塑料单向阀在化学实验教学中的应用

石云

单向阀又名单流阀、止回阀、止逆阀，主要应用在防止流体（气体或液体）倒流的管道上。由于其特殊结构的限制，只允许流体向一个方向流动，如果出现液体逆流时，单向阀阀门会自动关闭。塑料单向阀还具有透明性、耐用性，因此具备一般化学仪器所不能替代的特殊性。下面，就塑料单向阀在化学实验教学中的应用举几个实例。

1组装简易气体模拟发生装置，让学生练习排水集气法

排水集气法是初三学生必须掌握的一项实验技能，也是中考实验操作考核中的一个考查内容。学生在第一次正式排水集气前由于没有实践过，且倒置的集气瓶在收集过程中极容易倾覆，导致气体逸散，这样既浪费时间又耗费药品。如果在制取气体前，让学生多练习几次排水集气法，则能大大提高气体收集的成功率，而利用塑料单向阀等仪器来组装简易气体模拟发生装置，则能让学生提前掌握排水集气法的操作要领。

如图1所示，在组装、固定相关仪器并在集气瓶内装满水后，让一个学生扶着倒置的集气瓶，另一个学生轻推注射器活塞，空气通过塑料单向阀工，由玻璃弯管进入集气瓶内。当活塞到达注射器顶端后，再轻拉活塞，空气由塑料单向阀Ⅱ进入注射器内。当活塞到达注射器末端后，再轻推活塞，空气由塑料单向阀工进入集气瓶内排水集气。如此反复，当倒置的集气瓶口有大气泡向外冒出时，停止推活塞，取出集气瓶，让两个学生交换操作，做到熟练为止。

2用于探究白磷在水下燃烧的环保装置

探究白磷在水下燃烧的传统实验是在一个相对开放的系统中进行的。实际操作时一部分白磷在气流的作用下往往会飘浮到水面上燃烧起来。实验时产生的白烟逸散到空气中，既污染空气，又危害师生健康。而将塑料单向阀巧妙用于自制实验装置中，则既能完成探究实验，又能很好地解决空气污染的难题。

如图2所示，在装入药品并组装、固定好仪器后，向右拉动注射器活塞，可见空气进入具支试管内接触到白磷，白磷在水下燃烧起来。实验时产生的白烟一部分被水吸收，另一部分通过单向阀工进入注射器中；当活塞到达注射器末端后，再推动活塞，白烟由单向阀Ⅱ进入氢氧化钠溶液中被吸收；而当活塞到达注射器顶端后，再拉动活塞，如此往复，直到白磷完全燃烧。由于整个实验系统是密闭的，同时又加有“尾气”处理装置，十分环保。

3配套使用负压吸滤瓶，连续、快速进行过滤

传统的过滤装置在工作时，过滤速度往往比较慢，效率也较低，实验中有时会用到抽气泵进行抽滤，但速度不好控制；另一种方法是配套使用球形抽气管，同时接上自来水，当水由球形抽气管中间狭窄的小喷口急速喷出时，将装置中的气体带走，气压减小，从而达到减压过滤的目的。整个实验装置较繁杂，还要消耗一定量的水造成浪费。而借助单向阀和注射器则能组装简单易行的负压吸滤装置，连续、快速地进行过滤。

如图3所示，在漏斗中装入待滤物质并组装、固定好仪器后，向右拉动注射器活塞，吸滤瓶内的空气由单向阀工进入注射器，瓶内形成负压，过滤速度加快。当活塞到达注射器末端后，再推动活塞，注射器内的空气由单向阀Ⅱ排到外面。活塞到达注射器顶端后，再拉动活塞，如此往复。过滤的速度由活塞推拉的快慢决定，实验操作简单、易行。

4组装证明人体呼出气体中含有二氧化碳的安全装置，方便学生实验

初中化学及生物教材中均有证明人体呼出气体中含有二氧化碳的实验。该实验通常由学生来完成，即让学生通过一根吸管向石灰水中吹气，通过澄清的石灰水变浑浊，来证明二氧化碳的存在。但在实际操作过程中，由于学生吹气后还要换气，往往会有一些石灰水被误吸入口中，危害健康。若用能防倒吸的塑料单向阀则能防止出现这种情况。

