化學實驗設計壓強對化學平衡影響實驗的探究

1、.化學實驗設計壓強對化學平衡影響實驗的探究當今我國有多套中學化學新教材引入了用注射器來做“壓強對化學平衡影響的實驗，如全國發(fā)行的蘇教版“實驗化學選修教材P59就以問題探究形式設置了這一實驗內容。在該教材中“壓強對化學平衡的影響實驗的編寫是從學生的原有認知出發(fā)，讓他們通過對實驗現(xiàn)象的分析和考慮，結合所學理論對實驗條件與現(xiàn)象的關系作出科學的解釋。特別是當用注射器推壓或抽拉NO2氣體時，產生的顏色變化會受到平衡挪動、觀察角度以及熱效應等綜合因素的影響，這會使得學生對于這個看似簡單的實驗，產生驚訝、疑惑、猜測等，并會在尋覓正確答案的過程中，獲得深化的認識。事實上，對于蘇教版“實驗化學教材P59的圖4-

2、10中所繪的注射器中的NO2顏色深淺之變化，常存在爭議。教材圖示中左側注射器和右側注射器中的氣體顏色較接近，從文字表達來講，NO2氣體在壓縮后其他條件不變，顏色會先變深再變淺，這點沒有疑問。但實驗時假設按教材上第59頁的畫法來觀察NO2顏色的話即通過注射器弧形外壁直接觀察，那么不僅很難如意看到NO2氣體分子總數量有所減少，相反，到完全平衡時內部溫度恢復原狀，NO2顏色反而會變得比壓縮前略深些。這主要與觀察方向有關，因為注射器在壓縮氣體時，壓強增大，使平衡朝體積減少的方向挪動，故NO2的分子數減少，而同時隨著注射器內氣體的壓縮，觀察面積也在減少，導致單位面積上觀察到的NO2分子數比壓縮前反而要多

3、，所以顏色略深?，F(xiàn)以一個對照實驗來作進一步的說明，圖1是該對照實驗的三組實物照片，三組照片是同一對注射器在一起推或拉時拍下的對照照片，每組中的上一支注射器裝有NO2，下一支裝有Br2。第一組兩注射器中氣體顏色深度相近，從理論上推算，壓縮后兩者體積一樣時，NO2顏色應比Br2要淺，壓縮后NO2顏色也比壓縮前NO2顏色淺。但從實物照片上可看出壓縮后的氣體包括NO2比沒壓縮時都要深。照片上第三組為兩支注射器抽拉減壓到一樣體積，可以看出Br2的顏色是最淺的，NO2減壓后顏色比Br2深些，但比前兩次NO2顏色都淺。理論上，當抽拉時壓強減少，NO2N2O4平衡體系往體積增大的方向挪動，NO2的分子數增多，

4、顏色應該最深，但是由于抽拉時，觀察面積增大，單位觀察面積上的分子數反而減少，所以顏色反而變得最淡。因此通過注射器弧形外壁直接觀察的方法本身存在著缺陷。對此老師演示時可以用Br2作比照來校證實驗現(xiàn)象的“異常?！皩嶒灮瘜W教材P59的圖可以說是有意引伸出一些問題和相關的“異?，F(xiàn)象，接著該教材在P60的學生作業(yè)欄中，出了一道關于該實驗觀察方法的討論題，題目為:“當進展壓強對化學平衡影響的實驗時，請設想假如在改變壓強的過程中，從注射器的頂端見以下圖觀察針筒內氣體顏色的變化，可以得到怎樣的結論?與其他的觀察方法比較，那種觀察方法更科學、更合理?為什么?該討論題與P59的實驗圖前后照應，出得很有意義。在該題

5、討論中，學生一定要考慮到氣體體積、壓強、溫度等因素與化學平衡的關系，還要考慮到氣體體積變化導致的顏色變化與觀察角度之間的關系，其間還涉及到圓柱體體積及其面積等的計算。當然老師通過圖2的對照實物進展討論和驗證，無疑會起到事半功倍之作用。該題的正確答案應該是:“用P60圖示的方法即從注射器頂端，朝活塞方向觀察是更科學、更合理的。因為注射器內假如裝入的是Br2不存在平衡挪動，那么壓縮也好，抽拉也好，體積再變，其中的溴分子總數也不變，這些分子通過同一面積注射器頂端圓形面積不會變來觀察、比較，顯然顏色也不會有深淺差異，因此通過注射器做壓強對NO2N2O4平衡體系的影響實驗時，也應選擇觀察面積不變的觀察方式，即從注射器頂端進展觀察，這樣才能明顯地觀察到由于NO2分子總數的變化而引起的顏色變化，即壓縮顏色變淺，抽拉減壓顏色變深，從而使理論和實際相一致。當然，老師在組織學生探究上述問題前，可建議學生去查閱相關資料，并仔細分析上述實驗過程，然后再結合實驗時遇到的問題及觀察