例谈注射器在化学实验中的应用

◇ 上海 孟 静

注射器在高二化学(上科版)第十章第一节“1mol气体体积的测定”中(图1)，承担了平衡装置内外气压、准确测量反应液体积的作用.让学生体验了注射器在化学实验中的应用，激发学生学习化学知识的兴趣和动力.通过查阅资料发现，在该实验中使用注射器能提高定量实验的准确性.注射器在其他实验中也有广泛的用途，例如，能够使化学实验更加绿色环保、准确科学、安全简便.

图1 气体摩尔体积测定装置

1 用作化学反应容器，使实验过程更绿色

1.1 教材实验描述

2008年上科版高中化学拓展课程第五章“探究硝酸的强氧化性”实验中要求分析铜与浓硝酸反应，但并没有给出具体的实验操作步骤和实验装置，属于开放性实验.

笔者查阅苏教版《化学1》中“硝酸的性质”一节中对于“验证硝酸的性质”实验装置如图2.但在该实验实施过程中，笔者发现整个实验演示过程复杂、产物污染严重，不符合绿色化学的理念，给学生带来“化学是一门危险的学科”的负面影响.而实验教学不仅要让学生体验科学探究的过程，还要激发学生学习化学的兴趣，培养学生的创新精神和实践能力.

图2 铜片与硝酸反应装置

1.2 实验设计分析与改进

基于以上思考，笔者查阅相关资料，利用注射器封闭性和可抽取液体的特点对此实验进行改进，使该实验试剂用量少、产物污染小，又能达到探究实验的教学目的.具体操作：取1 支20 mL 注射器，去掉活塞，向其中加入1片铜片，然后将注射器活塞慢慢推进注射器内，排净注射器内的空气，再吸入1mL左右浓硝酸，立即用橡皮塞将针孔封闭，观察现象.实验结束后移走橡皮塞，吸入适量的氢氧化钠溶液，必要时可重复多次，直至气体完全吸收.

该实验在封闭体系——注射器中进行，污染少，尾气用注射器吸取氢氧化钠处理，能有效改善实验环境，符合绿色化学理念.在具体操作中建议浓硝酸和铜片的量尽量少——1 mL 浓硝酸和一小片铜，此时反应现象明显，利于学生观察反应的过程、产生气体的颜色和生成溶液的颜色.若用量过多，会因产生NO2气体的速率过快而使反应难以控制，带来不安全因素，达不到实验改进的目的.

2 用作体积测量仪器，使实验结果更准确

2.1 教材实验描述

“推测乙醇的分子结构”是2007年上科版高二化学第十二章的“探究与实践”实验，课本要求用一定量乙醇与钠完全反应，测量放出氢气的体积，由实验数据分析推测乙醇的结构简式.本实验是固体和液体反应，实验成功的关键是准确测定氢气的体积.

笔者查阅资料发现，常见的固液反应测量产生气体体积的装置如图3 所示.但是，在实际操作中使用该实验装置存在着一些问题：滴加乙醇的量无法测量，排水量气装置很难做到在实验前后储液瓶和量筒内液面都调节相平，因此会使实验结果产生较大误差.实验数据误差较大，会使定量实验失去科学性、准确性.而定量实验的教学不仅要使学生形成化学概念，更要培养学生严谨的科学态度、规范的操作要领、准确的定量观念，从而提高学生的科学素养.

图3 测定乙醇与钠反应生成氢气体积的装置

2.2 实验设计分析与改进

相比之下，使用两支注射器可以解决以上问题，笔者对固液反应测量产生气体体积的实验装置进行改进如图4所示.反应前装置中气体的压强与外界大气压强相等，将上方注射器中一定量的乙醇缓慢加入烧杯中后，反应开始进行，生成氢气，将右侧注射器的活塞外推，反应结束后，待装置冷却至室温，密闭体系的压强仍然等于大气压强.最终生成氢气的体积＝右侧注射器中气体的体积－注入乙醇的体积.

