2017版步步高初高中化学通用衔接教材：第10讲气体制备或性质试验装置气密性的检查

第10讲气体制备或性质实验装置气密性的检查教材分析初中教材要求高中教材要求初步掌握实验室制备氧气、二氧化碳气体装置的气密性检查的基本操作方法，理解气密性检查的原理。进一步学会有关气体制备或性质实验复杂装置的气密性检查方法（高中教材无系统讲解，只是分散在元素及其化合物有关实验中）。基础知识有关气体制备或性质实验装置气密性的检查，是化学实验的基本技能之一，也是初中化学实验的热点，也将继续成为高中化学实验考查的重点。因为一般说来，无论采用哪种装置制取气体，在成套装置组装完毕，装入反应物之前，总必须检查装置的气密性，以确保实验的顺利进行，保障实验室环境不受污染。初中化学实验主要涉及了三类气体发生装置的气密性检查方法，对于图1类型装置，初中化学课本这样要求：“将发生装置的导气管浸入水中，用手握住试管时，导管口会有气泡冒出；移开手后一段时间，导管中会形成一段水柱。”图1装置仅有一个导管出气口，在烧杯中加水浸没导管后，就形成了一个气体封闭系统，当试管内空气受热膨胀时，就能在水中出现气泡（不放在水中，管内空气照样逸出，但肉眼无法观察，进入高中后很多学生往往忘记这一点）；移开手后，温度下降到常温，而内部空气已部分逸出，气体压强减小，烧杯中自然会有微量水被吸入，形成一小段水柱，如果漏气，外部空气将“乘虚而入”，也就是内外压强仍相等，也就不会产生倒吸现象了。与图1装置相比，图2装置多出了一个带活塞的分液漏斗。若活塞处于打开状态，该系统就存在两个出气口，用类似方法就无法检查；如果我们关闭活塞，在烧杯中加水浸没导管口，就和图1装置一样可形成一个气体封闭系统，就能用相同方法进行检查。实际上，类似使用分液漏斗的发生装置，进行气密性检查时一定要先关闭活塞，让此出气口处于关闭状态，可大大简化操作。与图1相比，图3装置多了一个长颈漏斗，长颈漏斗并不能直接封闭，向其中注入适量水，让下端浸没在水中，这样就能封闭出气口，再在烧杯中加水浸没导管口，同样可形成封闭系统，就可用同样方法进行气密性检查了。理论上用手握住试管，导管口会有气泡冒出；移开手后一段时间，导管中会形成一段水柱。事实上，由于内部空气不多，热胀冷缩效果不大，并且长颈漏斗中液面可随内部气压变化而改变，热胀冷缩现象不一定在烧杯的水中呈现，所以这种方法不被看好。习惯上先直接用止水夹（弹簧夹）将右端出口封闭，后由长颈漏斗向其中注水，当漏斗下端与试管内液体形成“液面差”时停止，过一段时间，液面差仍不变的，就说明气密性良好。资料卡片启普发生器的气密性检查该装置与图3相似，只是止水夹被活塞代替，长颈漏斗被半球形漏斗代替，试管被下部球形容器代替。只要先关闭启普发生器的活塞，后在上部半球形漏斗中加入足量的水，再观察球形漏斗中水面是否形成稳定液面差，若形成稳定液面差，则气密性良好。知识衔接有关气体制备或性质实验装置的气密性检查原理，一般利用对内部封闭气体的“热胀冷缩”，在水的帮助下形成不同现象，进而判断是否漏气。封闭气体受热（容积较小的可直接用手加热，容积较大的容器可用热毛巾或微火加热）后，可能在导管出口（应浸没在水下）排出气泡，也可能是形成稳定液面差（或稳定的液柱）；停止加热，恢复到常温后，由于之前内部气体部分逸出，导致内部压强变小，就必然倒吸形成一段水柱，如果漏气，外部空气可“乘虚而入”，内部压强就不会减小，也就不会形成倒吸现象。因此，对于有关气体制备或性质实验的装置，首要的是观察其出气口（气体通道）特点，选用恰当方法封闭，分液漏斗直接将活塞关闭，长颈漏斗通过加水“液封”，乳胶管和止水夹连接装置可直接关闭止水夹，导气管出气口一般用水“液封”。