如图4所示，分别在2个烧杯内装入澄清石灰水和NaOH溶液并连接、固定好仪器后，通过上端导管口吹气，吹出气体只能通过单向阀工进入下端2个烧杯中。接着吸气，外界空气通过单向阀Ⅱ进入人体呼吸系统，再通过上端导管口吹气。如此反复，一段时间后可见左边烧杯内的澄清石灰水明显变浑浊，而右边烧杯中的氢氧化钠溶液无明显变化。该对比实验既能说明人体呼出的气体中含有二氧化碳，还能说明氢氧化钠溶液与二氧化碳反应后没有明显现象，也让学生深刻理解了实验室检验二氧化碳用石灰水而不用氢氧化钠溶液的原因。

5组装可燃性气体的安全点燃装置

由于单向阀特殊的内部结构，使得流体只能单方向流动，可以防止高压气体窜入低压体系内，因此也具有防止火焰倒窜的作用，可用于可燃性气体的安全点燃装置中。

如图5所示，装好药品并连接、固定好仪器后，打开活塞，扭动阀门，让反应进行一会儿，收集氢气。检验氢气纯度后点燃气体，可见气体安静地燃烧起来。由于有单向阀的存在，即使不检验气体纯度，点燃后也不会发生危险，因为倒窜的火苗不会通过单向阀进入气体发生装置，所以可燃性气体的点燃装置中可以使用单向阀，避免发生操作危险。

6用于一氧化碳还原氧化铁的实验装置，防止实验后液体倒流

一氧化碳还原氧化铁是初中化学中的一个重要实验，也是教学中的重点。该实验结束后往往是先停止加热，继续通一氧化碳气体直到玻璃管冷却，目的是防止玻璃管冷却后形成负压，石灰水倒吸入热的玻璃管内，导致玻璃管炸裂。如果在石灰水的进气端加装一个塑料单向阀则能很好地解决石灰水倒吸的问题，如图6所示。

7配合湿度传感器探究烧碱固体的吸水性

众所周知，烧碱固体具有良好的吸水性，证明其吸水性的方法很简单，通常是将固体置于空气中，一段时间后固体表面会潮解。但是空气中的二氧化碳也会和烧碱反应产生水，因此，要证明烧碱固体的吸水性，就要排除二氧化碳气体的干扰。

如图7所示，装好药品并连接、固定好仪器后，先用湿度传感器测量空气的湿度，再向右拉动注射器活塞，潮湿的空气经过干燥管由单向阀工进入注射器中。当活塞到达注射器末端后，再推动活塞，注射器内的空气由单向阀Ⅱ排到外面，再用温度传感器测量此时空气的湿度，可见湿度减小了。当活塞到达注射器顶端后，再拉动活塞，如此反复，出气导管口的湿度不断减小，实验效果好时空气的温度能降低为零。由此说明烧碱固体具有良好的吸水性。

8用于连续探究水蒸气与过氧化钠固体的反应

将图7中的装置和药品作一定的改进，可用于探究水蒸气与过氧化钠固体的反应，能方便地检验氧气的生成，并可在多个班级连续进行演示实验。

如图8所示，装好药品并连接、固定好仪器后，向右拉动注射器活塞，潮湿的不含二氧化碳的空气经过干燥管与过氧化钠固体反应，产生的气体通过单向阀工进入注射器。当活塞到达注射器末端后，再推動活塞，注射器内的气体由单向阀Ⅱ排到外面，同时在出气导管口放1根带火星的木条，观察到木条复燃。当活塞到达注射器顶端后，再拉动活塞，如此反复，实验过程中还能观察到干燥管左端的固体由黄色变成了白色。

9用于比较人体呼出气体与吸入空气中二氧化碳的含量

如图9所示，装好药品并连接、固定好仪器后，人通过装置最上端的导管进行呼吸。吸气时，空气进入左边试管，通过单向阀工进入人体的呼吸系统。呼气时，呼出气体通过单向阀Ⅱ进入右边试管。经过几次的吸气和呼气，观察到右边试管内的澄清石灰水明显变浑浊了，而左边试管内的澄清石灰水基本不变浑浊。该实验在短时间内证明了人体的呼吸作用能产生二氧化碳气体，而且产出气体中二氧化碳的含量高于空气中二氧化碳的含量。

塑料单向阀由于其内部特殊的结构，使其具有特殊的用途，能限定多种气体和液体的单向流动，在有关气体和液体的实验中巧妙加以运用，能取得意想不到的效果。