塑料單向閥在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

石云

單向閥又名單流閥、止回閥、止逆閥，主要應(yīng)用在防止流體（氣體或液體）倒流的管道上。由于其特殊結(jié)構(gòu)的限制，只允許流體向一個(gè)方向流動(dòng)，如果出現(xiàn)液體逆流時(shí)，單向閥閥門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。塑料單向閥還具有透明性、耐用性，因此具備一般化學(xué)儀器所不能替代的特殊性。下面，就塑料單向閥在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用舉幾個(gè)實(shí)例。

1組裝簡(jiǎn)易氣體模擬發(fā)生裝置，讓學(xué)生練習(xí)排水集氣法

排水集氣法是初三學(xué)生必須掌握的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技能，也是中考實(shí)驗(yàn)操作考核中的一個(gè)考查內(nèi)容。學(xué)生在第一次正式排水集氣前由于沒有實(shí)踐過，且倒置的集氣瓶在收集過程中極容易傾覆，導(dǎo)致氣體逸散，這樣既浪費(fèi)時(shí)間又耗費(fèi)藥品。如果在制取氣體前，讓學(xué)生多練習(xí)幾次排水集氣法，則能大大提高氣體收集的成功率，而利用塑料單向閥等儀器來組裝簡(jiǎn)易氣體模擬發(fā)生裝置，則能讓學(xué)生提前掌握排水集氣法的操作要領(lǐng)。

如圖1所示，在組裝、固定相關(guān)儀器并在集氣瓶?jī)?nèi)裝滿水后，讓一個(gè)學(xué)生扶著倒置的集氣瓶，另一個(gè)學(xué)生輕推注射器活塞，空氣通過塑料單向閥工，由玻璃彎管進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi)。當(dāng)活塞到達(dá)注射器頂端后，再輕拉活塞，空氣由塑料單向閥Ⅱ進(jìn)入注射器內(nèi)。當(dāng)活塞到達(dá)注射器末端后，再輕推活塞，空氣由塑料單向閥工進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi)排水集氣。如此反復(fù)，當(dāng)?shù)怪玫募瘹馄靠谟写髿馀菹蛲饷俺鰰r(shí)，停止推活塞，取出集氣瓶，讓兩個(gè)學(xué)生交換操作，做到熟練為止。

2用于探究白磷在水下燃燒的環(huán)保裝置

探究白磷在水下燃燒的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)相對(duì)開放的系統(tǒng)中進(jìn)行的。實(shí)際操作時(shí)一部分白磷在氣流的作用下往往會(huì)飄浮到水面上燃燒起來。實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的白煙逸散到空氣中，既污染空氣，又危害師生健康。而將塑料單向閥巧妙用于自制實(shí)驗(yàn)裝置中，則既能完成探究實(shí)驗(yàn)，又能很好地解決空氣污染的難題。

如圖2所示，在裝入藥品并組裝、固定好儀器后，向右拉動(dòng)注射器活塞，可見空氣進(jìn)入具支試管內(nèi)接觸到白磷，白磷在水下燃燒起來。實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的白煙一部分被水吸收，另一部分通過單向閥工進(jìn)入注射器中；當(dāng)活塞到達(dá)注射器末端后，再推動(dòng)活塞，白煙由單向閥Ⅱ進(jìn)入氫氧化鈉溶液中被吸收；而當(dāng)活塞到達(dá)注射器頂端后，再拉動(dòng)活塞，如此往復(fù)，直到白磷完全燃燒。由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是密閉的，同時(shí)又加有“尾氣”處理裝置，十分環(huán)保。

