具支試管在化學實驗中的應用舉隅
2017-12-29 00:00:00蔣靖軒
知識文庫 2017年14期
具支試管是在普通試管的基礎上安一個支管而形成的，其可以進行洗氣，還可以組裝簡易的啟普發(fā)生器。除了這些基本的功能以外，具支試管還可用于許多化學實驗中，尤其適用于反應物為固→液、反應過程不需加熱、制取少量氣體時。而借助具支試管進行此類微型實驗正是具支試管的優(yōu)勢所在。
一、碳酸鈉和碳酸氫鈉與鹽酸反應的比較
碳酸鈉和碳酸氫鈉都能與鹽酸反應放出二氧化碳，反應方程式分別是：Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O
NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O
裝置如圖，取兩只型號一致的具支試管，放在試管架上，其中分別加入等質量的碳酸鈉粉末和碳酸氫鈉粉末，滴管中分別吸入等體積、同一濃度的稀鹽酸（為保證體積相等，此處吸管可用刻度吸管），并將稀鹽酸逐漸滴入試管中，可以看到碳酸鈉和碳酸氫鈉都能與鹽酸起反應，但碳酸氫鈉與鹽酸的反應要比碳酸鈉與鹽酸的反應劇烈得多。
實驗改進后，操作簡單，現象明顯，更利于說明問題。此實驗也可以用于定量地計算鹽酸的物質的量一定時或碳酸鈉和碳酸氫鈉的物質的量一定時，生成二氧化碳的物質的量。（可將生成物分別通入一定量的石灰水中，完全反應后，通過計算溶液重量的增加量來計算生成二氧化碳的物質的量）
二、制取乙炔氣體
裝置同上。把具支試管放在試管架上，其中加入幾小塊電石，滴管（帶膠塞）中吸入飽和食鹽水（用飽和食鹽水是為了避免反應過快），并逐漸將飽和食鹽水滴入試管中，可以看到飽和食鹽水與電石接觸并立刻發(fā)生反應。反應方程式為：
CaC2+2H2O═Ca（OH）2+C2H2↑
最后用排水法收集乙炔。
注意：為防止反應速率過快，可輕輕擠壓膠頭，使飽和食鹽水慢慢滴下。此實驗也可組合進行乙炔的化學性質的系列演示實驗。實驗完畢，用事先用硫酸銅溶液浸泡過的棉球堵住導氣管，防止乙炔對環(huán)境的污染。
三、幾種有毒氣體的制取
（一）氯氣的制取
裝置同上，把具支試管放在試管架上，在其中加入適量高錳酸鉀固體，滴管（帶膠塞）中吸入濃鹽酸，并逐漸將滴入試管中，可以看到有黃綠色氣體慢慢放出。反應方程式為：
2KMnO?+16HCl（濃）=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
反應完成后，將導管通入裝有氫氧化鈉溶液的試管中吸收剩余的氯氣。此實驗也可以組合用于進行氯氣的化學性質的一系列演示實驗，如氯氣與銅反應、氯氣和氫氣反應等。
（二）二氧化氮的制取
裝置同上，在具支試管中加入幾片銅片，滴管中吸入濃硝酸，并逐漸將濃硝酸滴入試管中，很快可以看到紅棕色氣體產生。反應方程式為：
Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O
反應完成后，將導管通入裝有氫氧化鈉溶液的試管中吸收剩余的二氧化氮。
此實驗還可以用銅絲來代替銅片。通過調節(jié)銅絲的高度，既可使反應發(fā)生，也可使反應停止，非常方便靈活。反應時將銅絲向下移動，使之與硝酸接觸，發(fā)生反應，這時溶液立刻變成藍色，同時試管內充滿紅棕色的氣體；這時馬上將銅絲向上移動，使之脫離反應體系，這時反應就立刻停止。這樣改進后的實驗，操作起來更加便捷，效果明顯。
（三）氨氣的制取
裝置同上，在具支試管中加入氫氧化鈉固體，滴管中吸入濃氨水，并逐漸將濃氨水滴入試管中，一會就可以看到有氣體逸出。
氨水中存在著電離平衡：NH3·H2O?NH+4+OH—，當遇到氫氧化鈉時，其中的OH—使上述平衡左移，氨氣逸出。反應完成后，將導管通入裝有水的試管中吸收剩余的氨氣。
在日常化學學習中，常常需要臨時制備少量氣體，如氯氣、氧氣、硫化氫、氨氣、甲烷等等，如果完全按照這些氣體的制備裝置來做，則往往會受到各種限制。因此需要靈活變通，化繁為簡，巧用具支試管，來完成一些簡單的實驗。這類實驗，反應速度可以控制，藥品用量少，污染小，安全可靠；同時因為它是一種創(chuàng)新，所以可以激發(fā)我們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造思維。
（作者單位：山東省廣饒縣第一中學）
