“固液不加熱型氣體制取與性質(zhì)探究一體化裝置”創(chuàng)新設計

安徽省靈璧縣尹集中學(234216) 何福銀

安徽省靈璧縣靈璧中學(234200) 湯 偉

1 問題提出

在九年級化學教材中，有多處涉及固液不加熱型氣體制取及性質(zhì)的實驗，但是教材中的實驗裝置和實驗過程存在一些缺點，有些需要實驗前制備好多瓶氣體備用，還有些實驗前制備的氣體不充足，而實驗過程中需要學生觀察實驗現(xiàn)象的機會較多，還有些實驗不利于培養(yǎng)學生的安全意識和環(huán)保意識，對學生的素養(yǎng)滲透存在一定弊端，為此筆者針對該現(xiàn)狀，設計了“固液不加熱型氣體制取及性質(zhì)實驗”裝置，克服了以上缺點，且該裝置在我省教師自制教具展示中也深受好評。

2 裝置特點及用途

裝置如圖1所示。

(圖中加持裝置已略去) (輔助儀器)

(1)裝置特點：利用本套裝置將制取與性質(zhì)實驗同時進行，將實驗一體化。并對性質(zhì)實驗進行創(chuàng)新設計，化繁為簡，將多個演示實驗在同一個裝置中完成。

(2)裝置用途：本套裝置適用于固液不加熱型氣體的制取和性質(zhì)實驗，如二氧化碳、氫氣、雙氧水分解制取氧氣的制取及其性質(zhì)探究。

3 裝置制備方法

3.1 制作材料

250 mL燒杯1個、漏斗、止水夾3個、帶活塞導管、10 mL注射器2支、洗眼器、Y形管、90°導氣管2根、直徑0.035 m大試管(底部破損)、250 mL集氣瓶1個、0.03 m長橡膠管4段、0.1 m橡膠管2段、輕質(zhì)粘土若干。

3.2 制作方法

(1)整套裝置由A、B、C三部分及一套輔助儀器組成。

(2)將洗眼器出水尖嘴截去一部分(便于液體流出)改裝成氣體發(fā)生裝置，上端用單孔橡皮塞塞緊并連接注射器，下端出口處接一段橡膠管，橡膠管尾部接漏斗下端，漏斗橫放在燒杯上，該部分用于液體藥品的添加和排出。

(3)洗眼器上的導管連接活塞b，用于控制反應的發(fā)生與停止。再接Y形管，Y形管兩個出口一個接止水夾c和1根90°導氣管，可隨時收集氣體，一個端接止水夾d和氣體性質(zhì)實驗裝置。

(4)氣體性質(zhì)實驗裝置：將一個直徑為3.5 cm，底部破損的大試管放入250 mL集氣瓶中，瓶口用輕質(zhì)粘土封口，大試管口配橡皮塞。

(5)輔助儀器：在10 mL注射器前端接一段0.1 m長橡膠管，用輕質(zhì)粘土連接密封。

4 具體使用方法

下面我們以二氧化碳的制取及性質(zhì)探究實驗為例說明如何使用該創(chuàng)新設計的裝置。

4.1 氣密性檢查

向C中注入一定量的飽和碳酸氫鈉溶液，液面高于瓶內(nèi)導管下端。夾緊a、c兩處止水夾，打開b、d處活塞，推拉注射器，觀察到C裝置內(nèi)導管水柱下降或升高，停止推拉后，水柱不下降，則說明裝置氣密性良好。檢查裝置氣密性之后，取下a處的止水夾。飽和碳酸氫鈉溶液不必倒掉，可留作判斷氣體生成的速率(通過觀察導管口氣泡)，還可用來除去揮發(fā)出來的氯化氫氣體。

4.2 制取二氧化碳

打開B裝置的橡皮塞，加入石灰石，從漏斗處添加稀鹽酸，添加鹽酸后a處無需用止水夾夾住，由于下端出口很低，已自然形成液封，同時也有利于控制反應的發(fā)生與停止，便于液體排出。C處導管口迅速產(chǎn)生大量氣泡，反應一段時間后，打開C裝置內(nèi)大試管上端橡皮塞，進行二氧化碳相關(guān)的性質(zhì)實驗。

4.3 二氧化碳的滅火實驗

打開C裝置內(nèi)大試管上端的橡皮塞，將一小段蠟燭固定在燃燒匙上，放入大試管內(nèi)(不要放入太深)，反復幾次，仔細觀察火焰大小的變化。

現(xiàn)象：稍放入大試管內(nèi)火焰就會變小，稍拿出后火焰變大。

4.4 二氧化碳溶于水實驗

關(guān)閉d打開c，將預留的長導氣管伸入塑料瓶中，收集滿一瓶二氧化碳氣體，向瓶中加入約1/3體積水，振蕩后，發(fā)現(xiàn)塑料瓶變扁。

4.5 二氧化碳與水的反應

打開b、d關(guān)閉c，蓋上大試管上的橡皮塞，反應一段時間后，將一條紫色石蕊試紙一端用蒸餾水濕潤，另一端干燥，然后用鑷子夾住，放在試管口，觀察到濕潤的一端紫色石蕊試紙變紅，干燥部分不變色。

4.6 二氧化碳與澄清石灰水的反應

打開b、c關(guān)閉d，將產(chǎn)生的二氧化碳氣體通入盛有澄清石灰水的小燒杯中，發(fā)現(xiàn)澄清石灰水變渾濁。實驗結(jié)束后關(guān)閉b，由于反應仍在進行，B裝置內(nèi)壓強增大，剩余液體經(jīng)漏斗流入A燒杯中，最終反應停止，若需繼續(xù)制取二氧化碳，只需從漏斗處再次加入稀鹽酸即可。

4.7 實驗結(jié)束處理

由于C裝置用輕質(zhì)粘土封口后，瓶內(nèi)液體不易倒出，用帶橡膠管的10 mL注射器吸取C裝置內(nèi)的飽和碳酸氫鈉溶液，C裝置下次可繼續(xù)使用，剩余石灰石直接從洗眼器瓶口倒出。

5 教具的教學意義和價值

該裝置可用于固液不加熱型氣體制取及性質(zhì)實驗，真正做到一物多用。

(1)將原本需要多次實驗的教學過程進行串聯(lián)，達到了組裝簡便、控制簡單的實驗效果。

(2)利用本套實驗裝置無需提前收集多瓶氣體，節(jié)約課堂教學時間。可一邊制取氣體一邊做性質(zhì)實驗，尤其是在氧氣的性質(zhì)實驗中，由于氧氣不斷通入，各種可燃物燃燒持續(xù)的時間較長，實驗現(xiàn)象更加明顯，提高了課堂教學效果。

(3)C裝置內(nèi)置入合適的溶液，可有效阻斷反應產(chǎn)生的氣體與性質(zhì)實驗時產(chǎn)生的火源直接接觸，增強了實驗的安全性，還可起到除雜和吸收反應后有害產(chǎn)物的作用。該裝置非常適合在復習課上使用，可大大提高課堂教學效率。