利用气压差探究的问题（课件 11张ppt）

(共11张PPT)
利用气压差探究的问题
1、小明在化学晚会上观看了“瓶吞鸡蛋”的魔术（如图1），看到鸡蛋被吞进瓶内小明思考：瓶能吞蛋，能不能吐蛋呢？他进行了如图2实验，注射器中的试剂P是稀盐酸，结果鸡蛋真的吐了出来。请结合化学反应、压强等科学知识解释“瓶吞鸡蛋”和“瓶吐鸡蛋”的原因。
氢氧化钠能与二氧化碳反应生成碳酸钠和水，使瓶内的压强减小，在外界大气压的作用下，鸡蛋进入瓶内。
酸能和碳酸钠反应生成二氧化碳从而使瓶内压强增大。可以加入的试剂是稀盐酸或稀硫酸，碳酸钠和酸反应生成二氧化碳气体，生成的二氧化碳使瓶内的压强增大，蛋被吐出。
2、许多化学反应无明显现象，CO2与NaOH溶液的反应就是其中之一。
【提出问题】怎样证明CO2与NaOH溶液发生了反应？
【实验设计】
（1）同学们根据碱的化学性质，推测CO2与NaOH反应的化学方程式为__________________________，并从不同的角度分别设计了实验加以验证。
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
【实验验证】
（2）从压强变化的角度探究。
①利用图甲装置进行实验，先挤压胶头滴管，再打开止水夹，
观察到烧瓶内形成红色“喷泉”，原因是烧瓶内压强______
（填“大于”或“小于”）外界大气压。
②利用图乙装置进行实验，将氢氧化钠溶液全部推入集气瓶
中，过一会观察到气球鼓起，认为二者发生了反应。同学们
经过讨论认为该实验不严谨，理由是__________________________________________________。于是同学们将该装置中NaOH溶液换成________，做了对比实验，证明二者发生了反应。
（3）从新物质生成的角度探究。利用图丙装置进行实验，将氢氧化钠溶液全部推入集气瓶中，过一会打开止水夹，观察到______________________________，也证明二者发生了反应。
小于
氢氧化钠溶液含有水，而二氧化碳可以溶于水，且可与水反应
等量水
稀盐酸倒吸进入集气瓶，有气泡产生
（4）利用“数字化实验”探究。
①写出图丁中制取CO2的化学反应方程式：_________________________________。
②实验测得烧杯中溶液的pH随时间的变化关系如图丁所示，由图可推知反应过程中浓度不断减少的离子是 ______（填离子符号）。
2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2↑
OH-
2、用甲、乙两组实验证明CO2能与NaOH反应。
（1）甲实验证明CO2能与NaOH反应的现象是_________________________。取甲中左侧水槽中的液体，向其中滴加足量稀盐酸，观察到____________，也能证明CO2能与NaOH溶液反应。
（2）乙实验，利用压强传感器测得瓶内气压变化如图所示。
①后注入瓶中的药品是_________（填“H2O”或“NaOH溶液”）。
②对比坐标图中的________两段曲线，可证明CO2能与NaOH反应，反应方程式为________________________。
a试管内液面上升比b试管高
有气泡产生
NaOH溶液
bc、de
2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O
3、氢氧化钠露置在空气中会与二氧化碳反应而变质。
【提出问题】二氧化碳与氢氧化钠溶液反应没有明显现象，从哪些视角可以证明CO2与NaOH溶液发生了反应？【作出猜想】猜想一：从生成物的视角；猜想二：从______的视角；猜想三：从能量变化的视角……
【实验探究1】第一组同学分别取反应后的溶液少许于试管中，按如下四种方案实验：
A．滴加酚酞试液，若变红则说明没发生反应；
B．滴加BaCl2溶液，若有白色沉淀生成，则说明发生了反应；
C．滴加澄清石灰水，若有白色沉淀生成，则说明发生了化学反应；
D．滴加足量的稀盐酸，若产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，则说明发生了反应。
反应物
①该小组同学通过讨论，一致认为____方案是不正确的，原因是________________________________
