一種新設(shè)計(jì)的多功能化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置

王發(fā)應(yīng)+季勇福+周鳳頂+李太銳

摘要：利用廣口瓶、注射器、輸液器等常見(jiàn)物品進(jìn)行簡(jiǎn)單的加工和組裝，可以制作成一個(gè)能制取氫氣、氧氣、二氧化氮等氣體及完成10多個(gè)初、高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置，具有制作和使用簡(jiǎn)單、成本低廉等特點(diǎn)，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞：多功能；化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置；銅和硝酸反應(yīng)；制取乙炔

文章編號(hào)：1005–6629（2016）11–0073–03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，制取氫氣、氧氣、乙炔等氣體發(fā)生裝置，以及銅和硝酸反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)裝置，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，所用儀器多，搬動(dòng)和使用都非常麻煩，而且課前準(zhǔn)備和課后處理都要花費(fèi)大量的時(shí)間，增加了教師的工作負(fù)擔(dān)。為此，通過(guò)查閱了大量的文獻(xiàn)資料[1～4]，在不斷試驗(yàn)和反復(fù)改進(jìn)之后，最終根據(jù)啟普發(fā)生器原理，利用廣口瓶、注射器、輸液器等常見(jiàn)物品進(jìn)行簡(jiǎn)單的加工和組裝，制作成了一件能制取氫氣、氧氣、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮等氣體以及能完成10多個(gè)初、高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，效果非常好。現(xiàn)介紹如下，供同行參考指正。

1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

2 用途

本裝置可以完成的實(shí)驗(yàn)見(jiàn)表1。

3 制作方法

3.1 制作過(guò)程

在一個(gè)6號(hào)橡皮塞的中央鉆一個(gè)與注射器筒外徑大小相當(dāng)?shù)目祝ㄈ鐖D2a所示），然后將注射器筒插入該孔中，制成反應(yīng)室（如圖2b所示）。在注射器活塞上鉆一個(gè)與輸液管外徑大小相當(dāng)?shù)目祝腥￠L(zhǎng)約15～20cm帶開(kāi)關(guān)的輸液管插入孔中，管頭露出活塞即可，用膠水粘牢密封（如圖2c所示）。將帶導(dǎo)管的活塞放回注射器筒中，再將橡皮塞塞入廣口瓶口即成（如圖1所示）。

3.2 氣密性檢查

方法一：打開(kāi)開(kāi)關(guān)，拉動(dòng)活塞，抽入一定量空氣，將導(dǎo)管口浸入燒杯的水中，推動(dòng)活塞，如果裝置的氣密性好，水中會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，拉動(dòng)活塞，水會(huì)進(jìn)入裝置內(nèi)，停止拉動(dòng)活塞，水會(huì)在導(dǎo)管中形成一段穩(wěn)定的水柱；如果裝置的氣密性差，則推動(dòng)活塞時(shí)，導(dǎo)管口產(chǎn)生的氣泡少，拉動(dòng)活塞時(shí)，形成的水柱就不穩(wěn)定，甚至不會(huì)進(jìn)入導(dǎo)管。此時(shí)須檢查各連接處，進(jìn)行補(bǔ)粘等相應(yīng)的處理，直至氣密性好為止。

方法二：打開(kāi)開(kāi)關(guān)，拉動(dòng)活塞，抽入一定量空氣，然后關(guān)閉開(kāi)關(guān)，將整套裝置浸入水中。如果裝置不漏氣，則推動(dòng)活塞時(shí)，水中不會(huì)有氣泡產(chǎn)生；如果裝置漏氣，漏氣處就會(huì)冒出氣泡。取出裝置，用吹風(fēng)機(jī)將漏氣處吹干，用膠水補(bǔ)粘后，重復(fù)上述操作，直至不漏氣為止，即可用來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4 使用方法

4.1 制取氫氣、氧氣、二氧化碳、硫化氫、二氧化氮、一氧化氮等氣體

4.1.1 添加藥品

將上述氣體發(fā)生器取下橡皮塞，抽出活塞，在注射器筒內(nèi)加入足量塊狀固體藥品（鋅粒或塊狀二氧化錳、石灰石、細(xì)銅絲團(tuán)等），然后將活塞裝回注射器筒并推到底，關(guān)閉開(kāi)關(guān)；在瓶?jī)?nèi)裝入適量液體藥品（稀硫酸或雙氧水、稀鹽酸、濃硝酸、稀硝酸等），將注射器筒放回瓶?jī)?nèi)，塞緊橡皮塞（液體藥品的量不能過(guò)多，否則注射器筒的體積所排開(kāi)的液體藥品會(huì)溢出造成浪費(fèi)，甚至污染或腐蝕桌面和其他物品，而且要讓放入注射器筒后瓶?jī)?nèi)仍要留有一定空間，以便容納反應(yīng)產(chǎn)生的氣體排出的液體藥品，下同）。

