巧用1mL注射器設計反應可控的實驗裝置

李德前 李為才

摘? ? 要：在化學實驗教學中，基于1mL注射器的特殊結構設計的兩套反應可控的實驗裝置可作為“固液常溫型氣體發生裝置”，也能用于“鹽酸與碳酸鈣反應前后質量的測定”實驗，既培養學生的創新思維，也提高實驗教學的效益。

關鍵詞：1mL注射器;實驗創新;反應可控;實驗裝置

1mL注射器透明度好，密封性強，活塞與筒壁的摩擦力適中，材質的化學性質穩定，是化學實驗的優良替代品。最近我們在實驗教學中巧用1mL注射器（見圖1）改進、設計化學實驗，取得了顯著的教學效果。

一、借助1mL注射器研制反應可控的氣體發生裝置

在初中科學或化學教學中，常常要求學生設計一個可以使反應隨時發生隨時停止的氣體發生裝置，我們借助1mL注射器就設計出了反應可控的氣體發生裝置。下面以氫氣的實驗室制備為例，介紹該裝置的研制及使用。

（一）實驗用品

主要是125mL錐形瓶（含配套的雙孔橡皮塞），1mL注射器，1mm×12mm的銅絲，塑料小藥瓶（在中下部的表面扎孔），導氣管，止水夾，錐子;稀硫酸，鋅粒。

（二）裝置的設計

1.找一個1mL注射器，抽出芯桿;在活塞頂端突出部位用尼龍線固定一段細銅絲，再將芯桿放回針筒內（見圖2A）。

2.找一個塑料小藥瓶，用錐子在其中下部的表面扎出很多細孔;取一個125mL的錐形瓶及配套的雙孔橡皮塞、導氣管等，按圖2B所示連接好，即得反應可控的氫氣發生裝置。

（三）裝置的使用

1.夾上止水夾，上拉注射器活塞一小段距離后松開手，如果活塞能緩緩回到原刻度位置，則說明該裝置不漏氣[1]。

2.打開瓶塞，裝入藥品，再次按圖2B所示連接好實驗裝置。

3.松開止水夾，稍稍用力按下注射器芯桿，使小藥瓶的中下部浸入稀硫酸中，立即發生反應（Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2↑），放出氫氣。

4.采用排水法收集氫氣（當氣泡連續均勻冒出時才開始收集）。

5.氣體收集完畢，夾上止水夾，同時通過注射器芯桿將塑料小藥瓶輕輕提起;當小藥瓶完全離開稀硫酸時，反應即刻停止。

6.下一次需要制取氫氣時，只要再次按下注射器芯桿即可。

（四）幾點說明

1.1mL注射器活塞與針筒內壁之間的靜摩擦力在7N左右[2]，由于活塞上懸掛物的重量遠遠小于7N，而且氣體作用在活塞表面產生的向上壓力也不可能大于7N，因此本實驗中注射器活塞不會自行上升或下落（只能通過手動調節）。

2.本實驗裝置也可以用來制取二氧化碳、氧氣、硫化氫、二氧化硫等氣體，還可以進行銅與硝酸反應的實驗。

二、借助1mL注射器研制“碳酸鈣與鹽酸反應前后質量的測定”實驗裝置

現行滬教版初中化學教科書中“碳酸鈣與鹽酸反應前后質量的測定”實驗，反應裝置如圖3A所示;現行粵教版初中化學教科書中“碳酸鈣與鹽酸反應前后質量的測定”實驗，反應裝置如圖3B所示。若使用圖3A所示裝置進行實驗，當向密閉的錐形瓶里注入稀鹽酸時容易發生沖塞現象;若使用圖3B所示裝置進行實驗，小氣球受到空氣的浮力作用，使得第二次測量值偏小。

我們借助1mL注射器，改進了“碳酸鈣與鹽酸反應前后質量的測定”實驗裝置。

（一）實驗用品

主要是300mL的碳酸飲料塑料瓶（含配套的單孔橡皮塞），1mL注射器，1mm×18mm的銅絲，塑料小藥瓶（在中下部的表面扎孔），錐子;稀鹽酸，石灰石。

（二）裝置的設計

1.找一個1mL注射器，抽出芯桿;在注射器活塞頂端的突出部位，固定一段細銅絲，再將芯桿放回針筒內。

2.找一個塑料小藥瓶，在其中下部的表面扎出一些小孔;找一個300mL的碳酸飲料塑料瓶及配套的單孔橡皮塞，按圖4所示連接好實驗裝置，即得反應可控的質量守恒定律驗證裝置。

（三）裝置的使用

1.上拉注射器活塞一小段距離后松開手，若活塞能緩緩回到原處，則說明裝置的氣密性良好。

2.打開瓶塞，裝入藥品，再按圖4所示連接好實驗裝置。

3.將整個實驗裝置輕輕放到托盤天平的左盤上進行第一次稱量，并記下稱量值。

4.從托盤天平上取下碳酸飲料塑料瓶，稍稍用力按下注射器芯桿，使小藥瓶中下部浸入稀鹽酸中，立即發生反應（CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑），放出二氧化碳氣體。等到全體學生都觀察到溶液中冒氣泡，即可輕輕回拉注射器芯桿，把塑料小藥瓶提起;當小藥瓶完全離開稀鹽酸后，反應即刻停止。

5.接下來，把整個實驗裝置輕輕放回托盤天平的左盤上，進行第二次稱量，并記下稱量值。

6.兩次稱量值完全相等，充分說明碳酸鈣與鹽酸反應前后的總質量保持不變。

（四）幾點說明

1.PET材質的碳酸飲料塑料瓶，其耐壓能力約為10kg/cm2～20kg/cm2，只要瓶內產生的氣體體積不超過瓶子容積的4倍[3]，就不會爆瓶。

2.每次實驗結束，裝置無須清洗就可以繼續下一個班級的演示（重復上述操作即可）。一次添加足量的試劑，一般可以連續演示7～8次[4]。

3.本實驗也可以使用電子天平進行質量的測定。

總之，1mL注射器的活塞與針筒內壁之間的摩擦力大小恰當，實驗過程中活塞可以停留在針筒內的任一位置，有利于我們控制固、液藥品的分離或接觸（使反應隨時發生或隨時停止），有助于學生了解啟普發生器原理，并熟悉控制化學反應的多種方法。借助1mL注射器設計的實驗裝置，不僅操作方便、用途廣泛，而且激活了學生的創新思維，豐富了中學化學實驗教學資源。

最后需要說明的是，上述實驗建議使用新的1mL注射器（單價約0.15元），如果選用廢棄的醫用注射器必須消毒后才能使用。

參考文獻：

[1]馬逸群，魏海.在實驗改進和設計中培養學生的創新精神和實踐能力[J].化學教學， 2016（10）：16-20.

[2]全國醫用注射器（針）標準化技術委員會.GB 15810-2001 一次性使用無菌注射器標準[S]. 北京：中國標準出版社，2001.

[3]扈靜晗. PET瓶在碳酸飲料中的應用[J]. 飲料工業，2006（9）：33-36.

[4]李偉，李德前.滬教版“碳酸鈣與鹽酸反應”實驗的改進[J].中國現代教育裝備，2011（24）：65，72.