无论采用哪种装置制取气体，在成套装置组装完毕装入反应物之前，必须检查装置的气密性，以确保实验的顺利进行。【例题1】 图4所示装置可用于测定锌和稀硫酸反应产生氢气的快慢（反应速率），图5装置是用特制漏斗组装的一个气体发生装置，如何检查这两套装置的气密性？图6装置也是一种常用的气体发生装置，关闭装置中的弹簧夹a后，开启分液漏斗的活塞b，水不断往下流，直至全部流入烧瓶，能否说明该装置是否漏气？如果不能，该如何检查装置的气密性？图7装置是一套制备气体并测出产生气体体积的装置，该套装置如何进行气密性检查?［想一想］1.图6装置中，如果不用橡胶管将分液漏斗液面上方与烧瓶液面上方相连，产生气体不足，须补充添加液体反应物，分液漏斗中液体能否顺利加入？为什么？［想一想］2.图7装置中最右端是一支有刻度的玻璃量器，测量出产生气体的体积要进行多少次读数，如何计算出对应气体的体积？【例题2】按图8示意组装好装置后，在D装置中加入少量水，关闭分液漏斗活塞，用手掌紧握烧瓶外壁检查装置的气密性，结果观察不到明显现象，是否表明一定漏气？若在D装置中观察到有少量气泡，能否说明所有装置（含D装置双孔塞处）气密性都良好?图8【例题3】图9所示为制取氯气（一种有毒气体）的实验装置，其中A是发生气体的装置，B可储存多余气体，C为集气瓶，D用于吸收尾气，K为止水夹。盛放药品前，怎样检验此装置的气密性?B CD【例题4】 图10是一套制备气体并进行性质实验的装置图，d中试管可收集气体冷却后的液体，如何检查该装置的气密性?图10由上可知，基于封闭气体的“热胀冷缩”原理，气密性检查的一般流程如下：①找出气体出口（气体通道），气体出口一般有活塞型（分液漏斗、针筒等）、长颈漏斗、导管口类型。②封堵气体出口，分液漏斗活塞只需关闭其玻璃活塞，长颈漏斗一般用水“液封”，导管口浸入水中。③对内部封闭气体加热，若气密性良好，必然引发“热胀”现象，如水中出现气泡、出现液面差（也有描述为出现稳定的液柱）。④停止加热恢复常温，若气密性良好，对于逸出气体类的封闭体系，因内部气体减少，就会发生“冷缩”现象，如在导管口倒吸出现水柱。如果在气体发生装置后连接很多仪器，装置过于复杂时，可借用止水夹，将装置分段检查。［想一想］3.图10装置中，在实验过程中，如果b和c间橡胶管堵塞，气体不能流通，在b中你会看到什么现象？限时作业（满分50分限时30min）一、选择题（本题包括5小题，每小题4分，共20分，每题只有1个正确答案。）1.下列装置操作图不能用于检查气密性的是（）2.用推拉注射器活塞的方法检查图中装置（锥形瓶中已注入水，漏斗下端被浸没）的气密性。当缓慢拉活塞时，如果装置气密性良好，可观察到（）A.长颈漏斗下端口产生气泡B.瓶中液面明显上升C.长颈漏斗内有液面上升D.注射器内有液体3.右图小试管中盛有几毫升水，与大试管连通的U形细玻管内放有少量的水（已染成红色）。如沿小试管壁小心地慢慢注入3毫升浓硫酸，静置片刻后，U形细玻管中可观察到的液面现象是（）浓麻酸JjA.左高右低B.左低右高C.左右一样高D.来回振动4.下列各图所示装置的气密性检查中，漏气的是（）

F动端而终平

上移两液始水先簧*、•惮管兼擦F动端而终平

