術(shù)領(lǐng)域常使用高純?cè)噭?，純磷酸（熔點(diǎn)為４２℃，易吸潮）可通過(guò)市售８５％磷酸溶液減壓蒸餾除水、結(jié)晶除雜得到，純化過(guò)程需要嚴(yán)格控制溫度和水分，溫度低于２１℃易形成２H３PO４H２O（熔點(diǎn)為３０℃），高于１００℃則發(fā)生分子間脫水生成焦磷酸等．某興趣小組為制備磷酸晶體設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖１所示（夾持裝置略）．空氣流入毛細(xì)管的主要作用是防止溶液沿毛細(xì)管上升，還具有攪拌和的作用．

解析

空氣流入毛細(xì)管可以防止燒瓶中的溶液暴沸，同時(shí)還具有加速水蒸氣逸出和防止溶液沿毛細(xì)管上升的作用．

必備知識(shí)鏈接 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若毛細(xì)管末端沒(méi)有插入溶液，或末端插入溶液但靠近溶液的上表面，另一端與外界大氣壓相通，此時(shí)毛細(xì)管的主要作用是平衡容器內(nèi)外氣壓;如果實(shí)驗(yàn)是要對(duì)并沒(méi)有加入沸石的蒸餾燒瓶中的液體進(jìn)行加熱時(shí)，則需從實(shí)驗(yàn)安全角度考慮，將毛細(xì)管末端插入溶液的底部;減壓蒸餾過(guò)程中蒸餾燒瓶?jī)?nèi)放置毛細(xì)管，通過(guò)吸入極少量空氣，產(chǎn)生微小氣泡提供氣化中心，可以代替沸石有效地防止暴沸，同時(shí)可以平衡容器內(nèi)外氣壓．注意：當(dāng)毛細(xì)管發(fā)揮雙重作用時(shí)，則不能用沸石代替．毛細(xì)管末端插入溶液，吸入空氣產(chǎn)生氣泡，還可加速易揮發(fā)物質(zhì)排出，讓其參與反應(yīng)或者與氣體一起排出體系，達(dá)到除雜的目的．

變 式１ 對(duì)粗產(chǎn)物進(jìn)行減壓蒸餾（裝置如圖２所示，加熱和夾持儀器未畫(huà)出）．

（１）毛細(xì)管的主要作用是______．

（２）毛細(xì)管能否用碎瓷片代替______（填“能”或“否”）．

解析

（１）毛細(xì)管的作用為可以進(jìn)入空氣，形成氣化中心，從而防止液體暴沸．

（２）在減壓狀態(tài)下，毛細(xì)管不僅持續(xù)起到防止液體暴沸的作用，關(guān)鍵是還可以平衡內(nèi)外壓強(qiáng)，使減壓蒸餾在可控條件下進(jìn)行，此時(shí)毛細(xì)管發(fā)揮雙重作用，所以不能用碎瓷片代替．

２ 應(yīng)用于添加試劑、控制流速等

例２ 檢驗(yàn)甲醛含量的方法有很多，其中銀ＧFerrozine法靈敏度較高．測(cè)定原理為甲醛與銀氨溶液反應(yīng)生成Ag，產(chǎn)生的Ag 與Fe３＋ 定量反應(yīng)生成Fe２＋ ，F(xiàn)e２＋ 與菲洛嗪（Ferrozine）形成有色配合物，通過(guò)測(cè)定吸光度計(jì)算出甲醛的含量．某學(xué)習(xí)小組類(lèi)比此原理設(shè)計(jì)圖３裝置（夾持裝置略去），測(cè)定新裝修居室內(nèi)空氣中甲醛的含量．已知：甲醛和銀氨溶液反應(yīng)生成單質(zhì)銀、氨氣和碳酸銨，氮化鎂與水反應(yīng)放出NH３，毛細(xì)管內(nèi)徑不超過(guò)１mm．

用熱水浴加熱B，打開(kāi)K１，將滑動(dòng)隔板慢慢由最右端抽到最左端，吸入１L室內(nèi)空氣，關(guān)閉K１;后續(xù)操作是______;重復(fù)上述操作３次．毛細(xì)管的作用是______．