3配套使用負(fù)壓吸濾瓶，連續(xù)、快速進(jìn)行過濾

傳統(tǒng)的過濾裝置在工作時(shí)，過濾速度往往比較慢，效率也較低，實(shí)驗(yàn)中有時(shí)會(huì)用到抽氣泵進(jìn)行抽濾，但速度不好控制；另一種方法是配套使用球形抽氣管，同時(shí)接上自來水，當(dāng)水由球形抽氣管中間狹窄的小噴口急速噴出時(shí)，將裝置中的氣體帶走，氣壓減小，從而達(dá)到減壓過濾的目的。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置較繁雜，還要消耗一定量的水造成浪費(fèi)。而借助單向閥和注射器則能組裝簡(jiǎn)單易行的負(fù)壓吸濾裝置，連續(xù)、快速地進(jìn)行過濾。

如圖3所示，在漏斗中裝入待濾物質(zhì)并組裝、固定好儀器后，向右拉動(dòng)注射器活塞，吸濾瓶?jī)?nèi)的空氣由單向閥工進(jìn)入注射器，瓶?jī)?nèi)形成負(fù)壓，過濾速度加快。當(dāng)活塞到達(dá)注射器末端后，再推動(dòng)活塞，注射器內(nèi)的空氣由單向閥Ⅱ排到外面?；钊竭_(dá)注射器頂端后，再拉動(dòng)活塞，如此往復(fù)。過濾的速度由活塞推拉的快慢決定，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、易行。

4組裝證明人體呼出氣體中含有二氧化碳的安全裝置，方便學(xué)生實(shí)驗(yàn)

初中化學(xué)及生物教材中均有證明人體呼出氣體中含有二氧化碳的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)通常由學(xué)生來完成，即讓學(xué)生通過一根吸管向石灰水中吹氣，通過澄清的石灰水變渾濁，來證明二氧化碳的存在。但在實(shí)際操作過程中，由于學(xué)生吹氣后還要換氣，往往會(huì)有一些石灰水被誤吸入口中，危害健康。若用能防倒吸的塑料單向閥則能防止出現(xiàn)這種情況。

如圖4所示，分別在2個(gè)燒杯內(nèi)裝入澄清石灰水和NaOH溶液并連接、固定好儀器后，通過上端導(dǎo)管口吹氣，吹出氣體只能通過單向閥工進(jìn)入下端2個(gè)燒杯中。接著吸氣，外界空氣通過單向閥Ⅱ進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)，再通過上端導(dǎo)管口吹氣。如此反復(fù)，一段時(shí)間后可見左邊燒杯內(nèi)的澄清石灰水明顯變渾濁，而右邊燒杯中的氫氧化鈉溶液無明顯變化。該對(duì)比實(shí)驗(yàn)既能說明人體呼出的氣體中含有二氧化碳，還能說明氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)后沒有明顯現(xiàn)象，也讓學(xué)生深刻理解了實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)二氧化碳用石灰水而不用氫氧化鈉溶液的原因。

5組裝可燃性氣體的安全點(diǎn)燃裝置

由于單向閥特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得流體只能單方向流動(dòng)，可以防止高壓氣體竄入低壓體系內(nèi)，因此也具有防止火焰倒竄的作用，可用于可燃性氣體的安全點(diǎn)燃裝置中。

如圖5所示，裝好藥品并連接、固定好儀器后，打開活塞，扭動(dòng)閥門，讓反應(yīng)進(jìn)行一會(huì)兒，收集氫氣。檢驗(yàn)氫氣純度后點(diǎn)燃?xì)怏w，可見氣體安靜地燃燒起來。由于有單向閥的存在，即使不檢驗(yàn)氣體純度，點(diǎn)燃后也不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，因?yàn)榈垢Z的火苗不會(huì)通過單向閥進(jìn)入氣體發(fā)生裝置，所以可燃性氣體的點(diǎn)燃裝置中可以使用單向閥，避免發(fā)生操作危險(xiǎn)。

