具有干燥功能氣體發(fā)生器的制作

孟恬靜

摘要： 針對現(xiàn)有氣體發(fā)生器多數(shù)不具備干燥功能或具備干燥功能但操作復(fù)雜的不足，利用市售帶茶倉的玻璃杯、漏斗等材料，設(shè)計制作了一套密封性好、可長期重復(fù)使用、操作簡便的具有干燥功能的氣體發(fā)生器，具有設(shè)計新穎、性能可靠、成本低等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞： 玻璃杯; 氣體干燥; 氣體發(fā)生器; 實驗改進

文章編號： 1005-6629（2019）12-0068-03? ? ? ? ? ? 中圖分類號： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼： B

化學(xué)是實驗學(xué)科，實驗?zāi)芰κ菍W(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分[1]。課堂實驗?zāi)芎芎玫貛椭鷮W(xué)生理解化學(xué)知識，但許多實驗通常是驗證性實驗，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺少自主設(shè)計和探究，不利于培養(yǎng)學(xué)生“實驗探究與創(chuàng)新意識”的核心素養(yǎng)。自主改進或創(chuàng)新設(shè)計實驗裝置具有重要意義，能讓學(xué)生在享受實驗給學(xué)習(xí)帶來快樂的同時，又能培養(yǎng)學(xué)生的動手技能、節(jié)約意識和創(chuàng)新能力[2]，有助于提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。在中學(xué)化學(xué)實驗中，氣體的制取有著特殊的地位[3]，但現(xiàn)有的氣體發(fā)生器多數(shù)不具備干燥功能[4～6]，為制備干燥的氣體需要連接外部干燥裝置，使操作煩瑣，同時占用寶貴的課堂教學(xué)時間。王發(fā)應(yīng)等[7]研制了具有干燥功能的簡易微型氣體發(fā)生器，但該方案在使用時需要將密封塞拔出，多次使用后密封性變差，不能長期重復(fù)使用。為了解決上述問題，我們利用市售的帶茶倉的玻璃杯、漏斗等材料，制作了一套密封性好、能長期重復(fù)使用、操作簡便的具有干燥功能的氣體發(fā)生器。

1? 實驗裝置

圖1? 帶茶倉的玻璃杯

圖2? 具有干燥功能氣體發(fā)生器構(gòu)造示意圖

2? 制作材料

帶茶倉的300mL玻璃杯1個、加長管漏斗1支、玻璃管1支、橡膠手套1件、夾子1件、橡膠導(dǎo)管、502膠水。其中，帶茶倉的玻璃杯、加長管漏斗、玻璃管、橡膠導(dǎo)管均為淘寶網(wǎng)上購買。

3? 制作方法

3.1? 杯蓋的改裝

根據(jù)需要，采購一帶茶倉的玻璃杯（見圖1），取下杯蓋，按圖2所示的構(gòu)造示意圖，進行如下操作：

（1） 用電鉆在茶杯蓋正中央鉆一直徑與漏斗管外徑一致的通孔，然后在旁邊鉆一直徑與玻璃管外徑一致的通孔。

（2） 將漏斗管和玻璃管插入對應(yīng)通孔并調(diào)整插入深度： 茶杯蓋蓋好后，漏斗管不能觸到玻璃杯底（距離玻璃杯底約2～4mm）;玻璃管伸出茶杯蓋約10mm，玻璃管處于茶杯蓋外的一端套上橡膠導(dǎo)管，橡膠導(dǎo)管的另一端再接一玻璃管充當(dāng)排氣管，在排氣管之前用一夾子夾住橡膠導(dǎo)管充當(dāng)排氣的開關(guān)。

（3） 在漏斗管與茶杯蓋孔、玻璃管與茶杯蓋孔接合處滴入502膠水進行密封和固定。

改造完畢的茶杯蓋如圖3所示。

3.2? 干燥室的制作

將玻璃杯的茶倉取出，用電鉆在茶倉中部鉆一略大于漏斗管的通孔，使得漏斗管穿入該孔后茶倉能在漏斗管上自由滑動。再用剪刀從彈性較好的醫(yī)用乳膠手套指部剪下大橡膠套和小橡膠套各一個，其中大橡膠套的寬度與茶倉大端的寬度一致，小橡膠套的寬度與茶倉小端的寬度一致（注： 本實驗選用的300mL玻璃杯茶倉大端直徑為40mm，從醫(yī)用乳膠手套大拇指部裁剪大橡膠套剛好能套住茶倉大端，當(dāng)茶倉大端直徑更大時可改為從較大的乳膠氣球上裁剪大橡膠套和小橡膠套）。將大橡膠套套在茶倉大端，后續(xù)使用過程中，大橡膠套起到茶倉與玻璃杯之間的密封作用;小橡膠套套住倉儲小端側(cè)壁，將茶倉側(cè)壁的濾孔封住，然后再將茶倉套在漏斗管上即成（如圖3所示）。