图4 测定乙醇与钠反应生成氢气体积的改进装置

该改进装置充分考虑了定量实验对准确性的要求，用注射器测量加入乙醇的体积，消除了滴加乙醇带来的误差，测量生成氢气的体积，消除了压强问题造成的体积误差，使实验数据更科学准确.在具体操作中，建议滴加乙醇时不要过快，防止反应迅速放出大量热导致乙醇挥发造成误差；乙醇与钠反应的产物乙醇钠包裹在钠表面，会影响反应继续进行，建议可在大试管中加入苯或二甲苯等能溶解乙醇钠又不与乙醇和钠反应的物质.

3 用作溶液反应装置，使实验现象更明显

3.1 教材实验描述

在2008年上科版化学拓展课程第六章中出现了硫酸亚铁溶液与氢氧化钠反应的实验：向试管中注入新制备的硫酸亚铁溶液，用胶头滴管吸取氢氧化钠溶液，将滴管头伸到硫酸亚铁溶液内部再注入氢氧化钠溶液，观察现象.该实验对验证氢氧化亚铁的性质有重要作用.但有些教师在具体教学过程中往往只是进行讲解或观看视频.究其原因，主要是产物氢氧化亚铁沉淀很容易被氧化，该实验实施过程中要尽量隔绝氧气，但在课堂实验中做到这一点比较困难，所以实验过程中常常观察不到白色沉淀的产生.

3.2 实验设计分析与改进

针对本实验出现的问题，笔者查阅资料，设计了如图5实验改进装置.取一支50 mL 注射器，取下活塞，向其中加入少许硫酸亚铁粉末，吸入约10 mL 煮沸后密封冷却的蒸馏水，振荡使固体充分溶解.取少量氢氧化钠固体于小试管中，加入煮沸后冷却的蒸馏水使其溶解，再滴加少许植物油隔离外界空气.将针头插入氢氧化钠溶液液面以下，慢慢抽取氢氧化钠溶液与硫酸亚铁溶液混合，可以看到注射器内生成白色沉淀.白色沉淀生成之后用注射器吸取约10 mL 空气，可观察到白色沉淀变为灰绿色，而且颜色不断加深.最后推动注射器将一部分灰绿色物质挤到滤纸上，3min左右就可以看到红褐色物质了.

图5 硫酸亚铁与氢氧化钠反应

该实验利用注射器密封性好的特点，在实验过程中能有效隔绝氧气，同时实验中利用注射器透明的特点，能明显地观察到实验现象：两溶液混合后有白色沉淀生成，再用注射器吸入空气，可以看到白色沉淀变灰绿色及灰绿色逐渐加深的过程，体会氢氧化亚铁被氧气氧化的奇妙.最后用注射器取出一部分灰绿色物质放到滤纸上，使沉淀与氧气充分接触，很快就可以看到红褐色物质，大大缩短了从灰绿色变红褐色的时间.本实验操作简单易行，现象明显，从配制药品到进行实验一气呵成，给学生留下很深的印象.

在具体实验操作中，建议选择塑料注射器，防止玻璃注射器与氢氧化钠溶液反应，导致活塞推拉不顺畅.在吸取蒸馏水和氢氧化钠溶液过程中速度不要过快，避免吸入空气造成实验失败.

4 结语

当然，注射器在化学实验中的应用不限于以上几例.有些实验中会使用或生成具有刺激性气味或污染性的气体，课堂演示存在一定困难和危险，此时利用注射器密闭性好和容积可变的特点，可以做到气体不泄漏.有些定量实验需要测量体积，这时可以利用注射器透明便于观察和刻度准确的特点，准确读取参加反应的气体或液体的体积.此外，注射器本身便宜易得，有各种规格，实验操作简便并节省试剂.注射器是一种常见的医学仪器，只要我们在充分遵循实用性和真实性的前提下，根据学生的认知水平和兴趣因素合理地将其应用到化学实验中，就可以产生意想不到的教学效果.