解析

后續(xù)操作為打開(kāi)K２，緩慢推動(dòng)滑動(dòng)隔板，將氣體全部推出，再關(guān)閉K２．裝置C中滑動(dòng)滑板使空氣由毛細(xì)管進(jìn)入裝置B中，毛細(xì)管的內(nèi)徑不超過(guò)１mm，可減小氣體的通入速率，使空氣中的甲醛氣體能與銀氨溶液充分反應(yīng)而被完全吸收．

必備知識(shí)鏈接 由于毛細(xì)管的尺寸較小，通過(guò)毛細(xì)管通入氣體或添加反應(yīng)試劑時(shí)，可以有效地控制反應(yīng)物的量，從而調(diào)控反應(yīng)速率，避免因反應(yīng)劇烈引發(fā)安全事故，便于觀察現(xiàn)象，研究反應(yīng)機(jī)理;毛細(xì)管可作為一些簡(jiǎn)單的反應(yīng)微小型容器，方便通過(guò)加熱或冷卻來(lái)控制反應(yīng)溫度獲得最佳實(shí)驗(yàn)效果．通過(guò)毛細(xì)管來(lái)添加試劑除了可以控制流速外，還可以實(shí)現(xiàn)將密度小的試劑加入密度大的試劑中，如通過(guò)毛細(xì)管將少量濃鹽酸均勻?qū)霛饬蛩岬撞?，濃鹽酸的密度小，在濃硫酸中逐漸上升的過(guò)程中水分被充分吸收．

變式２ 圖４裝置可以制備某種干燥的純凈氣體，A 中應(yīng)盛放一種密度比B中密度小的液體．表１中為幾種液體的密度．

現(xiàn)從上述液體中選出幾種適宜的試劑，利用該裝置，制出干燥純凈的氣體．

（１）制備出的氣體為_(kāi)_____（化學(xué)式）．

（２）裝置中毛細(xì)管的作用： ______．

解析

（１）因?yàn)閷?shí)驗(yàn)?zāi)康臑橹苽涓稍锛儍舻臍怏w．濃氨水與濃氫氧化鈉溶液能產(chǎn)生NH３ 但不能干燥NH３，故只可能是濃鹽酸滴入濃硫酸中，利用濃硫酸的吸水性使HCl逸出，故答案為HCl．

（２）裝置中毛細(xì)管能將濃鹽酸少量均勻?qū)霛饬蛩岬撞?，濃鹽酸的密度小于濃硫酸，濃鹽酸在濃硫酸中上升，濃鹽酸中水分被濃硫酸充分吸收，同時(shí)放出熱量，有利于產(chǎn)生HCl氣體．

３ 應(yīng)用于紙層析法中點(diǎn)樣作用

例３ （雙選）下列說(shuō)法正確的是（ ）．

A．減壓過(guò)濾不宜過(guò)濾顆粒太小的沉淀，原因是顆粒太小的沉淀易透過(guò)濾紙

B．紙層析法分離Cu２＋ 、Fe３＋ 時(shí)，用毛細(xì)管蘸取試樣在濾紙條的原點(diǎn)處輕輕點(diǎn)樣，晾干后再點(diǎn)，重復(fù)３～５次

