聚焦综合素养着眼学科渗透

朱雷 姜绍南

摘 要：化学实验中装置气密性检查、某些定性研究、定量测定和连续实验中均涉及气体压强差的应用，通过引导学生探究、总结，可以帮助学生寻找解决问题的关键，也能切实提高学生解决问题的应变能力和学科综合素养。

关键词：气体压强；气密性检查；探究

一、问题的提出

随着新课程标准的广泛实施，基础教育改革越来越重视课程综合化设置。淡化学科界限，强调学科交叉，在学科渗透教学中培养学生理科综合能力、创新能力和提高学生综合素养已成趋势。近年来，化学中渗透物理学思维的试题屡见不鲜，其中有关气体压强的问题更加普遍。纵观历届中考试题，总结以下几种类型，借以提高学生解决问题的应变能力和学科综合素养。

二、类型及解析

1.气密性检查型

在进行气体的相关实验时，都要对装置进行气密性检查。试题中也经常会让学生描述如何检查气密性的操作及相关现象，学生往往因缺乏理解而解答不到位甚至词不达意。针对此现象，可以尝试让学生从最简单的装置入手，给他们实际操作的机会，在充分的感性认识基础上加以理解。

例如，图1装置气密性检查的操作常称之为“手焐法”：将导管的一端放入水中，手掌紧贴试管外壁，若导管的一端有气泡冒出，则说明气密性良好。操作过程学生早已熟记于心，然而，学生是真正地理解了，还只是停留在死记硬背的层面？有道是“纸上来得终觉浅，绝知此事要躬行”，不妨先让他们亲自动手，然后再提出问题：①为什么要先将导管放入水中？②手焐的目的是什么？经过一番思考、讨论，学生得出将导管置于水中的目的是将气体密封，“手焐”则是使气体升温而产生压强变化，通过压强变化而产生的现象可对装置气密性情况作出判断。

若是如图2，带有长颈漏斗的气体发生装置，该怎样检查气密性？理论上也可以先关闭导管口的活塞，将装置“倒立”，漏斗口置于水中采取“手焐法”来检查，但存在由于漏斗口大而现象不明显且操作不便的不足而被舍弃。此时，可以激发学生思考有没有其他方式使气体密封？在图1装置的启发下，学生提出可以往装置中注水，直至漏斗下端形成“液封”，然后关闭阀门，此时气体处于密封状态。继续向长颈漏斗中注水，如果气密性良好，则由于装置内外存在稳定的压强差，漏斗内液面不会下降，这种检查方法称为“注水法”。当然，也可以在导管口连接注射器，通过推拉注射器活塞来改变压强，观察漏斗直管内液柱升降变化来判断。图3装置与图2类似，具体步骤：关闭止水夹，向分液漏斗中加水，打开分液漏斗活塞让液体滴下，片刻后，若观察到液体下滴的速度逐渐变慢，直到无法滴下，说明气密性良好，称之为“滴液法”。

经过以上实验和交流讨论，学生就不难理解气密性检查的原理，有效提升了解决实际问题的能力。

典型试题1.下列装置中，若不添加其他仪器，也不改变装置结构，就不能检查出装置是否漏气的是：（AD）

判断理由：A中由于分液漏斗上方与烧瓶间有一橡皮管相连，使烧瓶中气体压强与分液漏斗上方气体压强始终相等，虽然气体处于密封状态，但无法改变气体的压强，故不添加仪器无法检查气密性；D中由于两只洗气瓶内气体都无法处于密封状态，故也不可检查气密性。

典型试题2.在下列各图所示的实验装置气密性检查中，根据现象判断出漏气的是：（D）

判断理由：D中右侧气体虽然看似处于密封状态，但根据液面始终保持水平说明上下移动过程中气体压强保持恒定，因而可判断该装置漏气。

2.定性实验型

化学实验中有些现象，可以通过气体压强的变化得以放大，以便我们更直观地了解物质的性质。譬如：在图4和图5装置中，都连接了气球，如果使气球膨胀，那么该使用什么样的药品组合？面对此问题，学生容易混淆。此时，可设计分组探究引导学生思考两种情况下的“膨胀”原因是否相同？

