巧用注射器改进部分中学化学实验更安全环保

孙硕

摘要：利用注射器气密性好的优点，改进铜与浓硝酸反应等使用或产生有毒有害气体的实验，改进制备氢氧化亚铁、一氧化氮等无氧环境下的实验；利用注射器透明有刻度的优点，改进二氧化氮与水反应等观察容积（体积）变化的实验。节约药品，环保安全，效果明显。

关键词：注射器； 改进实验； 绿色化学

文章编号：1008-0546（2016）12-0093-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.12.032

医用注射器透明度高，有刻度能测量，可调节容积，在化学实验中可以用来量取、转移、作反应容器，安全可靠、价格低廉，具有气密性好、体积小、可调节、易观察、操作简便等特点。利用注射器的这些优点，可以对部分中学化学实验进行改进，使实验药品用量少、液体药品可测量，反应均在密闭体系中进行，产生的有毒有害气体量少可控，余气用浓NaOH溶液吸收，不会排到外环境，既环保又安全，符合绿色化学理念，有利于培养学生的环保意识[1]。实验器材主要是医用注射器、静脉注射针头，蝴蝶夹、学生橡皮等，价格低廉，取材容易，且不易碎裂，学生常见常用，有助于激发学生兴趣，便于开展分组实验和课外实验，有利于培养青少年的创新意识和实践精神。

一、利用注射器气密性好的优点，改进一些使用或产生有毒有害气体的实验

1. Cu与浓HNO3、NO2与H2O、NO与O2反应的联合实验

取一个如图1所示的静脉输液针管，去掉针头，截去部分细管，作为连接两个注射器的导管A。

取一个20mL注射器B，将针头插入导管A的细管中。

再取一个20mL注射器C，拔掉针头，连接导管A。

将注射器B作为加液和集气装置，将注射器C作为反应装置，做成如图2所示的密闭装置。

（1）拔出注射器C的活塞，取小拇指盖大小的铜片平放在注射器底部，推进活塞至注射器底部。

（2）用注射器B抽取1mL浓硝酸，不要有气泡（保证Cu与浓HNO3反应收集到的NO2气体较为纯净，便于测量NO2与H2O反应前后体积变化）。

（3）将注射器B、C如图2连接起来。打开止水夹，将B中的浓硝酸推入C中，观察反应现象（铜片与浓硝酸剧烈反应，产生大量红棕色气体，活塞向外移动，同时生成蓝绿色溶液）。

（4）将注射器C针头端向上，使气体在针头端，反应液在活塞端，推进活塞，使气体全部进入注射器B，此时收集到的是较为纯净的NO2气体。

必要时，可以将注射器C针头端向下，将反应液排入注射器B，推拉注射器的活塞，使反应液与铜片脱离来控制反应进程，保证实验安全可靠。

（5）当注射器B的气体约15mL时，关闭止水夹，将导管A与注射器B连在一起分离注射器C。

（6）将注射器C中的反应液推入到小烧杯中，然后吸入氢氧化钠浓溶液，振荡吸收多余的气体。

（7）记下注射器B气体的体积，将B连接的导管A插入盛水的烧杯中，吸入2mL水，关闭止水夹。充分振荡B，使水与NO2充分反应，观察现象，再次记下剩余气体体积，比较两次气体读数之差（红棕色气体变为无色气体，注射器内气体体积明显减少，大约是原来的三分之一）。

实验原理解释：

Cu+4HNO3[=]Cu（NO3）2+2NO2+2H2O，由于该装置气密性较好，实验前基本没有空气混入，注射器B收集到的15mL气体是较为纯净的NO2。生成的Cu（NO3）2溶液因溶解部分NO2而呈黄绿色。

3NO2+H2O[=]2HNO3+NO，15mL NO2与水反应生成了5mL NO。注射器内气体只有原来的约三分之一。

2. 利用NO2演示压强、温度对化学平衡的影响

利用本文Cu与浓HNO3反应的实验方法，用注射器收集10mL NO2气体。推压和拉提注射器活塞，当注射器内气体体积变小和增大时，观察平衡体系颜色的变化。

采用两套图2的实验装置，利用本文Cu与浓HNO3反应的实验方法，用2个注射器各收集10mL NO2气体。一个放入盛热水的烧杯中，一个放入盛冰水的烧杯中，比较两个注射器内平衡体系颜色的不同。也可以用一个注射器内的NO2气体作为参照；另一个注射器放入盛热水的烧杯中观察平衡体系气体颜色的变化，再放入盛冰水的烧杯中观察气体颜色的变化。