C．萃取操作：向溶液中加入萃取劑，轉(zhuǎn)移至分液漏斗后，塞上玻璃塞．用左手壓住分液漏斗的玻璃塞，右手握住旋塞，將分液漏斗倒轉(zhuǎn)，用力振蕩

D．紙層析法中，用毛細(xì)管點(diǎn)樣，毛細(xì)現(xiàn)象的本質(zhì)是分子間作用力

解析

減壓過(guò)濾不宜過(guò)濾顆粒太小的沉淀，其原因是減壓過(guò)濾速率較快，固體顆粒太小容易被緊緊地吸附在濾紙上，使得抽濾過(guò)程困難，選項(xiàng)A 錯(cuò)誤．紙層析法分離Cu２＋ 、Fe３＋ 時(shí)，點(diǎn)樣時(shí)不能用玻璃棒，應(yīng)用毛細(xì)管蘸取試樣在原點(diǎn)輕輕點(diǎn)樣，晾干后再點(diǎn)，重復(fù)３～５次，選項(xiàng)B正確．萃取過(guò)程中需將溶液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，然后向分液漏斗中加入萃取劑，塞上玻璃塞，用右手壓住分液漏斗口部，左手握住活塞部分，把分液漏斗倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)用力振蕩，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．毛細(xì)現(xiàn)象是液體在毛細(xì)管中由于表面張力和液體分子間作用力而引起的上升或下降的現(xiàn)象，選項(xiàng)D 正確．故答案為B、D．

必備知識(shí)鏈接 紙層析法又稱(chēng)紙色譜法，是用濾紙條結(jié)合水為固定相，也可使紙纖維吸留其他物質(zhì)作為固定相作載體，以不與水相溶的有機(jī)溶劑作為流動(dòng)相，依據(jù)極性相似相溶原理，由于樣品中各物質(zhì)分配系數(shù)不同，因而擴(kuò)散速度不同，從而達(dá)到分離的目的．如分離甲基橙與酚酞混合液，操作時(shí)，將浸泡在洗滌水中一段時(shí)間的毛細(xì)管，用清水洗凈后擦干，將毛細(xì)管的一端輕輕接觸樣品表面，然后緩慢拔起，直到毛細(xì)管中填充滿樣品，再將混合液垂直輕輕點(diǎn)在濾紙條基線處，即為點(diǎn)樣，使用毛細(xì)管可使斑點(diǎn)小而均勻．點(diǎn)樣直徑控制在２～３mm 左右，直徑過(guò)大、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響色譜分離效果，然后將濾紙條放入密閉的槽中用適宜溶劑進(jìn)行展開(kāi)．由于各組分移動(dòng)的距離不同，最后形成互相分離的斑點(diǎn)．再將紙條取出，待溶劑揮發(fā)后，用顯色劑或其他適宜方法確定斑點(diǎn)位置．根據(jù)組分移動(dòng)距離（或Rf 值）與已知樣比較，進(jìn)行定性分析．用斑點(diǎn)掃描儀或?qū)⒔M分點(diǎn)取下，以溶劑溶出組分，用適宜方法如光度法、比色法等進(jìn)行定量分析．

變式３ 某同學(xué)采用薄層色譜（原理和操作與紙層析類(lèi)同）跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，分別在反應(yīng)開(kāi)始，回流１５min、３０min、４５min和６０min時(shí)，用毛細(xì)管取樣、點(diǎn)樣，薄層色譜展開(kāi)后的斑點(diǎn)如圖５所示．

該實(shí)驗(yàn)條件下比較合適的回流時(shí)間是______．

A．１５min B．３０min

C．４５min D．６０min

解析

對(duì)照?qǐng)D中斑點(diǎn)可以看出，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)圖上斑點(diǎn)為反應(yīng)物，由此可推測(cè)，回流１５ min、３０min時(shí)的圖中，下面的斑點(diǎn)為反應(yīng)物，上面的斑點(diǎn)為生成物，４５min時(shí)圖上的斑點(diǎn)是生成物，而反應(yīng)物基本上無(wú)剩余，因此，該實(shí)驗(yàn)條件下比較合適的回流時(shí)間是４５min．

綜上所述，毛細(xì)管雖然是一種非常細(xì)小的管道，但在生活、實(shí)驗(yàn)研究中都有廣泛的應(yīng)用．不僅可用來(lái)傳輸和采集化學(xué)試劑，使實(shí)驗(yàn)更加精確和可靠．同時(shí)具備平衡氣壓、加速物質(zhì)逸出、防止暴沸、樣品點(diǎn)樣等作用，因此備考時(shí)熟悉毛細(xì)管，了解其在實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的用途是正確解答相關(guān)問(wèn)題的關(guān)鍵所在．

（完）