传感器分析NO2和N2O4平衡常见问题辨析

文章编号：1008-0546（201２）０6-0091-01

中图分类号：G６３3．8

文献标识码：Ｂ

doi：10.3９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０５４６．２０１２．０6．０40

一、问题提出

NO2N2O4这个反应在中学中常用来研究压强对平衡的影响，但对该反应的争论也一直不断。有同行用传感器研究该反应，通过改变气体体积时压强的变化特点来分析平衡移动方向，很有创意，但一般认为如图中a 处出现的峰是改变压强时反应达到平衡的过程。即:压缩气体体积的一瞬间，平衡基本未移动，压强增大，出现峰的高点。然后平衡向分子数减小的方向移动，压强减小，出现峰的低点，最终形成了如图1所示a处的峰。看起来非常好，但通过对比实验证明这种说法是存在问题的。

二、实验探究

利用压强传感器分别测定装有NO2和空气的针筒在改变体积时气体压强的变化，分析所得图像，进而讨论并得出结论。

1.实验试剂与仪器

试剂：铜丝、浓硝酸、NaOH溶液（用来吸收多余NO2）

仪器：压强传感器、数据采集器、计算机、针筒、木块、大试管、导管、乳胶管

2.实验步骤

（1）用铜和浓硝酸反应制取NO2并收集半针筒NO2；

（2）按图2接好装置；

（3）用木块挡在针筒活塞与筒身之间以保证推进距离相等，依次推动针筒活塞得图3。

3.实验分析

（1）压强传感器原理：传感器主要的传感元件是一个对压强敏感的薄膜，它连接了一个柔性电阻器。当被测气体的压强降低或升高时，这个薄膜变形，该电阻器的阻值将会改变。电阻器的阻值发生变化。其两端测得的电压也将发生变化，经过 A/D 转换由数据采集器接受，然后数据采集器以适当的形式把结果传送给计算机。

（2）从图3可知装有空气的针筒在压强的改变时与装有NO2的针筒一样有一个小峰，可见峰的出现本身并不能说明存在平衡的移动。这是因为在针筒活塞迅速向里推动时，压缩气体，对压强传感器中的感应薄膜有一个力的冲击，这一瞬时压强会增大，就象汽车刹车时有一个惯性一样，所以会出现压强变化上有出现一个峰值，而后薄膜受力达到平衡才显示压缩后真实的压强。

（3）比较两条曲线a处和b处，就会发现装有NO2气体的针筒压强变化的峰值没有空气来的高，下降时也要平缓。可以得出结论：在迅速压缩时平衡就已经开始移动，气体分子数变少，所以对感应薄膜的冲击反而变小，所以产生的峰值小。曲线下降变缓有两个原因：①由于平衡的存在感应薄膜回弹时也会受到影响，所以下降时也就平缓。②在压缩时温度会升高，这会使平衡向NO2方向移动，压缩后自然降温平衡向生成N2O4方向移动，所以压强稳定的时间变长，曲线下降变缓。这体现在实验现象上，仔细观察可见装有NO2的针筒在压缩后有一个变较浅的过程。

（4）从最终稳定后的压强来看，装有NO2的针筒压强明显低于装有空气的压强，可以看出平衡向气体分子数减小的方向移动了。

4.实验结论

从以上分析可以看出这个实验在中学中利用传感器来做分析是可行的。可以让学生分析图3曲线，通过对比讨论，一样可以得出正确结论，从而加深对知识的理解。只是要注意NO2N2O4这个反应在压缩时达到平衡的时间很短，压缩结束，新平衡也就基本建立，所以才会有峰值小的现象。而比较峰值的大小和压强稳定后的值才是教学的真正入手点。