逍遥学能 2014-02-20 08:46
现行中学化学教材中有流体参加的化学实验有些仍存在一些不足之处，比如实验装置复杂、药品用量较多、有毒气体排入空气造成污染等等。鉴于此，笔者针对该类实验提出通用的改进方法，本文作如下阐述。
一、实验用品：
60 mL注射器两支、100 mL注射器一支、医用输液管一根（分成四段备用）、医用输液三通管两个、医用输液控制阀三个、医用塑料输液瓶一个、注射针头一个、烧杯一个等。
二、实验装置、操作步骤（如图）
1、固体与液体反应的实验
该类实验可用上图装置，该装置适用于制取H2、O2、NO、NO2、CO2、Cl2、C2H2、H2S、SO2；也可用于NH4NO3溶液和CaO制取NH3、Na2O2与H20反应生成O2等气体；或利用金属钠与酒精反应来测定乙醇分子结构。
⑴制取氢气的实验步骤：
①按图示连接装置，检查装置的气密性。
②向60 mL注射器中加入适量锌粒，并吸入少许蒸馏水（确保排尽空气）。用100 mL注射器吸入适量稍浓的盐酸，排尽空气，重新连接好装置（如图1）。
③打开控制阀，将盐酸压入60ml注射器中（可以反复几次，使盐酸稀释），反应产生氢气，将60 mLl注射器倒置（如图2），将产生的氢气压入100 mL注射器中，关闭控制阀A、B。断开连接处，收集到纯净的氢气（无需验纯），装上注射针头可以做氢气燃烧实验，可以看到清晰的淡蓝色火焰，火焰可大可小，具有可控性（如图3）。也可使用图7装置，关闭C控制阀，打开A、B控制阀，使固体与液体反应产生氢气，可以利用产生的压强实现固体与液体分离，反应停止，或将左侧注射器倒置，关闭B控制阀，打开A、C控制阀，将氢气压入塑料输液瓶中就收集到纯净的氢气。
⑵制取NO2的实验步骤：
①按图示连接装置，检查装置的气密性。
②向60 mL注射器中加入一片带孔的圆形铜片，将输液管及100 mL注射器吸入浓硝酸（确保排尽空气）。重新连接好装置（如图1）。
③打开控制阀，将浓硝酸压入60 mL注射器中，将60 mL注射器倒置（如图2），将产生的NO2压入100 mL注射器中，关闭控制阀A、B。断开连接处，收集到纯净的NO2。如果改用图4的装置，产生气体后，关闭C控制阀，打开A、B控制阀，将反应液压入100 mL注射器中。再打开C控制阀，关闭A、B控制阀，向上拉动60 mL注射器的活塞，就可形成喷泉实验。
④如果制取NO，可用如图5的装置，只需像制取氢气的第②、③步操作，将液体压入60 mL注射器中，关闭所有控制阀。当收集到纯净的NO后，打开A、B控制阀，将液体压入100 mL注射器中。再关闭A、B控制阀，打开C控制阀，向上拉动60ml注射器的活塞，吸入空气，可以看到无色气体变成红棕色气体。如将导管插入水中还可做喷泉实验。
该实验装置（见图6）也可利用浓硝酸和铜片同时制取NO2和NO的对比实验，还可用于比较金属活动性的强弱、碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的差异、碳酸钙粉末和石灰石与稀硫酸反应的差异等实验。
2、气体与液体反应的实验
如图8所示，该实验装置可用于同种气体与不同液体反应的实验，如CO2与NaOH溶液、水反应的对比实验；SO2与品红溶液、KMnO4溶液反应的实验；C2H2的性质实验；也可以用于探究CO2溶解性与压强、温度的关系等等。
3、液体与液体反应的实验
本实验装置也可用于不同溶液间的反应、同种溶液与不同溶液的反应，（见图9）如NaOH溶液与CuSO4溶液、FeCl3溶液反应的实验；制取Fe(OH)2的实验；探究浓度（或温度）对反应速率的影响，如同浓度的H2SO4与不同浓度的Na2S2O3溶液反应速率比较，或同种H2SO4与不同温度的Na2S2O3溶液反应速率比较。
制取Fe(OH)2实验的步骤：
①按图示连接装置，检查装置的气密性。
②向60 mL注射器中加入一片带孔的圆形铁片并吸入少许水，将输液管及100 mL注射器吸入稀硫酸（确保排尽空气），另一支60 mL注射器中吸入过量的新制的NaOH溶液，重新连接好装置（如图8）。
③打开A、C控制阀，关闭B控制阀，将稀硫酸压入盛有铁片的注射器中，观察到有气泡产生，待其反应完毕后，如上图2操作，将气体压入100 mL注射器中。
④关闭C控制阀，打开A、B控制阀，将新制的NaOH溶液压入反应后的溶液中，这时就可以看到有白色沉淀生成。
4、气体与固体反应的实验
如CO2与Na2O2固体的实验、钢铁锈蚀条件的探究实验等。如图10所示。
5、气体与气体反应的实验
该实验装置还可用于气体与气体的反应，如HCl与NH3的反应；H2S与SO2的反应；也可用于NO2的反应平衡实验；还可用来比较气体与液体分子间隙的大小、或探究压强对化学反应速率的影响，如利用H2S与SO2的反应探究压强对反应速率的影响等。
⑴H2S与SO2的反应
在两支60 mL注射器中分别加入FeS固体、Na2SO3固体，100 mL注射器中吸入稀硫酸，连接好装置；打开A、C控制阀，将3/4的稀硫酸压入盛有FeS固体的注射器中；反应一段时间后，再关闭A控制阀、打开B控制阀，将1/4的稀硫酸压入盛有Na2SO3固体的注射器中；使得反应产生的气体体积比为3：1。打开A控制阀，将两支注射器内的液体吸入100 mL注射器中，关闭C控制阀，将H2S压入SO2中；这时可以看到注射器管壁上水珠和黄色固体生成。
⑵NO2的反应平衡实验
利用三支注射器中的两支注射器制取较纯净的NO2气体，反应后，将反应后的液体吸入100Ml 注射器中，关闭C控制阀，打开A、B控制阀，通过推拉两支注射器的活塞，观察气体的颜色变化情况。
三、改进实验优点
1、实验所用装置完全来源于生活废品，整套装置简洁明了，安全高效。
2、通过推拉活塞和操控控制阀，使得实验开始、结束操控自如。
3、该实验装置为通用实验装置，适用于有流体参加并且不需加热的化学反应，如果反应放出热量较多，可以更换成玻璃注射器。
4、利用该实验装置制取、收集的气体较纯净，不需验纯。
5、采用该实验装置，可以减少药品的用量，节约了药品，并且该实验装置不易破损，可重复使用，减低实验的成本，适用实验条件落后的学校或地区。
6、通过应用注射器组成全封闭实验装置，不仅弥补了教科书中一些实验对环境污染的不足，而且使实验步骤和操作更简化，提高了课堂教学效益。
7、有利于培养学生科学探究能力，增强学生环保意识。