用液封集氣瓶進行氣體實驗 實現化學實驗綠色化

劉媛媛

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用液封集氣瓶進行氣體實驗 實現化學實驗綠色化

劉媛媛

摘 要：化學實驗綠色化已經成為中學化學實驗改革的新趨勢和新課題。針對高中人教版必修一教材中的部分氣體實驗，運用恰當的創新實驗，從綠色化學的角度進行了探索與改進。

關鍵詞：綠色實驗；微型實驗；實驗創新

隨著綠色化學的理念逐步被廣大化學教師所接受，化學實驗綠色化已經成為中學化學實驗改革的新趨勢和新課題。人教版必修一教材的《非金屬及其化合物》一章中涉及SO2，Cl2，NO2，NH3等氣體的制備和性質實驗，由于氣體有污染，教師一般采取演示實驗或是播放視頻，而學生認為物質有毒害，存有恐懼心理因此也拒絕實驗。這樣就違背了新課程倡導的“每個學生都親自動手做實驗”的要求。為了解決這一問題，筆者進行了一系列的實驗改進，經過反復實踐，采用液封集氣瓶進行氣體實驗，從而實現化學實驗的綠色化，并達到良好的教學效果。

一、液封集氣瓶

液封集氣瓶(如圖1所示)由瓶口帶容器的集氣瓶、玻璃罩和橡膠塞組成。利用瓶口容器中的溶液、玻璃罩和橡膠塞將體系封閉，反應所產生的氣態污染物可被玻璃罩中的溶液吸收，從而有效地防止有害氣體對空氣的污染?？捎糜谘鯕?、氯氣的部分性質實驗：例如硫、磷、金屬、氫氣在其內部進行的燃燒反應。

將此裝置進行簡單的改造：在橡膠塞上打2個孔，一個孔插入帶針頭的注射器，用于制備氣體，另一個孔插入玻璃燃燒匙用于固定濾紙，并進行氣體性質的檢驗(如圖2所示)。圖3所示是進行實驗的照片。

圖1　液封集氣瓶 圖2　改進后裝置 圖3　實驗照片

二、實驗創新的原理和目的

實驗裝置適用于不加熱條件下固體與液體反應制備氣體，并在密閉容器中進行氣體性質檢驗的實驗，且實驗現象明顯、減少藥品用量及減少污染。

三、實驗實施與效果

1.SO2的制取和性質的綠色化設計

儀器：液封集氣瓶、玻璃燃燒匙、注射器、藥匙、點滴版、膠頭滴管。

試劑：藍色石蕊試紙、2%的品紅溶液、0.01 mol/L的高錳酸鉀溶液、Na2S溶液、碘水、濃硫酸、Na2SO3固體、5%的氫氧化鈉溶液、酚酞溶液、蒸餾水。

實驗操作步驟：(1)在玻璃燃燒匙長柄上用雙面膠固定4張濾紙裁成的小條，在濾紙上依次滴上蒸餾水(藍色石蕊試紙)、品紅溶液、碘水、高錳酸鉀溶液、在玻璃燃燒匙的藥匙上滴上3滴Na2S溶液；(2)在集氣瓶底部放一小藥匙Na2SO3固體，在注射器中裝入3 mL濃硫酸；(3)集氣瓶口的液封玻璃罩內倒入1/3體積的氫氧化鈉溶液，并滴入2滴酚酞溶液；(4)將儀器按圖4所示組裝好，輕輕擠出注射器中的濃硫酸，反應開始，觀察實驗現象。