_______________________________。
②若方案B正确，请写出此方案涉及的化学反应方程式_______________________________。
A
氢氧化钠和二氧化碳反应生成的碳酸钠溶液显碱性，也能使酚酞试液变红色
BaCl2+Na2CO3═BaCO3↓+2NaCl
【实验探究2】第二组同学利用压强传感器和CO2传感器设计了如图甲、乙两个实验装置，并进行实验，得到了压强随时间变化的曲线（如图丙）。
①设计图乙实验的目的是_________________________。
②图丙中曲线___（填Ⅰ或者Ⅱ）表示CO2和NaOH溶液的反应。
对比作用，排除水对实验的干扰
Ⅱ
【实验探究3】化学反应常常伴随着能量的变化，第三组同学利用温度传感器获得了实验过程中温度随时间变化的曲线（如图丁），曲线Ⅲ为CO2与NaOH溶液的反应，曲线Ⅳ为CO2与水的反应。由此证明CO2与NaOH反应是______反应（填：“吸热”、“放热”）。
【拓展延伸】查阅资料，Na2CO3溶液与CO2也会发生反应：Na2CO3+CO2+H2O═2NaHCO3。当10g 8%的NaOH溶液通入一定体积的CO2后，所得溶液中的溶质是Na2CO3和NaHCO3，则参加反应的CO2的体积范围_______________________（该状况下，CO2的密度为2g/L）。
放热
0.22L＜V（CO2）＜0.44L
【实验探究4】第四组同学对二氧化碳的性质再探究。实验步骤如下：
（1）图1所示装置的气密性良好，三个250mL的烧瓶内收集满CO2气体，三个注射器内各装有85mL的液体（分别是水、饱和石灰水、40%的氢氧化钠溶液）。连接好装置和压强传感器。
（2）三位同学同时迅速将注射器内85mL的液体（水、饱和石灰水、40%的氢氧化钠溶液）注入各自烧瓶中，关闭活塞。
（3）一段时间后，三位同学同时振荡烧瓶。观察烧瓶内气压随时间变化的曲线（如图2）。
①导致曲线1中CD段气压急速减小的操作是_________。在不改变装置和药品的情况下，进一步降低E点的方法是_______________。
②曲线2中发生的反应方程式为 _________________________。
③曲线2与曲线3差异较大的原因是________________________________________________________
____________________________________________。
④对比曲线1、2、3，不能得出的结论是_____（填序号）。
A．CO2能与水发生反应
B．1体积水约溶解1体积CO2
C．CO2能与NaOH溶液发生反应
D．检验CO2用饱和澄清石灰水较合适
E．吸收CO2用NaOH溶液较合适
振荡烧瓶
对烧瓶进行降温
Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O
Ca(OH)2溶解度小，饱和石灰水中Ca(OH)2的浓度明显小于40%NaOH溶液中NaOH的浓度，影响了CO2的吸收
AD
4、利用下列实验来制取CO2并进行相关实验探究。
（1）制取 CO2。①简述检查A装置气密性的方法：_______________________________。
②用B装置（烧瓶）收集CO2时，如何证明CO2已经收集满了？
（2）探究CO2的性质，实验步骤如下：步骤1：图2所示装置的气密性良好（图中a处连接
气体压力传感器），甲、乙、丙一个烧瓶容积均为250mL，分别收集满CO2，三个注射器内各装有85mL液体。步骤2：同时迅速将注射器内液体全部注入烧瓶中，关闭活塞；一段时间后，同时振荡烧瓶。
步骤3：利用“数字化实验”得到如图3所示的甲、乙、丙三个烧瓶内压强与时间的对应关系曲线1、2、3。
①烧瓶乙中有白色沉淀生成，该反应的化学方程式为：_________________________。
②曲线1中 BC段气压逐渐变小的原因是___________，曲线2与曲线3差别较大的原因是什么？
_____________________________________________________。
③对比曲线1与曲线3，不能得出的结论是____（填序号）。
A.CO2能溶于水 B.CO2能与水发生反应 C.CO2能与 NaOH 溶液发生反应
