一種新設(shè)計的多功能化學(xué)實驗裝置

王發(fā)應(yīng)+季勇福+周鳳頂+李太銳

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

關(guān)鍵詞：多功能；化學(xué)實驗裝置；銅和硝酸反應(yīng)；制取乙炔

文章編號：1005–6629（2016）11–0073–03 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：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)等實驗裝置，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，所用儀器多，搬動和使用都非常麻煩，而且課前準(zhǔn)備和課后處理都要花費大量的時間，增加了教師的工作負(fù)擔(dān)。為此，通過查閱了大量的文獻資料[1～4]，在不斷試驗和反復(fù)改進之后，最終根據(jù)啟普發(fā)生器原理，利用廣口瓶、注射器、輸液器等常見物品進行簡單的加工和組裝，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多個初、高中化學(xué)實驗的裝置。經(jīng)實踐檢驗，效果非常好?，F(xiàn)介紹如下，供同行參考指正。

1 實驗裝置圖

新設(shè)計的實驗裝置如圖1所示。

2 用途

本裝置可以完成的實驗見表1。

3 制作方法

3.1 制作過程

在一個6號橡皮塞的中央鉆一個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與輸液管外徑大小相當(dāng)?shù)目?，切取長約15～20cm帶開關(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：打開開關(guān)，拉動活塞，抽入一定量空氣，將導(dǎo)管口浸入燒杯的水中，推動活塞，如果裝置的氣密性好，水中會產(chǎn)生大量氣泡，拉動活塞，水會進入裝置內(nèi)，停止拉動活塞，水會在導(dǎo)管中形成一段穩(wěn)定的水柱；如果裝置的氣密性差，則推動活塞時，導(dǎo)管口產(chǎn)生的氣泡少，拉動活塞時，形成的水柱就不穩(wěn)定，甚至不會進入導(dǎo)管。此時須檢查各連接處，進行補粘等相應(yīng)的處理，直至氣密性好為止。

方法二：打開開關(guān)，拉動活塞，抽入一定量空氣，然后關(guān)閉開關(guān)，將整套裝置浸入水中。如果裝置不漏氣，則推動活塞時，水中不會有氣泡產(chǎn)生；如果裝置漏氣，漏氣處就會冒出氣泡。取出裝置，用吹風(fēng)機將漏氣處吹干，用膠水補粘后，重復(fù)上述操作，直至不漏氣為止，即可用來進行實驗。

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?；驂K狀二氧化錳、石灰石、細(xì)銅絲團等），然后將活塞裝回注射器筒并推到底，關(guān)閉開關(guān)；在瓶內(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），將注射器筒放回瓶內(nèi)，塞緊橡皮塞（液體藥品的量不能過多，否則注射器筒的體積所排開的液體藥品會溢出造成浪費，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內(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內(nèi)（瓶內(nèi)空氣被壓縮，形成一定的壓力）。當(dāng)兩種藥品分離時，反應(yīng)立即停止（如圖3b所示）；當(dāng)打開排氣管開關(guān)排出氣體后，液體藥品在自身壓力的作用下進入注射器筒內(nèi)，與固體藥品接觸時，反應(yīng)又立即發(fā)生（如圖3c所示）。如此反復(fù)進行打開和關(guān)閉開關(guān)的操作，即可控制反應(yīng)的發(fā)生和停止，使用起來非常簡單和方便。

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)閉開關(guān)；在瓶內(nèi)裝入適量50%～70%水的酒精溶液[5]，將注射器筒放入瓶內(nèi)，塞緊橡皮塞。

4.2.2 操作方法

拉動活塞，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內(nèi)，當(dāng)兩種藥品分離時，反應(yīng)慢慢停止（如圖3b所示，殘留的液體藥品會和電石繼續(xù)反應(yīng)）；當(dāng)打開開關(guān)排出氣體后，液體藥品在自身壓力的作用下又進入注射器筒內(nèi)，與固體藥品接觸時，反應(yīng)又立即發(fā)生（如圖3c所示）。如此反復(fù)進行打開和關(guān)閉開關(guān)的操作，即可控制反應(yīng)的隨時發(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，在瓶內(nèi)裝入適量無水乙醇，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，即可進行鈉和乙醇反應(yīng)的實驗，同樣可以通過打開和關(guān)閉開關(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)及分子運動實驗

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

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（避免掉入瓶內(nèi)），在瓶內(nèi)加入適量濃硫酸或氫氧化鈉固體，靜置觀察，一段時間后，藍(lán)色硫酸銅晶體表面就會形成一層白色粉末（如圖4所示）。

5 裝置特點

（1）材料易得，制作簡單，易于推廣。

（2）多功能。能夠完成10多個初、高中化學(xué)實驗。

（3）綠色環(huán)保。整個裝置為一密閉系統(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。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驗室常備物品，經(jīng)過簡單的加工和組裝而成，學(xué)生倍感親切。讓學(xué)生認(rèn)識到，只要勤動手動腦，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。

（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行設(shè)計。

參考文獻：

[1]謝丹敏，夏小琴.基于綠色化化學(xué)實驗裝置的設(shè)計與應(yīng)用[J].化學(xué)教學(xué)，2009，（4）：15～16.

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

[3]譚文生.銅與濃、稀硝酸反應(yīng)實驗的綠色化設(shè)計[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.實驗室制取乙炔實驗改進[J].中小學(xué)實驗與裝備，2006，（4）：31.