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压强对化学平衡影响实验的探究
作者:张晖英    文章来源:《化学教学》2007.8    点击数:    更新时间:2008-1-15

当今我国有多套中学化学新教材引入了用注射器来做“压强对化学平衡影响”的实验,如全国发行的苏教版“实验化学”选修教材(P59)就以问题探究模式设置了这一实验内容。在该教材中“压强对化学平衡的影响”实验的编写是从学生的原有认知出发,让他们通过对实验现象的分析和思考,结合所学理论对实验条件与现象的关系作出科学的解释。特别是当用注射器推压或抽拉NO2气体时,产生的颜色变化会受到平衡移动、观察角度以及热效应等综合因素的影响,这会使得学生对于这个看似简单的实验,产生惊讶、疑惑、猜测等,并会在寻觅正确答案的过程中,获得深刻的认识。

事实上,对于苏教版“实验化学”教材P59的图4-10中所绘的注射器中的NO2颜色深浅之变化,常存在争议。教材图示中左侧注射器和右侧注射器中的气体颜色较接近,从文字叙述来讲,NO2气体在压缩后(其他条件不变),颜色会先变深再变浅,这点没有疑问。但实验时若按教材上第59页的画法来观察NO2颜色的话(即通过注射器弧形外壁直接观察),则不仅很难如意看到NO2气体分子总数量有所减少,相反,到完全平衡时(内部温度恢复原状)NO2颜色反而会变得比压缩前略深些。这主要与观察方向有关,因为注射器在压缩气体时,压强增大,使平衡朝体积减少的方向移动,故NO2的分子数减少,而同时随着注射器内气体的压缩,观察面积也在减少,导致单位面积上观察到的NO2分子数比压缩前反而要多,所以颜色略深。

现以一个对照实验来作进一步的说明,图1是该对照实验的三组实物照片,三组照片是同一对注射器在一起推或拉时拍下的对照照片,每组中的上一支注射器装有NO2,下一支装有Br2。第一组两注射器中气体颜色深度相近,从理论上推算,压缩后两者体积相同时,NO2颜色应比Br2要浅,压缩后NO2颜色也比压缩前NO2颜色浅。但从实物照片上可看出压缩后的气体(包括NO2)比没压缩时都要深。照片上第三组为两支注射器抽拉减压到相同体积,可以看出Br2的颜色是最浅的,NO2减压后颜色比Br2深些,但比前两次NO2颜色都浅。理论上,当抽拉时压强减少,NO2N2O4平衡体系往体积增大的方向移动,NO2的分子数增多,颜色应该最深,但是由于抽拉时,观察面积增大,单位观察面积上的分子数反而减少,所以颜色反而变得最淡。

因此通过注射器弧形外壁直接观察的方法本身存在着缺陷。对此教师演示时可以用Br2作对比来校证实验现象的“异常”。

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