圖4　SO2的制取和性質裝置圖

2.Cl2的制取和性質的綠色化設計

儀器：液封集氣瓶、玻璃燃燒匙、注射器、藥匙、點滴版、膠頭滴管。

試劑：濃鹽酸、高錳酸鉀固體、淀粉碘化鉀試紙、藍色石蕊試紙、2%的品紅溶液、5%的氫氧化鈉溶液、酚酞溶液、Na2S溶液、蒸餾水。

實驗操作步驟：(1)在玻璃燃燒匙的長柄上用雙面膠固定3張濾紙裁成的小條，在濾紙上依次滴上蒸餾水(淀粉碘化鉀試紙、藍色石蕊試紙)、品紅溶液，在玻璃燃燒匙的藥匙上滴上3滴Na2S溶液；(2)在集氣瓶底部放一小藥匙高錳酸鉀固體，注射器中裝入2 mL濃鹽酸；(3)集氣瓶口的液封玻璃罩內倒入1/3體積的氫氧化鈉溶液，并滴入2滴酚酞溶液；(4)將儀器按圖5所示組裝好，輕輕擠出注射器中的濃鹽酸，反應開始，觀察實驗現象。

圖5　Cl2的制取和性質裝置圖

3.NO2的制取和性質的綠色化設計

儀器：液封集氣瓶、玻璃燃燒匙、注射器、藥匙、點滴版、膠頭滴管。

試劑：濃硝酸、銅片、淀粉碘化鉀試紙、藍色石蕊試紙、5%的氫氧化鈉溶液、酚酞溶液、蒸餾水。

實驗操作步驟：(1)在玻璃燃燒匙的長炳上用雙面膠固定一張淀粉碘化鉀試紙和一張藍色石蕊試紙，在濾紙上依次滴上蒸餾水；(2)在集氣瓶底部放2小塊銅片，注射器中裝入2 mL濃硝酸；(3)集氣瓶口的液封玻璃罩內倒入1/3體積的氫氧化鈉溶液，并滴入2滴酚酞溶液；(4)將儀器按圖6所示組裝好，輕輕擠出注射器中的濃硝酸，一段時間后，再用注射器將蒸餾水注入集氣瓶，觀察實驗現象。

圖6　NO2的制取和性質裝置圖

4.NH3的制取和性質的綠色化設計

儀器：液封集氣瓶、玻璃燃燒匙、注射器、藥匙、點滴版、膠頭滴管。

試劑：濃氨水、濃鹽酸、氫氧化鈉固體、紅色石蕊試紙、酚酞溶液、蒸餾水。

實驗操作步驟：(1)在導氣管上用雙面膠固定一張紅色石蕊試紙，并用蒸餾水浸濕；(2)在集氣瓶底部放兩藥匙氫氧化鈉固體，注射器中裝入2 mL濃氨水；(3)集氣瓶口的液封玻璃罩內倒入1/3體積的酚酞溶液；(4)將儀器按圖7所示組裝好，輕輕擠出注射器中的濃氨水，反應一段時間后，再用注射器將濃鹽酸注入集氣瓶，觀察實驗現象。

注意：該實驗要加入一個緩沖氣袋，否則容易產生倒吸現象。

圖7　NH3的制取和性質裝置圖

四、裝置改進的意義

1.簡約化

本組實驗裝置簡單，用藥少，實驗現象對比明顯，趣味性強，符合微型實驗的要求，適用于課堂教學。

2.環?；?/p>

實驗過程中都有有害氣體生成，容易對環境造成污染，因此從氣體的制取到性質探究都選用了密閉的實驗裝置，保護了環境，體現了綠色化學教育理念。

3.集約化

將若干個實驗集合在一起，既便于操作又便于觀察。這種集約化的結果不僅可以幫助學生將相關的知識聯系起來，又有利于知識的結構化，而且有利于減少藥品和試劑的消耗。

4.非常規儀器的使用

就地取材，將液封集氣瓶進行簡單的改造，使其擁有了氣體制備、性質檢驗和尾氣吸收的多重功能。

玻璃燃燒匙在實驗中有兩大作用：一是固定濾紙，二是作為反應器，這樣能看清楚生成的硫的黃色沉淀物。

作者信息

劉媛媛，本科，二級教師。北京市第二中學通州校區，101117