6用于一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)裝置，防止實(shí)驗(yàn)后液體倒流

一氧化碳還原氧化鐵是初中化學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，也是教學(xué)中的重點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)束后往往是先停止加熱，繼續(xù)通一氧化碳?xì)怏w直到玻璃管冷卻，目的是防止玻璃管冷卻后形成負(fù)壓，石灰水倒吸入熱的玻璃管內(nèi)，導(dǎo)致玻璃管炸裂。如果在石灰水的進(jìn)氣端加裝一個(gè)塑料單向閥則能很好地解決石灰水倒吸的問題，如圖6所示。

7配合濕度傳感器探究燒堿固體的吸水性

眾所周知，燒堿固體具有良好的吸水性，證明其吸水性的方法很簡(jiǎn)單，通常是將固體置于空氣中，一段時(shí)間后固體表面會(huì)潮解。但是空氣中的二氧化碳也會(huì)和燒堿反應(yīng)產(chǎn)生水，因此，要證明燒堿固體的吸水性，就要排除二氧化碳?xì)怏w的干擾。

如圖7所示，裝好藥品并連接、固定好儀器后，先用濕度傳感器測(cè)量空氣的濕度，再向右拉動(dòng)注射器活塞，潮濕的空氣經(jīng)過干燥管由單向閥工進(jìn)入注射器中。當(dāng)活塞到達(dá)注射器末端后，再推動(dòng)活塞，注射器內(nèi)的空氣由單向閥Ⅱ排到外面，再用溫度傳感器測(cè)量此時(shí)空氣的濕度，可見濕度減小了。當(dāng)活塞到達(dá)注射器頂端后，再拉動(dòng)活塞，如此反復(fù)，出氣導(dǎo)管口的濕度不斷減小，實(shí)驗(yàn)效果好時(shí)空氣的溫度能降低為零。由此說明燒堿固體具有良好的吸水性。

8用于連續(xù)探究水蒸氣與過氧化鈉固體的反應(yīng)

將圖7中的裝置和藥品作一定的改進(jìn)，可用于探究水蒸氣與過氧化鈉固體的反應(yīng)，能方便地檢驗(yàn)氧氣的生成，并可在多個(gè)班級(jí)連續(xù)進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。

如圖8所示，裝好藥品并連接、固定好儀器后，向右拉動(dòng)注射器活塞，潮濕的不含二氧化碳的空氣經(jīng)過干燥管與過氧化鈉固體反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體通過單向閥工進(jìn)入注射器。當(dāng)活塞到達(dá)注射器末端后，再推動(dòng)活塞，注射器內(nèi)的氣體由單向閥Ⅱ排到外面，同時(shí)在出氣導(dǎo)管口放1根帶火星的木條，觀察到木條復(fù)燃。當(dāng)活塞到達(dá)注射器頂端后，再拉動(dòng)活塞，如此反復(fù)，實(shí)驗(yàn)過程中還能觀察到干燥管左端的固體由黃色變成了白色。

9用于比較人體呼出氣體與吸入空氣中二氧化碳的含量

如圖9所示，裝好藥品并連接、固定好儀器后，人通過裝置最上端的導(dǎo)管進(jìn)行呼吸。吸氣時(shí)，空氣進(jìn)入左邊試管，通過單向閥工進(jìn)入人體的呼吸系統(tǒng)。呼氣時(shí)，呼出氣體通過單向閥Ⅱ進(jìn)入右邊試管。經(jīng)過幾次的吸氣和呼氣，觀察到右邊試管內(nèi)的澄清石灰水明顯變渾濁了，而左邊試管內(nèi)的澄清石灰水基本不變渾濁。該實(shí)驗(yàn)在短時(shí)間內(nèi)證明了人體的呼吸作用能產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，而且產(chǎn)出氣體中二氧化碳的含量高于空氣中二氧化碳的含量。

塑料單向閥由于其內(nèi)部特殊的結(jié)構(gòu)，使其具有特殊的用途，能限定多種氣體和液體的單向流動(dòng)，在有關(guān)氣體和液體的實(shí)驗(yàn)中巧妙加以運(yùn)用，能取得意想不到的效果。