高中化學實驗裝置的積件式設計

文章編號：1005－6629(2007)12－0008－03中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

元件是構成機器、儀表等的一部分，常由若干零件組成，其顯著特點是可以在同類裝置中調換使用。因此，如果我們首先將整套實驗裝置進行分解，分別制作出構成實驗裝置的基本元件，分類整理并逐步積累這些元件；在需要時利用實驗元件在同類實驗裝置中可以調換使用的特點重新整合生成完整的實驗裝置，那么我們對學生實驗設計能力的培養將會變得切實可行。

1 積累實驗元件——掌握常用基本實驗裝置

將實驗裝置進行分類整理，可方便學生對實驗裝置主要功能的理解和掌握，例如有關氣體的制取和性質實驗，一般分為氣體的發生裝置、凈化裝置、主體實驗裝置、尾氣處理裝置等等。在日常教學中，教師應該注重對學生進行實驗元件的逐步積累，應盡量采用易于被中學生理解和接受的常規裝置，同時簡介一些非常規裝置，最好能在積累元件的過程中師生共同自制一些簡易裝置。

1.1發生裝置

發生裝置的選擇主要考慮反應物狀態和反應條件兩個因素，常見發生裝置類型如圖1所示。

1.2 凈化裝置

氣體中混入雜質時，應該選用恰當試劑和儀器加以除去，常見凈化裝置如圖2所示。考慮干燥與除雜的順序時，若采用溶液除雜，則先凈化后干燥；若采用加熱除雜，則干燥在前；若用固體吸收劑常溫吸收，則據題意而定；若制備的物質極易水解，則需要在尾部加干燥管，以防止空氣中的水蒸氣進入造成水解。

常見凈化方法(括號內為雜質)

CO2(HCl)——通入飽和NaHCO3溶液

CO2(CO)——通過紅熱的固體CuO

CO(CO2)——通入石灰水溶液中

CO2(H2S)——通入飽和CuSO4溶液

Cl2(HCl)——通入飽和食鹽水

SO2(HCl)——通入飽和NaHSO3溶液

CH4(C2H4)——通入濃溴水中

H2S(HCl)——通入飽和NaHS溶液

1.3 收集裝置

常溫下不與空氣反應的氣體，可根據其密度與空氣密度的大小關系，采用向下或向上排空氣法收集；不易溶或難溶于水的氣體，可用排水法收集，若密度與空氣相近，則只能用排水法收集；不溶于水的有毒氣體，可以用圖3右側裝置(短進長出） 收集，從長管排出的水可用燒杯接裝，如將燒杯換成量筒還可測量生成氣體的體積，常見收集裝置如圖3所示。

1.4 尾氣處理裝置

無毒氣體可以直接排入空氣，而有毒尾氣一定要經過處理或者用氣囊收集，否則會污染室內環境。具體吸收方法有三種：①將有毒氣體與容器中的溶液反應后吸收；②讓有毒的可燃性氣體燃燒轉化成無毒氣體；③用氣球或球膽將有毒氣體吸收后集中處理。常見尾氣處理裝置如圖4所示。

2 整合實驗元件——設計完整實驗裝置

實驗者在實施化學實驗之前，根據一定的實驗目的和要求，運用有關的實驗知識與技能，對實驗的儀器、裝置、步驟和方法等在頭腦中進行規劃，即為化學實驗設計。化學實驗設計應遵循科學性、綠色化、可行性、安全性、簡約性原則。

要嚴謹地設計一個化學實驗，首先應該根據實驗目的，選擇合適的儀器和藥品，確定反應原理；然后設計實驗裝置，分析注意事項，設計可行的操作步驟和觀察重點；最后在所設計的各種實驗方案中，通過分析比較，選出具有安全性好、藥品易得、操作簡便、裝置簡單、現象明顯、無污染、用藥少、步驟少、時間短等優點的最佳方案。

在中學化學實驗中，少數實驗裝置的設計實際上是儀器類型和規格大小的選擇問題；多數實驗裝置不是由一件實驗儀器能夠獨立完成的，而需要將多件實驗儀器組裝在一起，從而形成一套完整的實驗裝置。由實驗儀器組裝實驗裝置時，應該遵循先零后整、先主后輔、由底到高、從左到右的原則。設計復雜的實驗裝置時，可以先從設計核心裝置開始，接著逐步設計個別附加裝置，然后進行整體和外觀設計。

學生掌握了上述實驗裝置的基本元件以及實驗裝置設計的原則與方法以后，就可以通過簡單整合、初步綜合、靈活運用三個步驟由易到難循序漸進地進行實驗裝置的設計。

2.1簡單整合

實驗目的：實驗室制O2

反應原理：

裝置類型：固、固加熱制氣體（發生裝置）+ 排水或排空氣法收集（收集裝置）

實驗裝置：如圖5所示

2.2初步綜合

實驗目的：實驗室制Cl2

反應原理：

評價交流：濃鹽酸具有揮發性，在加熱條件下更易揮發，如果簡單的按照“發生裝置+收集裝置”的方法來收集Cl2，其中必然混有HCl氣體，所以要添加凈化裝置：飽和食鹽水除HCl氣體、濃硫酸干燥；而且Cl2有毒，應配有尾氣吸收裝置：用堿溶液吸收，且不至于發生倒吸。

裝置類型：固液加熱制氣體（發生裝置）+ 飽和食鹽水洗氣（凈化裝置）+ 濃硫酸洗氣（干燥裝置）+ 向上排空氣法收集（收集裝置）+ 濃堿液吸收（尾氣處理裝置）

實驗裝置：如圖6所示

2.3靈活運用

實驗目的：請你設計一個實驗，檢驗C與濃H2SO4反應的各種產物。

反應原理：

評價交流：CO2、SO2、H2O分別用澄清石灰水、品紅溶液和無水硫酸銅檢驗，但檢驗先后順序是難點：由于檢驗CO2、SO2均需用到溶液，所以H2O最先檢驗；又由于CO2、SO2均能與澄清石灰水反應產生渾濁，而CO2遇品紅不使其褪色，所以SO2先檢驗；最后檢驗CO2。

裝置類型：固液加熱制氣體（發生裝置）+ 無水硫酸銅檢測（檢驗裝置）+ 品紅溶液洗氣（檢驗裝置）+酸性高錳酸鉀洗氣（除雜裝置）+澄清石灰水洗氣（檢驗裝置）

實驗裝置：如圖7所示

總之，只要我們掌握了反應原理并積累了實驗裝置的基本元件，在設計實驗裝置時，首先選擇局部裝置，然后加以整合，即可獲得完整裝置。在設計裝置的過程中，教師還應該鼓勵學生之間的積極的評價與交流，這也是學生實驗裝置設計能力快速提高的行之有效的好方法。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”