實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)“謊言”

陳琳

【摘 ? 要】 ?在“九義”初中三年級(jí)的化學(xué)課堂中，實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的實(shí)驗(yàn)一直都是非常重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，它既是初中化學(xué)八大必做實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)，同樣也是初中會(huì)考的重點(diǎn)考查實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。本文將針對(duì)用氯酸鉀和二氧化錳組成的混合物加熱到一定程度或者是直接加熱高錳酸鉀來一次制取氧氣的這個(gè)實(shí)驗(yàn)探究，即實(shí)驗(yàn)室中存在的一個(gè)關(guān)于氧氣制取的謊言。

【關(guān)鍵詞】 ?實(shí)驗(yàn)室;制取氧氣;實(shí)驗(yàn)探究;謊言

通常在實(shí)驗(yàn)室想要制取氧氣的辦法就是將氯酸鉀和二氧化錳組成的混合物加熱到一定程度或者是直接加熱高錳酸鉀來獲取氧氣，并且采用排水法來收集氧氣。同時(shí)在化學(xué)教材中的課后習(xí)題專門強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束前必須要做的一個(gè)重要的步驟就是在熄滅酒精燈前一定要把導(dǎo)管從水槽中移出來，之后才能熄滅酒精燈，因?yàn)橹挥羞@樣才能保證液體不會(huì)回流進(jìn)試管而使試管急劇遇冷而炸裂。

在一次化學(xué)課上，我們正是在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，但是由于我們?cè)谡n堂上粗心大意，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束的時(shí)候居然先熄了酒精燈，而此時(shí)導(dǎo)管還在水槽中，這時(shí)就同課本上講的一樣，試管中充滿了從水槽中倒流進(jìn)來的水，但是卻并沒有發(fā)生老師講課時(shí)提到的后果，也就是試管會(huì)炸裂的現(xiàn)象。在下課后，筆者同其他小組的同學(xué)交流了這次的實(shí)驗(yàn)過程，發(fā)現(xiàn)他們中也有人犯了同樣的失誤，但是現(xiàn)象也基本一樣，水槽中的水倒流入試管，但是并沒有發(fā)生試管炸裂的現(xiàn)象。

正因如此，筆者心中滿是困惑，明明書上寫的很有道理，老師也講的很清楚，是應(yīng)該先將導(dǎo)管取出水槽再停止加熱，但是筆者犯了錯(cuò)誤后實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻并沒有受到影響，所以在筆者看來“防止試管炸裂”是否是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的“謊言”。

為了一探究竟，筆者又在下課后用一個(gè)100mL的試管，規(guī)格是25×200，按照課本上的裝置圖準(zhǔn)備了一套實(shí)驗(yàn)器材，并在試管中放入了適量的氯酸鉀和二氧化錳。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，用酒精燈加熱試管，這時(shí)導(dǎo)管口冒出了很多氣泡，大約兩分鐘過后，挪開酒精燈停止對(duì)試管進(jìn)行加熱。結(jié)果是水槽中的水部分流入試管中，然而卻并沒有發(fā)生炸裂?？紤]到這可能是一個(gè)偶然的情況，便又進(jìn)行了多次相同的試驗(yàn)，每次做試驗(yàn)的過程中都改變了不同的氯酸鉀和二氧化錳的比例，但是每次試驗(yàn)的結(jié)果都一樣，即試管并沒有發(fā)生炸裂。隨后筆者又將混合物換成高錳酸鉀來進(jìn)行重復(fù)的實(shí)驗(yàn)，過程和步驟與上述實(shí)驗(yàn)完全一樣，但是得到的結(jié)果也完全一樣，即試管并沒有發(fā)生炸裂。針對(duì)此次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，筆者深信實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象才是正確的，因此便去請(qǐng)教了教師，以下做了一些簡(jiǎn)單的分析研究。

一、查閱資料情況

1.氯酸鉀一般情況下是在400攝氏度的高溫環(huán)境下才能開始分解并生成氧氣，但是可以選擇氧化銅作為催化劑，此時(shí)僅需350攝氏度就能迅速分解生成氧氣，如果加入的是二氧化錳作為催化劑，那么分解實(shí)驗(yàn)所需要的溫度還會(huì)更低一些。

