具有干燥功能氣體發(fā)生器的制作

孟恬靜

摘要： 針對(duì)現(xiàn)有氣體發(fā)生器多數(shù)不具備干燥功能或具備干燥功能但操作復(fù)雜的不足，利用市售帶茶倉(cāng)的玻璃杯、漏斗等材料，設(shè)計(jì)制作了一套密封性好、可長(zhǎng)期重復(fù)使用、操作簡(jiǎn)便的具有干燥功能的氣體發(fā)生器，具有設(shè)計(jì)新穎、性能可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 玻璃杯; 氣體干燥; 氣體發(fā)生器; 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)： 1005-6629（2019）12-0068-03? ? ? ? ? ? 中圖分類號(hào)： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

化學(xué)是實(shí)驗(yàn)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ菍W(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分[1]。課堂實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫貛椭鷮W(xué)生理解化學(xué)知識(shí)，但許多實(shí)驗(yàn)通常是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺少自主設(shè)計(jì)和探究，不利于培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的核心素養(yǎng)。自主改進(jìn)或創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置具有重要意義，能讓學(xué)生在享受實(shí)驗(yàn)給學(xué)習(xí)帶來快樂的同時(shí)，又能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手技能、節(jié)約意識(shí)和創(chuàng)新能力[2]，有助于提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，氣體的制取有著特殊的地位[3]，但現(xiàn)有的氣體發(fā)生器多數(shù)不具備干燥功能[4～6]，為制備干燥的氣體需要連接外部干燥裝置，使操作煩瑣，同時(shí)占用寶貴的課堂教學(xué)時(shí)間。王發(fā)應(yīng)等[7]研制了具有干燥功能的簡(jiǎn)易微型氣體發(fā)生器，但該方案在使用時(shí)需要將密封塞拔出，多次使用后密封性變差，不能長(zhǎng)期重復(fù)使用。為了解決上述問題，我們利用市售的帶茶倉(cāng)的玻璃杯、漏斗等材料，制作了一套密封性好、能長(zhǎng)期重復(fù)使用、操作簡(jiǎn)便的具有干燥功能的氣體發(fā)生器。

1? 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1? 帶茶倉(cāng)的玻璃杯

圖2? 具有干燥功能氣體發(fā)生器構(gòu)造示意圖

2? 制作材料

帶茶倉(cāng)的300mL玻璃杯1個(gè)、加長(zhǎng)管漏斗1支、玻璃管1支、橡膠手套1件、夾子1件、橡膠導(dǎo)管、502膠水。其中，帶茶倉(cāng)的玻璃杯、加長(zhǎng)管漏斗、玻璃管、橡膠導(dǎo)管均為淘寶網(wǎng)上購(gòu)買。

3? 制作方法

3.1? 杯蓋的改裝

根據(jù)需要，采購(gòu)一帶茶倉(cāng)的玻璃杯（見圖1），取下杯蓋，按圖2所示的構(gòu)造示意圖，進(jìn)行如下操作：

（1） 用電鉆在茶杯蓋正中央鉆一直徑與漏斗管外徑一致的通孔，然后在旁邊鉆一直徑與玻璃管外徑一致的通孔。

（2） 將漏斗管和玻璃管插入對(duì)應(yīng)通孔并調(diào)整插入深度： 茶杯蓋蓋好后，漏斗管不能觸到玻璃杯底（距離玻璃杯底約2～4mm）;玻璃管伸出茶杯蓋約10mm，玻璃管處于茶杯蓋外的一端套上橡膠導(dǎo)管，橡膠導(dǎo)管的另一端再接一玻璃管充當(dāng)排氣管，在排氣管之前用一夾子夾住橡膠導(dǎo)管充當(dāng)排氣的開關(guān)。

（3） 在漏斗管與茶杯蓋孔、玻璃管與茶杯蓋孔接合處滴入502膠水進(jìn)行密封和固定。

改造完畢的茶杯蓋如圖3所示。

3.2? 干燥室的制作

將玻璃杯的茶倉(cāng)取出，用電鉆在茶倉(cāng)中部鉆一略大于漏斗管的通孔，使得漏斗管穿入該孔后茶倉(cāng)能在漏斗管上自由滑動(dòng)。再用剪刀從彈性較好的醫(yī)用乳膠手套指部剪下大橡膠套和小橡膠套各一個(gè)，其中大橡膠套的寬度與茶倉(cāng)大端的寬度一致，小橡膠套的寬度與茶倉(cāng)小端的寬度一致（注： 本實(shí)驗(yàn)選用的300mL玻璃杯茶倉(cāng)大端直徑為40mm，從醫(yī)用乳膠手套大拇指部裁剪大橡膠套剛好能套住茶倉(cāng)大端，當(dāng)茶倉(cāng)大端直徑更大時(shí)可改為從較大的乳膠氣球上裁剪大橡膠套和小橡膠套）。將大橡膠套套在茶倉(cāng)大端，后續(xù)使用過程中，大橡膠套起到茶倉(cāng)與玻璃杯之間的密封作用;小橡膠套套住倉(cāng)儲(chǔ)小端側(cè)壁，將茶倉(cāng)側(cè)壁的濾孔封住，然后再將茶倉(cāng)套在漏斗管上即成（如圖3所示）。