上移两液始水先簧*、•惮管兼擦』R三」J\ly-5.仅用下列装置能检查气密性的是（）二、填空题（本题包括5小题，共30分）（6分）检验右图装置的气密性，通常是将导管放入水中，①用手握住试管，观察到导管口有气泡冒出，②手离开试管后，导管中有一段水柱上升，说明装置不漏气。请回答下列问题：（1）此法的原理是 （2）某同学操作时，只做了①没有做②，他即认为装置的气密性良好。你认为他的结论是否正确？（答“是”或“否”）。理由是（6分）用图示的装置制取氢气，在塑料隔板上放粗锌粒，漏斗和试管中装有稀硫酸，若打开弹簧夹，则酸液由漏斗流下，试管中液面上升与锌粒接触，发生反应，产生的氢气由导管导出。若关闭弹簧夹，则试管中液面下降，漏斗中液面上升，酸液与锌粒脱离接触，反应自行停止。需要时再打开弹簧夹，又可以产生氢气。这是一种仅适用于室温下随制随停，由颗粒状固体和液体间反应产生气体的装置（该气体不能溶于反应混合液中）。请回答下列问题:

(1)为什么关闭弹簧夹时试管中液面会下降?⑵这种制气装置在加入反应物前，检查装置气密性的方法是8.(6分)请用文字简单说明检查以下各装置图的气密性方法。(1)图1检查方法是(2)图2检查方法是(3)图3检查方法是(8分)测定某石灰石样品中碳酸钙质量分数的方法是将样品与稀盐酸反应，测定反应后生成CO2的体积，再根据体积换算为质量，最后根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。如图I为大理石与稀盐酸反应的反应装置，图n用于测量CO2的体积。图। 图]](1)检查图(I)装置气密性的方法是 检查图(n)装置气密性的方法是 ；(2)图(n)装置中油层的作用是 。(3)(填操作方法)可使反应前后油层上方气体压强和外界大气压相同，此时排出水的体积即为生成二氧化碳的体积。（4分）下图装置可用于测定含食盐的碳酸钠样品的纯度（须在右端干燥管处收集并测量出CO2体积），其中乙中放有碳酸钠固体，检查该装置的气密性方法是答案精析【例题1】对于图4装置，关闭分液漏斗活塞，用热毛巾给锥形瓶中气体加热，注射器的活塞因内部气体压力增大而往外推移；移走毛巾，恢复到常温时，如果注射器的活塞能恢复原位，则气密性良好。（或把注射器的活塞往外拉出一定距离，松开手，若活塞能恢复原位，则气密性良好。）对于图5装置，关闭右端止水夹，在漏斗端加入适量水，当下端U形部分有明显液面差时停止加水，一段时间后若液面差保持不变，则气密性良好。对于图6装置，如此不能说明该装置是否漏气。先关闭b，后打开a，再把导气管一端浸入水中，就能形成一个封闭气体系统，用酒精灯微热烧瓶，若导管口有气泡产生；移开酒精灯后导管内能形成一段水柱，则气密性良好。对于图7装置，先关闭m、n，往右侧量气管中加适量的水，使装置左右两管中形成一定的液面差；一段时间后，液面差保持不变，则气密性良好。解析图4装置表面看连着注射器的右端是封闭的，但其活塞可左右移动，也就自然形成了现象，当我们把分液漏斗活塞关闭后，就自然形成了一个气体封闭体系，如果内部气体“热胀冷缩”的话，注射器活塞必然发生移动，产生可观察到的现象。用热毛巾给锥形瓶中气体加热，注射器的活塞因内部气体压力增大而往外推移；移走毛巾，恢复到常温时，如果注射器的活塞能恢复原位，则气密性良好。还可通过推移注射器的活塞改变内部气体的压强，从而产生不同的现象。如果装置漏气，当注射器的活塞外移一段距离时，外部空气将“乘虚而入”，松开手后，注射器的活塞就不会恢复原位；如果装置不漏气，当注射器的活塞外移一段距离再松开手，注射器的活塞就能恢复原位（原内部气体压力不变）。图5装置和图3装置类似，左端仍用“液封”方式封闭，右端直接用止水夹封闭。当我们用止水夹封闭右端后，在漏斗端加入适量水，当下端U形部分有明显液面差时停止加水，一段时间后液面差保持不变，就证明内部气体“无路可走”，气密性良好；相反，若系统漏气，U形部分就不可能出现液面差。