實驗室制備乙烯改進裝置

安徽省濉溪縣第二中學(235000) 程 怡

1 教具的教學意義和價值

新一輪課程改革實施后，更加提倡學生的自主學習和探究式實驗，因為原有的一些教具已不能滿足現(xiàn)代教學的需求，促使教師根據(jù)教學實際，改進或研制更加符合要求的教具。同時，新科技、新工藝、新材料的不斷涌現(xiàn)，也促使自制教具不斷推陳出新，成為新的成品教具的雛形[1]。

傳統(tǒng)教具多用于教師的演示實驗，演示實驗費時長且準備時間長，耽誤教師備課和上課時間，這時教師的自制教具就能發(fā)揮作用。

成品教具可以起到普遍性的教學作用，但在教學實際中，有時還需自制教具來解決一些有針對性的教學問題。針對實驗室制備乙烯這個實驗中可能存在的安全隱患，本教具采取了相應的解決措施，幫助教師解決了客觀存在的問題。

實驗室制備乙烯的步驟是：①在圓底燒瓶中注入約20 mL乙醇與濃硫酸的混合液；②放入幾塊碎瓷片，以避免混合液在受熱時暴沸；③用酒精燈加熱混合液，使混合液溫度迅速上升到170 ℃；④待導管有均勻的氣泡時就有乙烯生成，將溫度維持在170 ℃左右，用排水集氣法收集生成的乙烯。

實驗室中制備乙烯都是在鐵架臺上進行的，鐵架臺功能單一，無法在實驗結束后快速地將圓底燒瓶進行冷卻，教師在實驗結束后，需要等待較長的時間，才能等到圓底燒瓶表面溫度下降，而且在實驗過程中，圓底燒瓶是暴露在外界的，容易燙傷教師或?qū)W生，而且酒精燈也容易受到碰撞而移動，存在安全隱患。

本著科學性、教育性、創(chuàng)新性、啟發(fā)性、安全性和綠色化原則，針對現(xiàn)有實驗的不足，本教具采用利用新工藝與傳統(tǒng)教學儀器裝置整合進行創(chuàng)新，提供一種實驗室乙烯制備裝置，具備快速冷卻、安全性高等優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)實驗過程中存在的安全隱患。

2 儀器特點及用途

①定位框為頂部開口結構，定位框的內(nèi)壁固定包有橡膠，該結構設置增加了酒精燈與定位框之間的摩擦力，能夠避免酒精燈從支撐板上滑落；②套環(huán)的外壁固定包有橡膠，該結構設置可以避免教師或?qū)W生在實驗結束后取下圓底燒瓶時燙傷；③通風圓環(huán)的外壁固定包有隔熱墊圈，隔熱墊圈的高度與通風圓環(huán)的高度相同，起到了隔熱作用，能夠避免教師或?qū)W生被圓底燒瓶燙傷；④排風管呈環(huán)形等距離分布，排風管的正面均朝向通風圓環(huán)底部的中央處，該結構設置使得通過排風管的風能夠均勻地吹向圓底燒瓶的表面，繼而快速冷卻圓底燒瓶。本教具可進行教師演示實驗“實驗室制備乙烯”或者快速安全制取乙烯。

3 制作材料

鐵架臺、橡膠、2個雙缺口螺絲、鐵環(huán)、鐵片、陶土網(wǎng)、硅膠管、波紋管。

4 制作方法

制備乙烯裝置由制備裝置和主體裝置組成。制備裝置仍然采用傳統(tǒng)裝置，向圓底燒瓶中一次性投入足量的酒精，迅速加熱至170 ℃，用導管導出生成的乙烯，用排水法收集產(chǎn)生的乙烯。主體裝置是由支撐板、定位框、橡膠墊、支撐桿、2個滑塊、連接桿、套環(huán)、隔熱墊圈、通風圓環(huán)、通風槽、排風管組成，具體制作方法如下。

(1)截取4塊橡膠(40 mm×40 mm)，分別粘在鐵架臺鋼板底部四角作為防滑墊。

(2)截取鐵片400 mm×40 mm，在上面粘上橡膠(320 mm×40 mm)，做成一個酒精燈底座大小的環(huán)狀結構，作為定位框(見圖1)。橡膠作為常見的防滑材料，能增加酒精燈與定位框之間的摩擦力，能夠避免酒精燈從支撐板上滑落。

圖1 酒精燈定位框

(3)在鐵環(huán)(見圖2)上放1塊陶土網(wǎng)(見圖3)，固定在第二滑塊處，也就是靠近鋼板底部位置。陶土網(wǎng)區(qū)別于普通的石棉網(wǎng)，在此處使用的陶土網(wǎng)環(huán)保且無污染，對人體無傷害。

圖2 鐵環(huán)

圖3 陶土網(wǎng)

圖4 燒瓶定位框

(4)將1塊鐵片(500 mm×70 mm)上間隔40 mm打出一排孔(孔直徑為15 mm)，作為通風圓環(huán)，里面用硅膠管作為排風管，并在鐵皮外面粘上橡膠(400 mm×70 mm)(見圖4)。橡膠作為隔熱墊圈可避免教師或?qū)W生被燙傷。排風管呈環(huán)形等距離分布，排風管的正面均朝向通風圓環(huán)底部的中央處。硅膠耐高溫度在200～300 ℃之間，考慮到本實驗最高溫度在170 ℃，因而采用硅膠這種材質(zhì)。

(5)通風圓環(huán)背面處其中一個小孔(孔直徑250 mm)，插入波紋管，并將通風圓環(huán)固定在套環(huán)上。通過在通風圓環(huán)內(nèi)壁設置的排風管以及內(nèi)部設置的通風圓環(huán)正面設置的波紋管，使得風機吹出的冷風能夠通過排風管吹向圓底燒瓶的表面，使實驗結束后的圓底燒瓶能夠快速的冷卻，方便教師對實驗裝置進行回收和清理。

圖5 實物圖

(6)將燒瓶夾作為套環(huán)固定在第一滑塊處，也就是靠近鋼板頂部位置，并且在燒瓶夾上包上橡膠。用燒瓶夾的原因是能夠有效夾持圓底燒瓶，承載著圓底燒瓶上部的重量。橡膠作為常見的絕熱材料，可避免教師或?qū)W生在實驗結束后取下圓底燒瓶時燙傷。

制作完成的教具裝置實物圖如圖5所示[2]。