圖3? 干燥室組件示意圖

3.3? 發(fā)生器的組裝

將圖3所示的組件放入玻璃杯內(nèi)并旋緊茶杯蓋，茶倉(cāng)被卡在玻璃杯口部，并將玻璃杯內(nèi)部分為上下兩層： 茶倉(cāng)處于上層，內(nèi)部盛放固體干燥劑，作為干燥室使用;玻璃杯內(nèi)底部處于下層，該處作為固-液反應(yīng)室。關(guān)閉排氣管開關(guān)，然后通過漏斗向玻璃杯內(nèi)加入水，如果裝置氣密性良好，則會(huì)觀察到漏斗管內(nèi)的液面比玻璃杯內(nèi)的液面略高;如果裝置漏氣，漏斗管內(nèi)的液面會(huì)與玻璃杯內(nèi)的液面等高。如若出現(xiàn)漏氣（通常情況下，裝置第一次組裝氣密性均會(huì)很好，一般不會(huì)漏氣），漏氣點(diǎn)通常是漏斗管與茶杯蓋接合處或玻璃管與茶杯蓋接合處，則向該處滴入502膠水進(jìn)行補(bǔ)漏密封即可。

4? 操作說明

本氣體發(fā)生器用于不需要加熱的固-液反應(yīng)制取氣體的實(shí)驗(yàn)，如制取CO2、 O2、 H2等。當(dāng)制取的氣體需要進(jìn)行干燥時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)在茶倉(cāng)中加入對(duì)應(yīng)的干燥劑即可。當(dāng)制取的氣體不需要干燥時(shí)，可直接在反應(yīng)器添加反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)。下面，以制取干燥的H2為例，詳細(xì)介紹本氣體發(fā)生器的工作原理（如圖4所示）及操作。

圖4? 氣體發(fā)生器工作原理示意圖

（1） 將茶杯蓋旋離玻璃杯，取出茶倉(cāng)，將足量的Zn粒小心加入到玻璃杯內(nèi)，將茶倉(cāng)套住固定在茶杯蓋上的漏斗管上，然后將適量的無水氯化鈣干燥劑裝入茶倉(cāng)內(nèi)，最后將茶杯蓋與茶倉(cāng)一起裝回杯內(nèi)，旋緊茶杯蓋（在此操作過程中，注意茶倉(cāng)不能從漏斗管上滑脫，否則，干燥劑會(huì)從茶倉(cāng)中心的大孔掉落），關(guān)閉排氣開關(guān)。

（2） 打開排氣開關(guān)，向漏斗內(nèi)加入適量稀硫酸，稀硫酸下落至玻璃杯內(nèi)，與杯中的Zn粒接觸發(fā)生反應(yīng)，生成的H2經(jīng)由茶倉(cāng)底部的小孔進(jìn)入茶倉(cāng)內(nèi)部并穿過無水氯化鈣后進(jìn)入玻璃管，由導(dǎo)管導(dǎo)到排氣管排出，H2在經(jīng)過無水氯化鈣時(shí)被干燥，由排氣管排出時(shí)是干燥的氣體。

（3） 當(dāng)實(shí)驗(yàn)過程中不需要?dú)怏w排出時(shí)，則關(guān)閉排氣開關(guān)，此時(shí)杯內(nèi)的稀硫酸與Zn粒繼續(xù)反

應(yīng)，但生成的H2無法排出，導(dǎo)致杯內(nèi)壓力增大，稀硫酸將被壓回漏斗內(nèi)與Zn粒分離，反應(yīng)中止;當(dāng)再次需要干燥的氣體時(shí)，打開排氣開關(guān)，稀硫酸再次下落與Zn粒接觸反應(yīng)。

（4） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，再次將茶杯蓋和茶倉(cāng)取出，將玻璃杯內(nèi)的反應(yīng)物傾倒出，對(duì)玻璃杯進(jìn)行清洗，即可存放至下次實(shí)驗(yàn)。采用該氣體發(fā)生器可制取常用的CO2、 O2、 H2等氣體。

5? 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念決定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性和實(shí)用性[8]，本著環(huán)保理念及簡(jiǎn)單化思想設(shè)計(jì)的這套具有干燥功能的氣體發(fā)生器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 制作簡(jiǎn)單。

主要實(shí)驗(yàn)原材料為日常使用的玻璃杯、漏斗、橡膠導(dǎo)管等，這些物品均能通過淘寶網(wǎng)順利購(gòu)得。改制時(shí)，需要在玻璃杯杯蓋上打孔，然后再進(jìn)行組裝，整個(gè)操作過程簡(jiǎn)單易行。

（2） 性能可靠。

裝置由密封性良好的玻璃杯改制而成，密封性好，性能可靠，體積小，存儲(chǔ)方便。

（3） 使用方便。

采用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，漏斗、排氣管、茶倉(cāng)等與茶杯蓋組成一整體模塊，實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需加入固體藥品，旋緊杯蓋，然后加入液體藥品即可，實(shí)驗(yàn)裝置連接簡(jiǎn)單，省時(shí)省力;反應(yīng)結(jié)束后器材清洗亦較方便。

（4） 成本低。

主要實(shí)驗(yàn)器材均為日常用品及實(shí)驗(yàn)室普通儀器，采購(gòu)方便，價(jià)格低，裝置一旦改造組裝完畢，可重復(fù)使用，制作和使用成本均較低，易于推廣。

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