图6装置和图2装置类似，当它通过橡胶管将漏斗液面上方空间与圆底烧瓶液面上方内部空气相连，使分液漏斗中液面上方和烧瓶中液面上方的压强相同，这样分液漏斗内液体下降就自然流畅，其中液体自然就能全部流入烧瓶；如果漏气，分液漏斗中液体当然也是全部流入烧瓶中。无论装置是否漏气渚B不影响漏斗中的水滴入烧瓶，因此，不能说明装置是否漏气。从整体看，这套装置更像图1装置，它只有一个出气口，因此，只要用最简单的方法进行气密性检查，即：先关闭b，后打开a，再把导气管一端浸入水中，就能形成一个封闭气体系统，用酒精灯微热烧瓶，若导管口有气泡产生；移开酒精灯后导管内能形成一段水柱，则气密性良好。图7装置较前几个装置复杂多了，它不但有制备气体功能，还能测量气体体积。任何装置的气密性检查，都必须形成一个封闭系统，通过对其内部空气的“热胀冷缩”操作，产生对应变化，从而判断气密性。关闭A和B上的活塞，在C中加水形成液封，这样就自然形成了封闭气体。也就是：先关闭m、n，往右侧量气管中加适量的水，使装置左右两管中形成一定的液面差；一段时间后，液面差保持不变，则气密性良好。想一想1.不能顺利加入。上下气压不一致，致使液体不能顺利流下。想一想2.要进行三次读数。上下移动量气管使左右两管中液面相平，记录初读数K1，产生气体后，上下移动量气管，使左右两管中液面相平，记录此时读数为吟，则气体体积为两次读数的差值。【例题2】由于装置连接的仪器较多，内部封闭气体有较大容积，用手掌紧握烧瓶，气体压强增加的不够大，可能导致在D处较难产生气泡，现象不明显，也就是不能说明是否漏气。可通过酒精灯微热烧瓶，使内部封闭气体压强增加足够大，就能在D处观察到气泡了。封闭气体受热后，若能在D处观察到气泡，只能说明之前装置气密性良好，并不能说明D的双孔塞处气密性也良好。要一次性证明所有装置气密性良好，应将D中出气口连接导管后，浸入水中，然后再进行相应检查。【例题3】观察图9装置可发现，本装置共有3个气体出口，为形成封闭系统，需关闭分液漏斗活塞，B中长颈漏斗加水“液封”，在烧杯D中加水浸没导管口。先打开止水夹K，微热A中的圆底烧瓶，D中导管有气泡冒出；停止加热并立即关闭止水夹K片刻，D中导管倒吸入一段水柱，B中没入液面的导管口会形成液面差或产生气泡（A、B内的气体因之前的逸出，内部压强小于外部）。有这些现象说明气密性良好。也可直接将K关闭，将整套装置分解成两部分，分开检查，这是复杂装置检查气密性的常用的方法。向B、D中加水使导管口浸没在水面下，关闭分液漏斗活塞，关闭止水夹K，微热A中的圆底烧瓶，若B能形成液面差，就说明A和B气密性良好。用热毛巾加热C瓶，若D中出现气泡，停止加热恢复至常温后，D中导管倒吸形成液柱，则C和D装置气密性良好。【例题4]这是一套复杂的气体实验装置，一次性检查效果不好，可以分段检查气密性，以保证现象明显。先用止水夹夹住b、c装置间的橡皮管，将整套装置一分为二。关闭分液漏斗活塞，在b中加水至导管下端浸没，用酒精灯在a装置下微热，若b装置中的导管产生一段水柱，表明止水夹前面的装置气密性良好。将e的右端用导管相连后浸入水中，用热毛巾捂住c处锥形瓶，若e导管口出现气泡；停止微热后导管又产生一段液柱，表明这部分装置的气密性也良好。想一想3,b中导管中上升一段水柱。限时作业C［C中有两个出气口，无法检验装置的气密性。］A［当向外拉动活塞时，若装置不漏气，锥形瓶中的压强会减小，外界压强将气体压入锥形瓶中，漏斗中液面下降，甚至产生气泡。］B［浓硫酸溶于水放热，使大试管内温度升高，压强增大，U型管内的液体被压向右边，所以左低右高。］D［D中上下移动左边的玻璃管时，两边的液面齐平，