【探究问题1】根据如图4装置，思考让气球膨胀的药品组合

【归纳总结】：该装置中气球连接在容器外部，若要使其膨胀，则必须要求容器中气压增大，药品的类型可以是能反应生成气体的组合，如：a.活泼金属与酸反应生成氢气；b.二氧化锰催化双氧水生成氧气；c.碳酸盐与强酸反应生成二氧化碳。

【探究问题2】根据如图5装置，思考让气球膨胀的四种方案

【归纳总结】与问题1不同，该装置中气球连接在容器内部，若要使其膨胀，则必须要求容器中气压减小，药品的类型可以是气体被液体吸收的组合，如：a.酸性气体被碱溶液吸收；b.碱性气体被酸溶液吸收；c.溶解度大的气体被水吸收。

在此基础之上，还可以进一步引导学生探究温度对气体压强的影响，设计如下探究问题：

【探究问题3】根据如图6装置，思考让U型管液面发生变化的物质

【归纳总结】温度升高→压强增大；温度降低→压强减小

通过探究，总结出气体压强增大既可以是生成气体也可以是放出热量，反之气体压强减小既可以是消耗气体也可以是吸收热量。在探究教学中不仅提高了学生考虑问题的综合素养，更有利于学生把握实质，增强对复杂问题的应变能力。

典型试题3.利用图7装置可以证明NaOH溶液与CO2发生反应，操作过程中气球的变化情况是先膨胀，后收缩。

写出导致气球变化的化学方程式2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O，Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑。

解析：利用NaOH吸收了瓶中的二氧化碳气体，使装置内气压减小，大气压把气球压大，再滴加稀盐酸时，生成的碳酸钠和盐酸反应，使瓶内压强恢复，气球恢复原状。

3.定量测定型

化学中一些定量测定也利用到气体压强变化，如空气中氧气含量的测定，气体体积测定等。气体体积测定通常采用排液量气法，利用气体的压强将液体压入计量仪器中，装置一般由洗气瓶和量筒组合而成，如图9。也可利用量气管装置，如图10。为确保数据的准确性，读数时需让气体与外界大气压保持一致，如果反应中放热或吸热的话，应当待恢复室温才能读数，如图8燃烧红磷测定空气中氧气含量的实验，需将气体冷却至室温才能读数。若用量气管测定气体体积时，读数时还应将左右两侧液面高度调至相平。

当然，对易溶于水的气体，不能直接用排水法收集时，可以在水面上加一些有机溶剂，使气体不与水接触，比如测定氨气的体积，由于氨气不易溶于汽油，接触不到水，通入的氨气将水从右管排出，可以测其体积，如图11。

典型试题4.测定某石灰石样品中碳酸钙的质量分数，其方法是：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。图12（Ⅰ）为大理石与稀盐酸反应的反应装置，（Ⅱ）用于测量CO2的体积。

（1）写出图（I）中仪器的名称：①长颈漏斗，②铁架台，③试管；

（2）检查图（I）装置气密性的方法是：向长颈漏斗内加水，至形成液封，在乳膠管上夹弹簧夹再加适量水，静置一段时间后，若长颈漏斗液面与试管内液面差保持不变，说明气密性良好。

检查图（Ⅱ）装置气密性的方法是：在乳胶管上夹上弹簧夹，向量气管加适量水，提高量气管，一段时间后，若量气管内液面不下降，说明气密性良好；

（3）图（Ⅱ）装置中油层的作用是防止CO2溶于水。

（4）向下移动量气管，使反应后两边液面相平（填操作方法）可使反应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。

解析：本题实验装置实际上是图2和图10的组合，在检查气密性时要注意将两装置连接处的乳胶管夹紧，使左侧装置处于密封状态。而最后读数时由于量气管内液面高与左侧储气管，所以让左右液面相平的办法是向下移动量气管。

总之，利用气体压强差进行的化学实验还有很多，在教学中教师要善于发现和及时总结，只有在引导学生进行探究的基础之上帮助学生弄清本质，才能切实有效地提高学生解决问题的应变能力和综合学科素养。

参考文献：

[1]程萍，龙淇，李广洲.化学多米诺实验[J].化学教学，2000（4）：14-15.

[2]王涛，莘赞梅.化学实验中气体压强问题[J].化学教育，2009（1）：51-52.