2.高錳酸鉀大約在240攝氏度的環(huán)境下能夠分解。

3.酒精燈一般能夠?qū)⑽锲芳訜岬?00至500攝氏度。

二、粗略的計(jì)算

實(shí)驗(yàn)室的溫度大約是27攝氏度，所用試管的容積是100mL，由氯酸鉀和二氧化錳組成的混合物能在300攝氏度的溫度下分解。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，熄滅酒精燈，結(jié)束加熱時(shí)，試管內(nèi)部的氣體會(huì)接觸到試管的玻璃內(nèi)壁，而內(nèi)壁溫度較外壁要低很多，所以此時(shí)管內(nèi)氣體溫度相對(duì)于加熱時(shí)的溫度很低的了，甚至比60攝氏度還低，這個(gè)時(shí)候可以將溫度設(shè)定為60攝氏度方便計(jì)算。查閱資料得知?dú)怏w的狀態(tài)方程為V1/V2=T1/T2，基本的計(jì)算過程在下文中展示出來：

V1=100mL，T1=273+60=333K，T2=273+27=300K，100/V2=333/300，計(jì)算得出V2=90mL

在上述的計(jì)算過程中V1指的是試管的容積，V2指的是停止加熱后氣體的體積，T1指的是停止加熱時(shí)試管內(nèi)壁氣體的開始溫度，T2指的是實(shí)驗(yàn)室的開始溫度。

從計(jì)算結(jié)果我們可以看出，在停止加熱后，等待溫度降到正常溫度后，氣體體積已經(jīng)減小了，而減小的量算出來是100mL-90mL=10mL。

這時(shí)只需要將加熱試管的試管口微微地向下傾斜一點(diǎn)，再加上導(dǎo)管內(nèi)倒流進(jìn)入試管內(nèi)的水有殘留的體積，還有導(dǎo)管內(nèi)的液面與水槽內(nèi)的液面會(huì)有一個(gè)高度差，那么就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓強(qiáng)差，因此實(shí)際上倒流進(jìn)入試管內(nèi)的水會(huì)比10mL還更少，并且水槽中的水倒流入試管中時(shí)，試管內(nèi)壁的溫度已經(jīng)下降了很多，和倒流入水的溫度差不會(huì)太大，所以可以得出結(jié)論：試管不會(huì)因?yàn)樗牡沽鞫l(fā)生炸裂。

那如果是用高錳酸鉀作為反應(yīng)物來分解氧氣的話，可以從資料得知高錳酸鉀的分解溫度比氯酸鉀還低，所以根據(jù)前面氯酸鉀和二氧化錳制取氧氣所計(jì)算的結(jié)果，高錳酸鉀制取氧氣時(shí)倒吸進(jìn)入試管的水將會(huì)更少，即不足10mL，那么我們也可以得出結(jié)果，即也不會(huì)發(fā)生試管炸裂的現(xiàn)象。

根據(jù)前文的敘述來看，雖然我們得知了實(shí)驗(yàn)結(jié)束后是先熄滅酒精燈還是先撤離試管的順序不會(huì)造成試管炸裂，但是筆者認(rèn)為我們應(yīng)該遵守教材中的順序，因?yàn)楣P者在此次實(shí)驗(yàn)中只考慮到藥品的比例問題，卻忽視了試管的問題，包括試管不同直徑對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，以及試管不同材質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，而此時(shí)如果我們先熄滅酒精燈也許會(huì)造成炸裂。所以教材中所提到的先熄滅酒精燈停止加熱再將導(dǎo)管撤離水槽是正確的，根本目的不是為了防止試管炸裂。根據(jù)筆者的實(shí)驗(yàn)過程以及計(jì)算過程，教材中之所以這樣說是為了提醒我們學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候要仔細(xì)小心，按照規(guī)定步驟一步一步做，形成良好的實(shí)驗(yàn)思維，也同樣是為了排除偶然性的危險(xiǎn)情況，所以在筆者看來這個(gè)知識(shí)點(diǎn)是一個(gè)善意的“謊言”。

【參考文獻(xiàn)】

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