多功能反应器的设计

周均睿

摘 要：以铜与浓、稀硝酸反应为例，用30ml注射器针筒套20ml注射器的复合装置可快速完成铜与浓硝酸、铜与稀硝酸反应的对比实验，并证明酸性介质中硝酸根具有强氧化性。该装置还适用于Fe3+的检验、CO2的制取、氯水的制取、SO2的漂白性实验、SO2余H2S的反应等。该装置还适用于其他易在空气中氧化的气体，比如Fe（OH）2的制备，内注射器小心吸入FeSO4，外注射器吸入NaOH并排尽空气，将FeSO4推入外注射器，即可看到产生白色沉淀且颜色可以保持长期不变。

关键词：复合针筒；铜片；浓硝酸；蒸馏水；无污染

一、问题提出

化学实验的演示是化学课堂教学重要的环节，但是许多演示实验过程繁琐，操作复杂，效果不明显且有污染，导致许多老师不愿意做课堂演示实验。以铜与硝酸反应为例，首先，铜与稀硝酸反应速度很慢；其次由于没有排出试管中的空气，即使加热后反应速率加快，但看到气体依然不是无色而是红棕色；另外，取下装稀硫酸的试管的胶塞后产生大量NO2溢出在空气中，拆除浓硝酸与铜反应后的装置时更有大量的NO2气体溢出。而且两个反应均不能在学生观察到实验现象后立即停止。NO2会抑制产生，直到反应结束。为解决以上问题，现特设计一套进行性质实验的微型化装置，该装置不仅可以作为课堂演示实验，还可以作为学生实验，操作简单，实验效果良好且可以将最终产生的气体推入氢氧化钠溶液中吸收，以免污染环境。

二、实验过程

1.实验用品

试剂：铜片、浓硝酸、蒸馏水。

仪器：20ml与30ml针筒各两个（用于组装多功能反应器），橡皮塞。

2.实验仪器装置图及组装说明

3.实验步骤、现象及结论

先摘下内注射器，加入铜片，安上内注射器（内注射器事先吸好浓硝酸），用橡皮塞封住外注射器，将装置置于水浴中，推内注射器，铜与浓硝酸开始反应，片刻后看到外注射器中产生红棕色的NO2气体。

重摘下另一个注射器，加入铜片，安上内注射器（内注射器事先吸好浓硝酸），在外注射器内吸入一定量的蒸馏水并排净装置中的空气，用橡皮塞封住外注射器，，将内注射器中的浓硝酸推入外注射器并震荡制备稀硝酸，将准备好的装置置于水浴中，铜与稀硝酸开始反应，过会看到外注射器产生无色气体，抽内注射器使气体吸入内注射器，去掉外注射器的橡皮塞，使外注射器吸入空气，可观察到外注射器无色气体变成红棕色气体，与内注射器形成明显的颜色对比。反应结束后，将红棕色气体推入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中使其被充分吸收。内注射器中的无色气体推入外注射器后向外拉外注射器吸入空气，当看到红棕色气体颜色较深时停止吸空气，再次将红棕色气体推入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中使其被充分吸收。反应结束后，铜若有剩余，可吸入稀硫酸，反应又开始进行，证明硝酸根在酸性介质中具有强氧化性。

第一，装置简捷，能在6分钟内完成铜与浓硝酸、铜与稀硝酸的对比实验，给课堂赢得了更多时间；第二，取液方便，操作简单，现象明显，符合绿色化学思想；第三，装置密封性良好，很容易通过液体赶尽装置中的空气，因此还可以制备；第四，装置用途广泛，可以完成液体与液体、固体与液体、气体与气体、气体与液体、气体与固体的若干反应实验。例如Fe3+的检验、CO2的制取、氯水的制取、SO2的漂白性实验、SO2余H2S的反应等等。

参考文献：

[1]王冰，陈东喜，罗欣彤，等.铜与浓、稀硝酸反应实验的一体化设计[J].中学化学教学参考，2015（2）.

[2]陶杰，張腾.铜与浓、稀硝酸反应实验的改进[J].中学化学教学参考，2015（Z1）.

[3]于永民，邹正良，李胜荣.铜与浓、稀硝酸反应实验装置的创新设计[J].化学教育，2015（1）.

[4]张正飞，柏书梅.铜与稀硝酸反应实验的创新设计[J].教学仪器与实验，2014（7）.

[5]潘祥泰.铜与稀硝酸反应实验装置的改进与创新[J].教学仪器与实验，2014（1）.

[6]贾同全.用酸式滴定管改进铜与浓、稀硝酸的反应[J].教学仪器与实验，2013（12）.

注：本文为全国教育科学规划课题：《发展中学生核心素养的课堂教学新实践》研究成果。课题批准号：十三五规划FHB160563。