4.1.2 操作方法

拉動(dòng)活塞，往注射器筒內(nèi)抽入一定量的液體藥品（如圖3a所示），兩種藥品在注射器筒內(nèi)立即發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡，產(chǎn)生的氣體形成的壓力將液體藥品壓回瓶?jī)?nèi)（瓶?jī)?nèi)空氣被壓縮，形成一定的壓力）。當(dāng)兩種藥品分離時(shí)，反應(yīng)立即停止（如圖3b所示）；當(dāng)打開(kāi)排氣管開(kāi)關(guān)排出氣體后，液體藥品在自身壓力的作用下進(jìn)入注射器筒內(nèi)，與固體藥品接觸時(shí)，反應(yīng)又立即發(fā)生（如圖3c所示）。如此反復(fù)進(jìn)行打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)關(guān)的操作，即可控制反應(yīng)的發(fā)生和停止，使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單和方便。

4.2 制取乙炔氣體

4.2.1 添加藥品

取下橡皮塞，抽出活塞，在注射器筒底部先放入一層玻璃絲（或石棉絨），再加入足量塊狀固體電石，然后將活塞裝回并推到底，關(guān)閉開(kāi)關(guān)；在瓶?jī)?nèi)裝入適量50%～70%水的酒精溶液[5]，將注射器筒放入瓶?jī)?nèi)，塞緊橡皮塞。

4.2.2 操作方法

拉動(dòng)活塞，往注射器筒內(nèi)抽入一定量水的酒精溶液（如圖3a所示），兩種藥品在注射器筒內(nèi)立即發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡，產(chǎn)生的氣體形成的壓力將液體藥品壓回瓶?jī)?nèi)，當(dāng)兩種藥品分離時(shí)，反應(yīng)慢慢停止（如圖3b所示，殘留的液體藥品會(huì)和電石繼續(xù)反應(yīng)）；當(dāng)打開(kāi)開(kāi)關(guān)排出氣體后，液體藥品在自身壓力的作用下又進(jìn)入注射器筒內(nèi)，與固體藥品接觸時(shí)，反應(yīng)又立即發(fā)生（如圖3c所示）。如此反復(fù)進(jìn)行打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)關(guān)的操作，即可控制反應(yīng)的隨時(shí)發(fā)生和停止。

4.3 鈉和乙醇反應(yīng)

如圖3所示，按4.1.1的操作，在瓶?jī)?nèi)裝入適量無(wú)水乙醇，在注射器筒內(nèi)裝入適量金屬鈉后重新組裝好裝置。再按4.1.2的操作方法，即可進(jìn)行鈉和乙醇反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，同樣可以通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)關(guān)的操作，控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。

4.4 氨與氯化氫反應(yīng)及分子運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

如圖4所示，在注射器筒內(nèi)裝入一團(tuán)浸有濃鹽酸（或酚酞試液）的棉花團(tuán)，在瓶?jī)?nèi)滴入幾滴濃氨水，組裝好裝置后，很快就會(huì)看到瓶?jī)?nèi)和注射器筒內(nèi)產(chǎn)生大量白煙，最終充滿(mǎn)整個(gè)裝置（或浸有酚酞試液的棉花團(tuán)變紅）。

4.5濃硫酸或氫氧化鈉固體的吸水性

在注射器筒內(nèi)放幾粒比注射器出口稍大的藍(lán)色硫酸銅晶體（避免掉入瓶?jī)?nèi)），在瓶?jī)?nèi)加入適量濃硫酸或氫氧化鈉固體，靜置觀察，一段時(shí)間后，藍(lán)色硫酸銅晶體表面就會(huì)形成一層白色粉末（如圖4所示）。

5 裝置特點(diǎn)

（1）材料易得，制作簡(jiǎn)單，易于推廣。

（2）多功能。能夠完成10多個(gè)初、高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（3）綠色環(huán)保。整個(gè)裝置為一密閉系統(tǒng)，能夠減少甚至避免環(huán)境污染。

（4）性能穩(wěn)定，經(jīng)久耐用。所用材料均為耐酸堿腐蝕、抗氧化材質(zhì)，使用安全。

（5）啟發(fā)性、教育性強(qiáng)。整套裝置所用材料均為學(xué)生熟悉的生活廢棄物或家居和實(shí)驗(yàn)室常備物品，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的加工和組裝而成，學(xué)生倍感親切。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，只要勤動(dòng)手動(dòng)腦，多觀察思考，生活處處有課題，人人能創(chuàng)新。最大限度地激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

（6）由于在反應(yīng)前已將注射器筒內(nèi)的空氣排盡，在筒內(nèi)收集到的只有反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，不含其他雜質(zhì)，所制氣體純度高。

（7）裝置的大小可以根據(jù)需要選擇不同大小的透明塑料瓶和注射器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝丹敏，夏小琴.基于綠色化化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].化學(xué)教學(xué)，2009，（4）：15～16.

[2]王玉芬.在注射器中進(jìn)行銅和硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)[J].化學(xué)教學(xué)，2013，（7）：41～42.

[3]譚文生.銅與濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2012，（11）：45～46

[4]王發(fā)應(yīng)，李太銳，熊倫，黃啟榮.來(lái)自石膏像制作方法的啟示[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（9）：61～62.

[5]余韌.實(shí)驗(yàn)室制取乙炔實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2006，（4）：31.