④请设计实验，证明反应进行到400s时，烧瓶丙的溶液中溶质的成分。
用弹簧夹夹紧橡皮管，向锥形瓶中注水，若形成一段稳定的水柱，说明气密性良好
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
CO2溶于水
CO2和氢氧化钠溶液反应，所以导致曲线2与曲线3差别较大
B
取锥形瓶内溶液少量于试管中，加入足量的CaCl2溶液，
有白色沉淀生成，说明原溶液中含有碳酸钠，向上层清
液中加入酚酞溶液，溶液变红，说明原溶液中含有氢
氧化钠；故填：取锥形瓶内溶液少量于试管中，加入
足量的CaCl2溶液，有白色沉淀生成，说明原溶液中
含有碳酸钠，向上层清液中加入酚酞溶液，溶液变红，
说明原溶液中含有氢氧化钠；
5、某兴趣小组在学习了二氧化碳制取的研究课题时，探究了二氧化碳气体的收集方法。
[提出问题]二氧化碳能不能用排水法收集？
[作出猜想]Ⅰ.不能用排水法收集，理由是_______________________。
Ⅱ.能够用排水法收集。
[查阅资料]Ⅰ.CO2不与碳酸氢钠反应，且难溶于饱和的碳酸氢钠溶液。
Ⅱ.CO2能与氢氧化钠发生反应（氢氧化钠溶液与石灰水性质相似）。
[实验设计与操作]
步骤一：小组同学用图1所示装置进行CO2气体的制取，在相同条件下，用如下3种方法，分别在三个规格相同的锥形瓶中收集产生的CO2气体。
CO2能溶于水且与水反应
方法①：当气体发生装置开始产生CO2气体15s后，用排水法收集CO2备用，并记录从收集到集满一瓶CO2所需的时间t；
方法②：当气体发生装置开始产生CO2气体15s后，采取与方法①相同时间t,用向上排空气法收集一瓶CO2备用；
方法③：当气体发生装置开始产生CO2气体15s后，用向上排空气法收集，将燃着木条放在瓶口验满后，立即盖上玻璃片备用。
（1）请写出稀盐酸和石灰石反应的化学方程式____________________________________；
（2）当气体发生装置开始产生CO2气体15s后，再开始收集气体的原因是__________________；
（3）检验生成气体是否为二氧化碳，涉及反应的文字表达式：二氧化碳+氢氧化钙→碳酸钙+水；
步骤二：将装有50mL5%的氢氧化钠溶液的注射器与压强传感器密封连接，再插入已经收集好CO2气体的锥形瓶中（如图2所示）。将注射器的氢氧化钠溶液注入锥形瓶中，观察瓶内压强变化情况。
[实验分析与结论]
（4）用压强传感器测得密闭容器内压强随时间的变化关系如图3所示。根据实验结果可知，猜想____ （填“Ⅰ”或“Ⅱ”）成立。
（5）用燃着的木条验满CO2的方法_______（填“可靠”或“不可靠”）。从收集的气体纯度考虑，方法 _____（填“①”“②”或“③”）更好。
步骤三：小组同学进一步实验，比较两种收集方法收集等体积气体所需时间及纯度情况。
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
排出装置内的空气
II
不可靠
①
（6）小组同学用氧气传感器分别测定排空气法和排水法收集的等体积两瓶CO2气体中氧气的体积分数（数据如图4），则用排水法收集的气体中CO2体积分数约为________。
（7）排水法和向上排空气法收集气体所需时间对照
87.5%
小组同学分4组用排水法和排空气法分别收集1瓶
（集气瓶容积相同）CO2气体，记录所需时间，
如表所示。综合上述实验，请你对CO2的两种收集
方法做出评价：___________________________________________。
（8）实验结束后，图1中碳酸钙与稀盐酸反应后锥形瓶中的水溶液中除了生成的氯化钙外还有没有稀盐酸？请设计实验证明你的猜想（写出实验方法、现象和结论）：_____________________________________
________________________________________。
（9）直接用排饱和的碳酸氢钠溶液的方法代替图中的排水法收集二氧化碳，其优点是
____________________________________________。
排水法比排空气法收集的气体纯度高，且收集时间短
向反应后的溶液中加入锌粒，若有气泡产生，说明还有盐酸，若没有气泡产生，则没有盐酸
避免一部分二氧化碳溶解于水，造成反应物药品的浪费