一種化學實驗尾氣吸收裝置的設計及應用

摘 要 文章針對傳統化學實驗尾氣吸收裝置存在的缺陷，設計了一種新型的氣體吸收裝置。此裝置相比傳統裝置而言，具備吸收氣體充分，有效防止水流倒吸，吸收容量大，操作方便等優點，適用于化學實驗使用。

關鍵詞 實驗尾氣 吸收裝置 儀器改進

中圖分類號：O6-33 文獻標識碼：A

隨著國民教育的快速發展，各類學校的實驗室教學、科研活動愈加頻繁，實驗室廢氣、廢液、固體廢棄物等的排放及其污染問題日益突出。①②③④尤其是化學實驗產生的污染更為嚴重，反應常常會伴有有毒有害氣體產生并逸出。如在有機化學實驗正溴丁烷的制備中，反應物HBr氣體有毒有害且難以冷凝，容易逃逸出反應裝置造成環境污染。為防止HBr的污染，常需要安裝尾氣吸收裝置。但由于傳統吸收裝置設計上的缺陷，常出現吸收不完全，廢氣外逸，吸收液倒吸等現象。因此，在化學實驗教學中有必要進行實驗儀器的改進。這里特別設計了一種結構合理、效果良好的氣體吸收裝置。

1 現有氣體吸收裝置的分析

目前普遍使用的氣體吸收裝置如圖1的右下部分所示，采用的方法是通過反應裝置上的回流冷凝管連接一導氣軟管，導氣軟管另一端連接一個玻璃漏斗。玻璃漏斗略微傾斜，漏斗口一半浸沒在水面下，一半露出在水面上以達到既能吸收廢氣又能防止水流倒吸的效果。⑤⑥⑦然而傳統氣體吸收裝置存在以下缺點：（1）液封效果不好，吸收氣體時，液面波動，氣體容易逸出。（2）漏斗不易固定，經常會整個浸入水面，導致液體倒吸至反應瓶。（3）當反應過程中有大量氣體生成或氣體逸出很快時，會導致裝置來不及充分吸收而使得有毒有害氣體逸散到空氣中。

為了克服傳統吸收裝置中漏斗不易固定，氣體容易逸出、吸收效果不佳的問題。黃福祥、朱池平等進行了儀器的改進：固定倒置漏斗或長導管稍伸入水面下，與水面形成液封，設計氣體由另一導管進入且不與水面接觸，當瓶內氣壓因氣體溶解而減小時，由于漏斗或長導管的平衡內、外氣壓作用，不會形成吸收液體的倒吸。⑧⑨宋學軍、趙桂貞等報道設計了一種由三通管連通的氣體吸收裝置。該裝置設計了安全輔助裝置，通過水位升降來調節氣體流向。⑩以上裝置基本能有效吸收有害氣體，并能起到防止倒吸的現象。但也存在一定的缺陷：如吸收形態固定、吸收容量有限；又如當反應過程中有大量氣體生成或氣體很快逸出時，仍會導致氣體來不及被充分吸收而逃逸出裝置。目前，化學實驗教學中還沒有一種操作方便、吸收容量大、效果良好，適用范圍廣，能有效防止水流倒吸的實驗尾氣吸收裝置。

2 氣體吸收裝置的改進

針對現有實驗尾氣吸收裝置存在的不足之處，特設計了如圖2所示的一種新穎裝置，可使得廢氣被充分吸收并且能有效防止水流倒吸。其操作簡便、安全可靠、效果顯著，可廣泛應用于學生實驗。

圖2所示的瓶體1的上端一體設置有進水管2和進氣管3，瓶體1內固定設置有內管4，進水管2和進氣管3分別與內管4的上端相連通，內管4的下端開口，瓶體1的側壁上設置有出水口5，內管4的下端略低于出水口5。圖3即為該吸收裝置與反應裝置一起使用的狀態示意圖。

該裝置的特點是由于瓶體的上端設置有進水管和進氣管，因此可利用反應裝置上回流冷凝管流出的水進入該進水管，并與由進氣管進入的實驗尾氣一起流經內管至瓶體出水口排出。由于內管的下端略低于瓶體上的出水口，使內管管口剛好被水面封住，因此吸收裝置的液封效果良好，可將廢氣有效密封并充分吸收。

該裝置的另一優點是進入瓶體的水流對廢氣進行有效吸收的同時還源源不斷將溶有廢氣的液體排出出水口，增大了廢氣吸收容量。同時液體的流動阻止了水流的逆流倒吸，有效防止了傳統裝置中水倒吸至反應瓶的情況出現。此外，該裝置吸收容量大尤其適用于有大量廢氣生成或氣體逸出激烈等情形使用。

該氣體吸收裝置適用于類似正溴丁烷的制備等有尾氣產生的化學實驗，可提高學生實驗的安全可操作性和環保性，可提高實驗教學效果，具有一定的推廣應用價值。

3 實驗應用

將該氣體吸收裝置應用于1-溴丁烷的制備：在100mL圓底燒瓶中加入10mL水，并小心地加入14mL濃硫酸，混合均勻后冷至室溫。再依次加入9.2mL正丁醇和13g溴化鈉，充分搖振后加入幾粒沸石。圓底燒瓶上接一回流冷凝管，冷凝管上的出水軟管接入吸收裝置的進水管，冷凝管上端的尾氣排出軟管接入吸收裝置的進氣管。接通冷凝水后將燒瓶置于石棉網上小火加熱至沸，不斷搖動燒瓶，并保持平穩回流30～40min。待反應完全，冷卻后改為蒸餾裝置，蒸出粗產物。將溜出液轉移至分液漏斗中進行洗滌。將干燥好的產物過濾到蒸餾瓶中，加熱蒸餾，收集95～99℃的餾分。實驗結果獲得約50%的產率。新裝置在使用過程中容易固定，裝配方便；尾氣隨冷凝水排至下水道，基本無逸出，更無水流倒吸現象，實驗環境亦大為改善。

4 結束語

該新型氣體吸收裝置結構簡單合理，克服了傳統裝置存在的缺點，可有效吸收有害廢氣，防止液體倒吸，使用方便、安全，適用于化學實驗的有害尾氣吸收。

注釋

① 吳偉軍，劉海飛.實驗室環境污染現狀與防治對策[J].實驗室研究與探索，2008.27（4）：142-144.

② 孟慶祥.實驗室污染的防治及治理[J].實驗室科學，2009（6）：161-162.

③ 易國順，趙邦枝，李名家，等.高校實驗室安全與環保的現狀分析和對策研究[J].實驗技術與管理，2010.27（5）：170-176.

④ 王玉清，薛琳娜.高校實驗室污染的因素及防治對策[J].實驗室研究與探索，2011.30（6）：417-420.

⑤ 谷珉珉，賈韻儀，姚子鵬.有機化學實驗[M].上海：復旦大學出版社，1991：174-175.

⑥ 曾昭瓊.有機化學實驗（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2000：92-93.

⑦ 王清廉，李瀛，高坤，等.有機化學實驗（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2010：129-130.

⑧ 宋學軍，趙桂貞.不能倒吸的氣體吸收裝置[J].化學教學，1993（4）：22-23.

⑨ 黃福祥.簡單實用的氣體吸收裝置[J].教學儀器與實驗，2001.17（3）：21-22.

⑩ 朱池平.氣體吸收裝置的改進[J].化學教育，1999（6）：35-36.