3. SO2与H2S的反应实验

用静脉输液针管制作导管一根，取两个50mL注射器，连接成如图2所示的装置，用注射器A抽入SO2 10mL，注射器B抽取H2S气体20mL。将A中的气体缓缓推入B中，观察现象（注射器B的壁上有淡黄色粉末，注射器内气体体积明显减小，反应最后注射器A、B几乎没有多余气体存在）。

4. Cl2与NaBr、NaI的反应实验

（1）取20mL注射器，事先抽入10mL Cl2，演示实验时再抽取2mL NaBr浓溶液，将针头插入橡皮塞中，密闭注射器。振荡，使溶液与气体充分反应，观察反应现象[2]（橙红色的溴蒸气充满整个针筒空间）。将注射器埋入冰块中，5分钟后拿出，迅速观察注射器内变化（注射器壁上有橙红色的溴单质液滴，受热很快又挥发为溴蒸气）。

（2）取20mL注射器，抽入10mL Cl2，再抽取2mL NaI浓溶液，将针头插入橡皮塞中，密闭注射器。振荡，使溶液与气体充分反应。观察反应现象（注射器壁上有紫黑色的碘单质固体）。

二、利用注射器密封性好的优点，改进无氧环境下的实验

1. Cu与稀HNO3反应实验

实验器材：

利用如图2所示的Cu与浓HNO3反应的注射器装置。

实验过程及现象：

（1）用注射器B抽取5mL稀硝酸，不要有空气，若有气泡则针头向上推进活塞赶出气泡。

（2）拔出注射器C的活塞，取一小片铜片平放在注射器底部，推进活塞至注射器底部，连接导管A，将导管A放入盛蒸馏水的烧杯中抽取少许蒸馏水入注射器中，针头向上，排出注射器及导管A内的空气。然后连接盛有稀硝酸的注射器B，关闭止水夹。如图2所示。

（3）打开止水夹，将B中的稀硝酸全部推入C中，观察反应现象（铜片与稀硝酸缓慢反应，产生无色气体，活塞向外移动，同时生成蓝色溶液）。

若反应缓慢，可以将注射器C放入盛有热水的烧杯中，水浴加热。

（4）将注射器C针头端向上，使气体在针头端、反应液在活塞端，推进活塞，使气体全部进入注射器B，此时收集到的是较为纯净的NO气体。

（5）当注射器B的气体约10mL时，关闭止水夹，将注射器B与导管A连在一起，分离注射器C。

（6）将注射器C中的反应液推入到小烧杯中，然后吸入氢氧化钠浓溶液并振荡，吸收注射器内多余的气体。

（7）在注射器B后面放一张白纸，观察注射器内气体颜色（无色）；打开止水夹，吸入少许空气，观察气体颜色变化（红棕色）；待红棕色颜色较深时，将注射器B连接的导管C插入盛水的烧杯中，吸入2mL水，关闭止水夹，充分振荡，观察现象（红棕色气体再次变为无色气体，注射器内气体体积变小）。可反复多次操作，直至打开止水夹抽入空气气体不再变色。

实验原理解释：

2NO+O2[=]2NO2

3NO2+H2O[=]2HNO3+ NO

理论上反应最后注射器内应无气体存在，但由于吸入的是空气不是纯O2，只能观察到注射器内气体体积减小。

2. Fe（OH）2溶液的制备

（1）将一小片金属铁平放在注射器底部，将活塞推入注射器底部，吸入少量煮沸过的蒸馏水，针头向上排出注射器内的空气。

（2）抽入适量稀H2SO4（注意：注射器针头插入稀H2SO4溶液底部，缓慢抽入，注射器内不能有气泡），然后针头插入橡皮塞中，密封注射器，如图3所示，观察现象（注射器内产生无色气泡，活塞向外移动）。此步骤要控制稀H2SO4的量，以免反应剧烈或者产生气体过多，冲顶活塞脱离注射器导致实验失败。

