一种新设计的多功能化学实验装置

王发应+季勇福+周凤顶+李太锐

摘要：利用广口瓶、注射器、输液器等常见物品进行简单的加工和组装，可以制作成一个能制取氢气、氧气、二氧化氮等气体及完成10多个初、高中化学实验的装置，具有制作和使用简单、成本低廉等特点，还能培养学生的创新意识。

关键词：多功能；化学实验装置；铜和硝酸反应；制取乙炔

文章编号：1005–6629（2016）11–0073–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

在中学化学教学中，制取氢气、氧气、乙炔等气体发生装置，以及铜和硝酸反应等实验装置，不仅结构复杂，体积庞大，所用仪器多，搬动和使用都非常麻烦，而且课前准备和课后处理都要花费大量的时间，增加了教师的工作负担。为此，通过查阅了大量的文献资料[1～4]，在不断试验和反复改进之后，最终根据启普发生器原理，利用广口瓶、注射器、输液器等常见物品进行简单的加工和组装，制作成了一件能制取氢气、氧气、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮等气体以及能完成10多个初、高中化学实验的装置。经实践检验，效果非常好。现介绍如下，供同行参考指正。

1 实验装置图

新设计的实验装置如图1所示。

2 用途

本装置可以完成的实验见表1。

3 制作方法

3.1 制作过程

在一个6号橡皮塞的中央钻一个与注射器筒外径大小相当的孔（如图2a所示），然后将注射器筒插入该孔中，制成反应室（如图2b所示）。在注射器活塞上钻一个与输液管外径大小相当的孔，切取长约15～20cm带开关的输液管插入孔中，管头露出活塞即可，用胶水粘牢密封（如图2c所示）。将带导管的活塞放回注射器筒中，再将橡皮塞塞入广口瓶口即成（如图1所示）。

3.2 气密性检查

方法一：打开开关，拉动活塞，抽入一定量空气，将导管口浸入烧杯的水中，推动活塞，如果装置的气密性好，水中会产生大量气泡，拉动活塞，水会进入装置内，停止拉动活塞，水会在导管中形成一段稳定的水柱；如果装置的气密性差，则推动活塞时，导管口产生的气泡少，拉动活塞时，形成的水柱就不稳定，甚至不会进入导管。此时须检查各连接处，进行补粘等相应的处理，直至气密性好为止。

方法二：打开开关，拉动活塞，抽入一定量空气，然后关闭开关，将整套装置浸入水中。如果装置不漏气，则推动活塞时，水中不会有气泡产生；如果装置漏气，漏气处就会冒出气泡。取出装置，用吹风机将漏气处吹干，用胶水补粘后，重复上述操作，直至不漏气为止，即可用来进行实验。

4 使用方法

4.1 制取氢气、氧气、二氧化碳、硫化氢、二氧化氮、一氧化氮等气体

4.1.1 添加药品

将上述气体发生器取下橡皮塞，抽出活塞，在注射器筒内加入足量块状固体药品（锌粒或块状二氧化锰、石灰石、细铜丝团等），然后将活塞装回注射器筒并推到底，关闭开关；在瓶内装入适量液体药品（稀硫酸或双氧水、稀盐酸、浓硝酸、稀硝酸等），将注射器筒放回瓶内，塞紧橡皮塞（液体药品的量不能过多，否则注射器筒的体积所排开的液体药品会溢出造成浪费，甚至污染或腐蚀桌面和其他物品，而且要让放入注射器筒后瓶内仍要留有一定空间，以便容纳反应产生的气体排出的液体药品，下同）。

4.1.2 操作方法

拉动活塞，往注射器筒内抽入一定量的液体药品（如图3a所示），两种药品在注射器筒内立即发生反应，产生大量气泡，产生的气体形成的压力将液体药品压回瓶内（瓶内空气被压缩，形成一定的压力）。当两种药品分离时，反应立即停止（如图3b所示）；当打开排气管开关排出气体后，液体药品在自身压力的作用下进入注射器筒内，与固体药品接触时，反应又立即发生（如图3c所示）。如此反复进行打开和关闭开关的操作，即可控制反应的发生和停止，使用起来非常简单和方便。

4.2 制取乙炔气体

4.2.1 添加药品

取下橡皮塞，抽出活塞，在注射器筒底部先放入一层玻璃丝（或石棉绒），再加入足量块状固体电石，然后将活塞装回并推到底，关闭开关；在瓶内装入适量50%～70%水的酒精溶液[5]，将注射器筒放入瓶内，塞紧橡皮塞。

4.2.2 操作方法

拉动活塞，往注射器筒内抽入一定量水的酒精溶液（如图3a所示），两种药品在注射器筒内立即发生反应，产生大量气泡，产生的气体形成的压力将液体药品压回瓶内，当两种药品分离时，反应慢慢停止（如图3b所示，残留的液体药品会和电石继续反应）；当打开开关排出气体后，液体药品在自身压力的作用下又进入注射器筒内，与固体药品接触时，反应又立即发生（如图3c所示）。如此反复进行打开和关闭开关的操作，即可控制反应的随时发生和停止。

4.3 钠和乙醇反应

如图3所示，按4.1.1的操作，在瓶内装入适量无水乙醇，在注射器筒内装入适量金属钠后重新组装好装置。再按4.1.2的操作方法，即可进行钠和乙醇反应的实验，同样可以通过打开和关闭开关的操作，控制反应的发生和停止。

4.4 氨与氯化氢反应及分子运动实验

如图4所示，在注射器筒内装入一团浸有浓盐酸（或酚酞试液）的棉花团，在瓶内滴入几滴浓氨水，组装好装置后，很快就会看到瓶内和注射器筒内产生大量白烟，最终充满整个装置（或浸有酚酞试液的棉花团变红）。

4.5浓硫酸或氢氧化钠固体的吸水性

在注射器筒内放几粒比注射器出口稍大的蓝色硫酸铜晶体（避免掉入瓶内），在瓶内加入适量浓硫酸或氢氧化钠固体，静置观察，一段时间后，蓝色硫酸铜晶体表面就会形成一层白色粉末（如图4所示）。

5 装置特点

（1）材料易得，制作简单，易于推广。

（2）多功能。能够完成10多个初、高中化学实验。

（3）绿色环保。整个装置为一密闭系统，能够减少甚至避免环境污染。

（4）性能稳定，经久耐用。所用材料均为耐酸碱腐蚀、抗氧化材质，使用安全。

（5）启发性、教育性强。整套装置所用材料均为学生熟悉的生活废弃物或家居和实验室常备物品，经过简单的加工和组装而成，学生倍感亲切。让学生认识到，只要勤动手动脑，多观察思考，生活处处有课题，人人能创新。最大限度地激发学生的兴趣，培养学生的创新意识。

（6）由于在反应前已将注射器筒内的空气排尽，在筒内收集到的只有反应产生的气体，不含其他杂质，所制气体纯度高。

（7）装置的大小可以根据需要选择不同大小的透明塑料瓶和注射器进行设计。

参考文献：

[1]谢丹敏，夏小琴.基于绿色化化学实验装置的设计与应用[J].化学教学，2009，（4）：15～16.

[2]王玉芬.在注射器中进行铜和硝酸反应实验[J].化学教学，2013，（7）：41～42.

[3]谭文生.铜与浓、稀硝酸反应实验的绿色化设计[J].化学教学，2012，（11）：45～46

[4]王发应，李太锐，熊伦，黄啟荣.来自石膏像制作方法的启示[J].化学教学，2015，（9）：61～62.

[5]余韧.实验室制取乙炔实验改进[J].中小学实验与装备，2006，（4）：31.