【一等奖】化学中的物理　　

渝中区重庆市实验学校  刘洋　　

指导教师  付爱　　

在开始学习化学的时候，老师首先给我们介绍什么是化学变化，什么是物理变化，什么是化学性质，什么是物理性质。当时我觉得产生疑问：化学课就是学习化学相关的内容，为什么还要提物理呢？　　

经过上学期化学知识的学习和掌握，我逐渐发现物理知识在化学中的应用越来越多，特别是学习并且进行关于气体的实验时，化学老师都会重点对实验操作的步骤及要点进行强调，后来通过自己的疑问结合物理知识来思考，我逐渐感受到物理知识在化学课中的应用是如此之多，如此重要。　　

首先是化学实验中经常要检查装置气密性（见图1），具体的过程是先将玻璃管插入带孔橡胶塞，然后连接玻璃管和橡皮管，在检查气密性的容器如试管口塞橡皮塞，接下来将导管放入水中，用手紧握试管，观察水中的导管口有没有气泡冒出，如果有气泡冒出，且松手后导管内有段水柱，那么说明装置不漏气；反之易然。可是这是为什么呢？让我们来看下面几个实验。　　

高锰酸钾和二氧化锰混合加热制取氧气实验（见图2）结束后，如果是用排水法收集的氧气，那么应该先熄灭酒精灯还是将导管移出水面呢？书上已经告诉了我们，如果先熄灭酒精灯，水槽中的水可能会倒吸入试管，使试管因骤然冷却而炸裂。同学们不禁有疑问了，水槽在下方，受重力作用，水应该不会“流”进上方的试管啊？　　

再者，是测定空气中的氧气含量(见图3)时，在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5等份。用弹簧夹夹紧胶皮管。点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧。待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，发现烧杯中的水进入集气瓶，略为空体积的五分之一，可这是为什么呢？　　

最后，是在实验室制取气体时，有排水法（见图5）和排空气法来收集气体，而排空气法则又分为向上排空气法（见图5）和向下排空气法（见图6），也就是收集气体的方法有三种，那么该选择哪种方法呢？　　

现在我们用物理知识来一一进行分析。检查装置气密性和制取气体后撤除酒精灯和导管的顺序问题其实同样的原因，即气体的热胀冷缩导致的容器内部气压发生了变化。　　

图1是检查装置气密性的实验图。用手紧握试管和给试管加热的过程中，试管内空气受热膨胀，管内的气压变大，且大于外界的大气压，由于试管容积不变，所以试管内空气就会被排出一部分，如果装置是密闭的，被排出的空气只能通过导管口进入水中，就是检查气密性时水中导管口有气泡冒出的原因。而松手后，试管温度下降，内部空气气压变小，且小于外界大气压，所以水在外界大气压的作用下被压进导管，所以导管内有段水柱，这也可说明该装置是密闭性的。如果以上两种情况看不到的话，说明排除的空气通过导管口以外地方逸出，就会看不到冒气泡和水进入导管口的现象，说该装置有漏气的情况。　　

图2是高锰酸钾和二氧化锰混合加热制取氧气的实验装置图，当制取氧气结束时，如果先撤掉酒精灯，那么试管骤然冷却后内部气压变小且小于了外界的大气压，水槽内水在大气压的作用下被压进试管，致使试管接触水的部位突然遇冷而骤然收缩炸裂。如果是先把导管移出水面再熄灭酒精灯，这样即使试管内的气压变小，在外界大气压的作用下进入试管的是空气，试管就不会出现炸裂的情况所以只要用到这种装置图的实验就必须先把导管移除水面，再移开酒精灯。　　

图3是测量空气中的氧气含量的实验图。红磷在密闭的集气瓶内燃烧，将氧气消耗尽后熄灭。那么此时瓶内的空气质量减少，密度也相应变小，从而导致压瓶内的气压变小且小于了外界的大气压，当打开导管的弹簧夹，烧杯中的水在大气压的作用下被压进集气瓶中，而进入集气瓶中的水正是红磷燃烧消耗的氧气的体积。　　

三种收集气体的方法分别是排水法、向上排空气法和向下排空气法。如果气体不易溶于水就可以首先选择排水法收集，也可以选择排空气法收集。图4是排水法的装置图，它的原理是：当气体通过导管后，由于不溶于水且不与水发生反应的气体密度比水小得多，所以会在水中上升至瓶子顶部，随着气体越来越多，这部分的气压就会逐渐增大至大于水面外的大气压，从而把集气瓶内的水压出瓶外，这样通过排水就收集到所需的气体了。如果气体是易溶于水的就只能选择排空气法收集，如果气体密度大于空气密度，那么选用向上排空气法；如果气体密度小于空气密度，那么选用向下排空气法。但是这两种方法例如收集氢气，氢气的密度是小于空气的收集气体时，导管口伸至集气瓶底部，如果把集气瓶的口向上放，氢气由于会浮到空气上面，然后跑掉，收集的一瓶氢气是不纯的。如果将集气瓶口向下，氢气就会上升至顶部，随着气体的增多，气压也会增大就把该气体下方的空气压出瓶外，这样收集到气体的纯度就高得多。因此当收集气体的密度小于空气时就应当选择瓶口向下的向下排空气法，反之，当收集气体的密度大于空气时就应当选择瓶口向上的向上排空气法。　　

世界多姿多彩，物理的身影也常常闪现神奇的化学世界中。物理是我们生活中一门不可或缺的学科，生活处处有物理，她带领着我们成长、学习，学会观察生活中的一点一滴。 　　

点评：作者勤思善学，能应用物理知识解释化学实验中的为什么，最后作者发出“生活处处有物理”的感叹，可见作者平时注重观察，并主动思考并能做出解答，这种学习的精神值得提倡。