高考化学复习指导：化学试题中的压强问题
在高考化学的复习过程中，理解和掌握与压强相关的实验设计和反应原理是至关重要的。本文将通过几个具体的实验案例，详细探讨如何通过观察实验现象、分析原因以及设计改进实验来验证化学反应的发生。这些实验不仅能够帮助学生理解压强对化学反应的影响，还能够培养学生的科学思维和实验设计能力。
例2：探究CO2和NaOH确实发生了化学反应
为了探究二氧化碳（CO）和氢氧化钠（NaOH）之间是否确实发生了化学反应，某实验小组的同学设计了四种不同的实验装置。这些装置旨在通过观察实验现象来证明两者之间的反应。下面我们将选择其中一个实验装置进行详细讨论，并进一步探讨可能的质疑和改进方案。
实验装置选择及现象描述
我们选择的是第一个实验装置。在这个装置中，将CO气体通入装有NaOH溶液的容器中。实验现象表现为：容器内的液体迅速吸收了CO气体，导致容器内部压力降低，进而使得外部大气压将水或其他液体压入容器内，形成明显的液面变化。
产生该实验现象的原因
这一现象的主要原因是CO与NaOH发生反应生成碳酸钠（NaCO）和水（HO）。化学方程式为：
\[ \text{CO}_2 + 2\text{NaOH} = \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} \]
当CO被NaOH溶液吸收后，容器内的气体分子数减少，导致内部气压下降。根据波义耳定律，当温度保持不变时，气体的压力与体积成反比。因此，随着容器内气压的降低，外界的大气压会推动液体进入容器，从而引起液面的变化。
质疑依据
尽管上述实验可以观察到明显的现象，但有些同学可能会提出质疑。他们的依据是：即使不发生化学反应，CO也可以直接溶解于水中，使气体量减少，同样会导致类似的现象。这种质疑是有道理的，因为CO在水中有一定的溶解度，特别是在低温或高压条件下，CO更容易溶于水。
改进实验设计
为了消除这种质疑并确证CO与NaOH确实发生了化学反应，可以在原实验的基础上进行改进。具体方法如下：
1. 加入酸性试剂：往CO与NaOH溶液作用后的液体中加入过量的稀盐酸。如果确实发生了化学反应，生成的碳酸钠会与盐酸反应，重新释放出CO气体。反应方程式为：
\[ \text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{HCl} = 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2↑ \]
如果观察到无色无味的气体产生，则说明CO与NaOH已经发生了化学反应。
2. 使用指示剂：在NaOH溶液中预先加入酚酞等酸碱指示剂。由于NaOH溶液呈碱性，酚酞会呈现红色。当CO与NaOH反应后，溶液的pH值会逐渐降低，直至变为中性或弱酸性，此时酚酞的颜色会发生明显变化，从红色变为无色或淡黄色。这也可以作为反应发生的证据。
例3：“瓶吞鸡蛋”与“瓶吐鸡蛋”的魔术揭秘
小勇在化学晚会上观看了一个名为“瓶吞鸡蛋”的魔术表演，看到鸡蛋被吞进瓶内。这个实验背后的化学原理是什么呢？我们可以通过以下步骤来解释：
瓶吞鸡蛋的原理
首先，瓶子内放置了一定量的NaOH固体。当向瓶子中吹入CO气体时，CO与NaOH发生反应，生成碳酸钠和水。根据前面提到的化学方程式：
\[ 2\text{NaOH} + \text{CO}_2 = \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} \]
随着反应的进行，瓶子内的气体分子数减少，导致内部气压降低。根据波义耳定律，外界大气压会将鸡蛋压入瓶子中，形成了“瓶吞鸡蛋”的现象。
瓶吐鸡蛋的原理
小勇思考：既然瓶子能吞蛋，能不能让它吐蛋呢？他进行了如图2所示的实验，结果鸡蛋果然被吐了出来。这是因为他加入了稀盐酸作为试剂P。稀盐酸与碳酸钠反应，生成氯化钠、水和大量的CO气体。反应方程式为：
\[ \text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{HCl} = 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2↑ \]
随着大量CO气体的生成，瓶子内的气压迅速增大，超过了外界大气压，从而将鸡蛋推出瓶子外，形成了“瓶吐鸡蛋”的现象。
例4：试管中刚沸腾的水重新沸腾
在右下图所示的装置中，夹子处于关闭状态。现将NaOH溶液滴入广口瓶中，待充分反应后，打开夹子，试管中刚沸腾的水又重新沸腾了。对于这一现象，我们可以从以下几个方面进行解释：
实验现象及其解释
当NaOH溶液滴入广口瓶中并与CO反应时，生成碳酸钠和水。随着反应的进行，广口瓶内的气体分子数减少，导致内部气压降低。根据波义耳定律，当气压降低时，液体的沸点也会随之降低。因此，原本已经沸腾的水在气压降低的情况下，再次达到了新的较低沸点，从而重新沸腾。
选项分析
根据以上分析，正确答案应该是C：试管内的气压减小，沸点降低。这是因为气压降低导致液体的沸点下降，从而使水重新沸腾。
例5：铁架台装置中的气压变化
在右下图所示的装置中，夹子处于关闭状态。在I中加入试剂后塞紧橡皮塞，立即打开止水夹，Ⅱ中有气泡冒出；一段时间后关闭止水夹Ⅱ中，液面上升，溶液由无色变为浑浊。符合以上实验现象的I和Ⅱ中应加入的试剂是：
实验现象及其解释
在这个实验中，I中加入锌（Zn）和稀硫酸（HSO），发生反应生成氢气（H）和硫酸锌（ZnSO）。化学方程式为：
\[ \text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 = \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2↑ \]
随着氢气的生成，I试管内的气压增大，迫使稀硫酸进入Ⅱ试管中。在Ⅱ试管中，稀硫酸与氯化钡（BaCl）发生反应，生成硫酸钡（BaSO）沉淀。化学方程式为：
\[ \text{BaCl}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 = \text{BaSO}_4↓ + 2\text{HCl} \]
随着硫酸钡沉淀的生成，溶液由无色变为浑浊。同时，由于Ⅱ试管内的气压增加，液面上升，形成了明显的实验现象。
通过对以上几个实验案例的详细分析，我们可以看出，压强在化学实验中扮演着重要角色。无论是通过观察气压变化来验证化学反应的发生，还是利用气压变化来实现特定的实验效果，都需要学生具备扎实的理论基础和敏锐的实验观察力。希望通过对这些经典实验的学习和理解，考生能够在高考化学中取得优异的成绩。
