注射器在化学实验中的应用

2011-01-11 02:03葛荷花
苏州市职业大学学报 2011年3期
关键词:针筒气密性注射器

葛荷花

(安徽化工学校 化工教研室,安徽 安庆 246005)

现行教材中,很多化学实验存在装置不够简化、实验现象不够明显、实验安全性存在隐患、实验时间过长等问题,这些影响了实验的效果和学生的学习兴趣、效率.并且,有些实验只关注结果和现象的明显性,忽视了对实验过程中产生的有毒有害物质的防护,注射器是一种在医疗中常见的仪器,它在化学实验装置改进中作用的越来越被人们所重视.

1 注射器的特点

注射器具有以下特点:①气密性好且使用方法简便易行,有上下可移动的活塞,能经受较高的温度和一定的压力,可加或减压.而且从度量角度来讲又不失具有一种计量准确,好控制并可随时调节定量的配比.②体积小,节省试剂,可靠安全,污染少,广泛用于气体制备与收集、微型实验、家庭小实验等,真正做到了一器多用.③在化学实验装置中透明度好,能直观表达物质反应的现象和程度等.

2 注射器在化学实验中使用的类型

针对注射器的特点及其在化学实验中的作用,可将注射器在化学实验中的使用类型归纳为:检查装置的气密性,改变装置内的气体压强,测量空气中氧气的体积分数,分液漏斗、滴管的代用品,制作简易水电解器.

2.1 检查装置的气密性

在以往的化学实验教学中,检查装置的气密性通常使用的是加热法.例如,用手心加热,使容器内的气体膨胀,来检查装置的气密性[1].虽然方便可行,但对于一些较复杂的装置,或在寒冷的季节,或者装置的导气管较长,该方法难以保证装置内气体明显膨胀,从而影响学生对装置气密性的正确判断.同样,如果用酒精灯加热,则不够简捷,比较麻烦.若用一次性注射器对装置气密性进行检查,则不仅非常方便,而且对于在低温条件下或者比较复杂的组合装置也非常有效.例如:

装置一: 有一个排气口的装置见图1,用一根长约15 cm的软胶管,把导管末端与一次性注射器连接起来,外拉注射器活塞,如胶管变扁,就说明装置不漏气[2].

装置二: 有两个管口的装置见图2,从长颈漏斗口向烧瓶里注入水,并浸没漏斗的末端,再用软胶管把烧瓶右的导管末端与一次性注射器连接起来,然后推动注射器活塞,如果长颈漏斗管内形成一段稳定的水柱,则说明装置不漏气;或者外拉注射器活塞,长颈漏斗末端产生气泡,也能说明装置不漏气[2].

2.2 改变装置内的气体压强

在化学实验中,往往可以利用注射器来改变装置内的气体压强.例如,见图3,在常压过滤过程中,随着漏斗中待滤液量的减少,液体所产生的压强也随之减少.由于滤纸表面吸附了一层固体颗粒物,所以过滤速度逐渐变慢.若改用常规抽滤,则操作较为繁琐,另外校内课堂也缺少自来水管.因此作如下改进,利用注射器抽拉所产生的吸力,使抽滤瓶内的气压减小,从而加快过滤的速度.改进实验后,现象明显,操作方便,可以不受实验条件的限制[3].

图1 有一个排气口装置的气密性检查

图2 有两个管口装置的气密性检查

2.3 测量空气中氧气的体积分数

取一小颗粒的白磷(稍过量),用滤纸吸干水分,放在玻璃注射器的头部(头部事先放有玻璃棉),将活塞推到50 mL刻度处,夹紧弹簧夹.再将玻璃注射器放有白磷的部分浸没在热水中,可见白磷自燃,产生大量的白烟,这时可以看到注射器的活塞先向上移动,随着仪器的冷却,白烟消失,活塞又向下移动, 最后停止在接近40 mL刻度处.由此得出空气中氧气的含量[4],如图4所示.