圖3? 干燥室組件示意圖

3.3? 發(fā)生器的組裝

將圖3所示的組件放入玻璃杯內(nèi)并旋緊茶杯蓋，茶倉被卡在玻璃杯口部，并將玻璃杯內(nèi)部分為上下兩層： 茶倉處于上層，內(nèi)部盛放固體干燥劑，作為干燥室使用;玻璃杯內(nèi)底部處于下層，該處作為固-液反應(yīng)室。關(guān)閉排氣管開關(guān)，然后通過漏斗向玻璃杯內(nèi)加入水，如果裝置氣密性良好，則會觀察到漏斗管內(nèi)的液面比玻璃杯內(nèi)的液面略高;如果裝置漏氣，漏斗管內(nèi)的液面會與玻璃杯內(nèi)的液面等高。如若出現(xiàn)漏氣（通常情況下，裝置第一次組裝氣密性均會很好，一般不會漏氣），漏氣點通常是漏斗管與茶杯蓋接合處或玻璃管與茶杯蓋接合處，則向該處滴入502膠水進行補漏密封即可。

4? 操作說明

本氣體發(fā)生器用于不需要加熱的固-液反應(yīng)制取氣體的實驗，如制取CO2、 O2、 H2等。當(dāng)制取的氣體需要進行干燥時，實驗時在茶倉中加入對應(yīng)的干燥劑即可。當(dāng)制取的氣體不需要干燥時，可直接在反應(yīng)器添加反應(yīng)物進行反應(yīng)。下面，以制取干燥的H2為例，詳細介紹本氣體發(fā)生器的工作原理（如圖4所示）及操作。

圖4? 氣體發(fā)生器工作原理示意圖

（1） 將茶杯蓋旋離玻璃杯，取出茶倉，將足量的Zn粒小心加入到玻璃杯內(nèi)，將茶倉套住固定在茶杯蓋上的漏斗管上，然后將適量的無水氯化鈣干燥劑裝入茶倉內(nèi)，最后將茶杯蓋與茶倉一起裝回杯內(nèi)，旋緊茶杯蓋（在此操作過程中，注意茶倉不能從漏斗管上滑脫，否則，干燥劑會從茶倉中心的大孔掉落），關(guān)閉排氣開關(guān)。

（2） 打開排氣開關(guān)，向漏斗內(nèi)加入適量稀硫酸，稀硫酸下落至玻璃杯內(nèi)，與杯中的Zn粒接觸發(fā)生反應(yīng)，生成的H2經(jīng)由茶倉底部的小孔進入茶倉內(nèi)部并穿過無水氯化鈣后進入玻璃管，由導(dǎo)管導(dǎo)到排氣管排出，H2在經(jīng)過無水氯化鈣時被干燥，由排氣管排出時是干燥的氣體。

（3） 當(dāng)實驗過程中不需要氣體排出時，則關(guān)閉排氣開關(guān)，此時杯內(nèi)的稀硫酸與Zn粒繼續(xù)反

應(yīng)，但生成的H2無法排出，導(dǎo)致杯內(nèi)壓力增大，稀硫酸將被壓回漏斗內(nèi)與Zn粒分離，反應(yīng)中止;當(dāng)再次需要干燥的氣體時，打開排氣開關(guān)，稀硫酸再次下落與Zn粒接觸反應(yīng)。

（4） 實驗結(jié)束時，再次將茶杯蓋和茶倉取出，將玻璃杯內(nèi)的反應(yīng)物傾倒出，對玻璃杯進行清洗，即可存放至下次實驗。采用該氣體發(fā)生器可制取常用的CO2、 O2、 H2等氣體。

5? 結(jié)語

實驗設(shè)計理念決定實驗設(shè)計的合理性、科學(xué)性和實用性[8]，本著環(huán)保理念及簡單化思想設(shè)計的這套具有干燥功能的氣體發(fā)生器具有如下優(yōu)點：

（1） 制作簡單。

主要實驗原材料為日常使用的玻璃杯、漏斗、橡膠導(dǎo)管等，這些物品均能通過淘寶網(wǎng)順利購得。改制時，需要在玻璃杯杯蓋上打孔，然后再進行組裝，整個操作過程簡單易行。

（2） 性能可靠。

裝置由密封性良好的玻璃杯改制而成，密封性好，性能可靠，體積小，存儲方便。

（3） 使用方便。

采用模塊化思想進行設(shè)計，漏斗、排氣管、茶倉等與茶杯蓋組成一整體模塊，實驗時，只需加入固體藥品，旋緊杯蓋，然后加入液體藥品即可，實驗裝置連接簡單，省時省力;反應(yīng)結(jié)束后器材清洗亦較方便。

（4） 成本低。

主要實驗器材均為日常用品及實驗室普通儀器，采購方便，價格低，裝置一旦改造組裝完畢，可重復(fù)使用，制作和使用成本均較低，易于推廣。

參考文獻：

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[8]梁勝金. 吸熱反應(yīng)實驗的新設(shè)計[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2018， （11）： 80～81.