多功能反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

周均睿

摘 要：以銅與濃、稀硝酸反應(yīng)為例，用30ml注射器針筒套20ml注射器的復(fù)合裝置可快速完成銅與濃硝酸、銅與稀硝酸反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并證明酸性介質(zhì)中硝酸根具有強(qiáng)氧化性。該裝置還適用于Fe3+的檢驗(yàn)、CO2的制取、氯水的制取、SO2的漂白性實(shí)驗(yàn)、SO2余H2S的反應(yīng)等。該裝置還適用于其他易在空氣中氧化的氣體，比如Fe（OH）2的制備，內(nèi)注射器小心吸入FeSO4，外注射器吸入NaOH并排盡空氣，將FeSO4推入外注射器，即可看到產(chǎn)生白色沉淀且顏色可以保持長(zhǎng)期不變。

關(guān)鍵詞：復(fù)合針筒；銅片；濃硝酸；蒸餾水；無污染

一、問題提出

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的演示是化學(xué)課堂教學(xué)重要的環(huán)節(jié)，但是許多演示實(shí)驗(yàn)過程繁瑣，操作復(fù)雜，效果不明顯且有污染，導(dǎo)致許多老師不愿意做課堂演示實(shí)驗(yàn)。以銅與硝酸反應(yīng)為例，首先，銅與稀硝酸反應(yīng)速度很慢；其次由于沒有排出試管中的空氣，即使加熱后反應(yīng)速率加快，但看到氣體依然不是無色而是紅棕色；另外，取下裝稀硫酸的試管的膠塞后產(chǎn)生大量NO2溢出在空氣中，拆除濃硝酸與銅反應(yīng)后的裝置時(shí)更有大量的NO2氣體溢出。而且兩個(gè)反應(yīng)均不能在學(xué)生觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后立即停止。NO2會(huì)抑制產(chǎn)生，直到反應(yīng)結(jié)束。為解決以上問題，現(xiàn)特設(shè)計(jì)一套進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的微型化裝置，該裝置不僅可以作為課堂演示實(shí)驗(yàn)，還可以作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)效果良好且可以將最終產(chǎn)生的氣體推入氫氧化鈉溶液中吸收，以免污染環(huán)境。

二、實(shí)驗(yàn)過程

1.實(shí)驗(yàn)用品

試劑：銅片、濃硝酸、蒸餾水。

儀器：20ml與30ml針筒各兩個(gè)（用于組裝多功能反應(yīng)器），橡皮塞。

2.實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖及組裝說明

3.實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象及結(jié)論

先摘下內(nèi)注射器，加入銅片，安上內(nèi)注射器（內(nèi)注射器事先吸好濃硝酸），用橡皮塞封住外注射器，將裝置置于水浴中，推內(nèi)注射器，銅與濃硝酸開始反應(yīng)，片刻后看到外注射器中產(chǎn)生紅棕色的NO2氣體。

重摘下另一個(gè)注射器，加入銅片，安上內(nèi)注射器（內(nèi)注射器事先吸好濃硝酸），在外注射器內(nèi)吸入一定量的蒸餾水并排凈裝置中的空氣，用橡皮塞封住外注射器，，將內(nèi)注射器中的濃硝酸推入外注射器并震蕩制備稀硝酸，將準(zhǔn)備好的裝置置于水浴中，銅與稀硝酸開始反應(yīng)，過會(huì)看到外注射器產(chǎn)生無色氣體，抽內(nèi)注射器使氣體吸入內(nèi)注射器，去掉外注射器的橡皮塞，使外注射器吸入空氣，可觀察到外注射器無色氣體變成紅棕色氣體，與內(nèi)注射器形成明顯的顏色對(duì)比。反應(yīng)結(jié)束后，將紅棕色氣體推入盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中使其被充分吸收。內(nèi)注射器中的無色氣體推入外注射器后向外拉外注射器吸入空氣，當(dāng)看到紅棕色氣體顏色較深時(shí)停止吸空氣，再次將紅棕色氣體推入盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中使其被充分吸收。反應(yīng)結(jié)束后，銅若有剩余，可吸入稀硫酸，反應(yīng)又開始進(jìn)行，證明硝酸根在酸性介質(zhì)中具有強(qiáng)氧化性。

第一，裝置簡(jiǎn)捷，能在6分鐘內(nèi)完成銅與濃硝酸、銅與稀硝酸的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，給課堂贏得了更多時(shí)間；第二，取液方便，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，符合綠色化學(xué)思想；第三，裝置密封性良好，很容易通過液體趕盡裝置中的空氣，因此還可以制備；第四，裝置用途廣泛，可以完成液體與液體、固體與液體、氣體與氣體、氣體與液體、氣體與固體的若干反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。例如Fe3+的檢驗(yàn)、CO2的制取、氯水的制取、SO2的漂白性實(shí)驗(yàn)、SO2余H2S的反應(yīng)等等。

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注：本文為全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃課題：《發(fā)展中學(xué)生核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)新實(shí)踐》研究成果。課題批準(zhǔn)號(hào)：十三五規(guī)劃FHB160563。