2.4 分液漏斗、滴管的代用品

注射器代替分液漏斗(见图5),可随时添加药品,不断产生O2.还可控制氧气的生成速率.用注射器,取液、滴加都很方便,也可控制试剂用量和滴速,节省试剂[5].

图3 改变装置内的气体压强

图4 测量空气中氧气的体积分数

图5 分液漏斗、滴管的代用品

2.5 制作简易水电解器

用注射器制作简易水电解器如图6所示.取两支塑料注射器,拔去针栓,针头朝上倒插入装有待用电解水(含15%氢氧化钠或25%稀硫酸溶液)的烧杯中,待针筒充满水后,在两个针头上分别扎上一个橡皮塞堵住针管.用带孔纸板将两支针筒固定后,分别从下端插入用带塑料皮铜线制做的电极(如图6).使用时,在电极上接通12 V直流电,则两个针筒内分别产生气体,随着反应的进行,从针筒的刻度上可直观地看到阴阳两极产生气体的体积比约为2∶l.待收集一定量气体后,即可在两支针头处检验气体.检验时,将针筒向下按,使其中液面低于烧杯中的液面,拔去橡皮塞,分别用带火星的木条和燃烧的木条检验生成的气体,得出水电解生成氢气、氧气的结论[6].

图6 制作简易水电解器

3 案例分析

3.1 问题提出

以注射器在铜与稀硝酸反应中所起的作用为例,从理论上讲,铜与稀硝酸发生反应的反应方程式为:3Cu+8HNO3(稀) =3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O.实验现象应为生成无色气体,在试管口遇到空气后变为红棕色.但传统的铜与稀硝酸反应实验直接在试管中进行,实验操作中气体往往在液面上就变色,即使可用排水法收集到无色的NO,也无说服力,因为NO气体有可能由NO2与H2O反应生成的.实验现象与理论无法吻合,给教学带来负面影响,不能使学生们直观地了解到这些现象,因此必须采用注射器在密封的容器中进行,以对这一实验作必要的改进.

3.2 改进要求

1) 改进后的实验必须达到以下要求:节约药品,操作简便,现象明显,没有污染.

2) 通过对“稀硝酸氧化性实验的改进”这一实验,提高创新意识和动手解决实际问题的能力.

3.3 实验方案

1) 如图7所示的实验装置,检查气密性后在干燥管中加入铜片,在烧杯中加入适量预热的稀硝酸.

2) 打开止水夹,用注射器慢慢抽取干燥管内的空气,稀硝酸沿着干燥管慢慢上升,直到充满整个干燥管,停止抽拉注射器,关闭止水夹,观察到干燥管内铜片溶解,且表面有气泡产生,溶液上方气体为无色,溶液变成蓝色,液面下降.

3) 反应停止后,打开止水夹,用注射器抽取干燥管内的气体(事先已将注射器内原有的空气推出),关闭止水夹后取下注射器,并抽取一定的空气,可观察到有红棕色气体生成.

图7 注射器在铜与稀硝酸反应中的作用

3.4 实验评价

此实验在注射器的使用下,简单可行,操作方便,现象明显,不仅能清晰地观察到无色的NO,还能观察到NO气体容易被氧化成红棕色的NO2的过程,而且可以重复使用.

4 结 论

一次性注射器是一种性能优良的微型化学实验仪器,合理、巧妙地应用注射器改进和设计实验能够简化装置和操作,节省化学试剂,减少环境污染,获得新的实验方法.

[1] 李斌. 装置气密性检查方法归纳[J]. 考试:中考版,2010(1):61-62.

[2] 杜永保. 注射器在初中化学实验中的妙用[J]. 实验教学与仪器,2010(6):31-32.

[3] 樊振宇. 注射器的妙用[J]. 化学教育,2009(3):37-39.

[4] 葛德新. 注射器在化学实验教学中的几个应用[J]. 化学教与学,2010(6):69-70.

[5] 关丽杰. 注射器的妙用[J]. 中国科教创新导刊,2011(9):50-51.

[6] 尹世波. 用注射器巧做化学实验[J]. 教学仪器与实验,2000,16(5):25.

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