（3）取下橡皮塞，针头向上推出反应生成的部分气体，再吸入适量NaOH溶液，封闭橡皮塞，观察现象（有白色沉淀生成，可放置一段时间不变色）。将反应液排出到小烧杯中，将沉淀物涂在烧杯壁上观察现象（白色沉淀迅速变为黄褐色）。

三、利用注射器有刻度的优点，改进一些观察容积（体积）变化的实验

1. CO2、Cl2、H2S、HCl、NH3等溶于水的实验

（1）易溶于水的CO2、Cl2、H2S等气体：

用50mL注射器，事先抽取30mL的CO2气体，演示实验时再抽取20mL蒸馏水，将注射器针头插入橡皮塞中（也可将学生橡皮切成条块作橡皮塞使用），封闭注射器。充分振荡，使水、气充分接触混合，可看到注射器针栓向里移动，注射器内余下气体约10mL。证明CO2溶于水，溶解度大约为1∶1。

采用同样的方法，事先用50mL注射器吸入30mL Cl2，演示实验时再抽取10mL水，将注射器针头插入橡皮塞中封闭注射器。充分振荡混合，可看到注射器余下约10mL Cl2，溶液变为黄绿色。证明Cl2溶于水，溶解度大约为2∶1。

也可用50mL注射器抽取10mL水再吸入30mL H2S，粗略验证H2S在水中的溶解度为1∶2.6。

（2）极易溶于水的HCl、NH3等气体

事先用50mL注射器抽取40mLHCl（NH3），用橡皮塞封闭注射器。演示实验时，准备一个500mL烧杯，装半烧杯水，在烧杯中滴几滴石蕊（酚酞）。去掉针头，将注射器插入烧杯盛装的水中，抽入少许水后，用手固定住活塞，观察现象。由于这些气体极易溶于水，可以看到在注射器内形成美丽的“红色喷泉”[3]。

2. 比较不同气体溶解度的不同

用多个50mL注射器分别抽取等体积的CO2、Cl2、H2S、SO2等气体，和等体积的蒸馏水，密闭后，每个注射器用手振荡同样的次数和幅度。静置在台面上，通过读取注射器内剩余气体的刻度，观察气体溶解度的不同。

3. 比较盐酸与Na2CO3和NaHCO3反应的快慢

利用20mL和50mL注射器、100mL锥形瓶、瓶塞，做成如图4所示的装置。

将足量的Na2CO3和NaHCO3分别放入两个集气瓶中，塞紧瓶塞。将两个50mL注射器活塞推入底部，作为集气装置，分别插穿两个广口瓶塞。取两个20mL注射器，分别吸入5mL的1mol/L盐酸，分别插穿广口瓶塞，同时向瓶内注射盐酸，压住20mL注射器活塞到底部。观察反应现象。（装NaHCO3的装置反应剧烈，50mL注射器活塞向外移动快，产生气体较多）

4. 证明分子间存在分子间隙

用50mL注射器抽取20mL水，再抽取20mL酒精，用上述静脉输液针管制成的“橡皮塞”封闭注射器，充分振荡后观察混合液刻度，发现两者体积小于40mL。说明水分子和酒精分子之间有间隙，二者混合时，部分分子钻入间隙中，导致总体积减小。

5. NO2与H2O反应的实验

具体见上文Cu与浓HNO3、NO2与H2O、NO与O2反应的联合实验中的第8步骤。用20mL注射器收集15mL NO2，再吸入2mL水，密闭注射器，振荡注射器使反应充分，可观察到红棕色气体变为无色，反应后注射器内气体约为原来的三分之一。

参考文献

[1] 荣卢耀，赵承志.加强课堂实验设计体现绿色化学思想[J].中学化学教学参考，2007（4）：42

[2] 张正飞.例析注射器在中学化学实验改进中的妙用[J].化学教与学，2013（9）：89～90

[3] 刘继能.多功能化学实验演示器[J].化学教育，2015（4）：65～67