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第4章 实验仪器的制作和巧用(4)

再选一个150ml左右的锥形瓶,装上带有橡皮塞的短颈玻璃漏斗。将锥形瓶用铁夹固定在烧杯内,在漏斗内贴一个多折滤纸,用搅拌棒将欲过滤溶液引入漏斗进行过滤。由于这种装置中烧杯中的沸水产生大量的水蒸汽维持了漏斗周围的温度,并使锥形瓶内的温度达到75℃~80℃。此时再将100℃的热溶液倾入漏斗时,则不会发生溶液冷却过早析出结晶,堵出漏斗口的现象,因此这种装置起到了热过滤漏斗的作用。

自制化学热效应演示器

仪器装置

河南邓州市二中陈定国老师的设计是:将一小试管,曲形玻璃管和圆珠笔芯空管小心插入大胶塞内。曲管内加入2厘米长的一段红纲笔水作为红色液柱,圆珠笔芯空塑管上套上一段自行车胎用的细胶管,细胶管上再套上一注射用的轮动塑料导气阀,用以调节锥形瓶(或广口瓶)的内外压差,控制红色液柱。将以上组装好的胶塞塞在150毫升的锥形瓶口上备用。

演示方法

(1)溶解热实验:

①NaOH溶于水放热实验。实验时首先盖好胶塞,在小试管内加3毫升水,立即关闭轮动导气阀,再加2-3粒NaOH固体,可见曲管内红色液柱被推向外管上升。该现象说明了NaOH溶于水放热。

②NH4NO4溶于水吸热实验。按照上述方法,实验时将2克NH4NO3固体加入盛有3毫升水的小试管内,轻摇锥形瓶,可见曲管内红色液柱被吸入内管上升。该现象说明NH4NO3溶于水吸热。

③浓硫酸稀释放热实验。小试管内加入3毫升水,立即关闭轮动导气阀,再滴入3-5滴浓硫酸,稍振荡,可看到曲管内红色液柱被推向外管上升。该现象说明浓硫酸溶于水时放热。

(2)气化热实验:

④将约1毫升酒精注入小试管内,关闭轮动导气阀,把所备鼓气皮唧连着的尖嘴玻管插入小试管底不断鼓气,很快曲管内红色液柱被吸入内管上升。说明酒精挥发时吸热。

同样还可以做乙醚挥发吸热,氨水中氨挥发吸热,水挥发吸热等的气化热实验。

(3)反应热实验:

⑤实验时在小试管内加入2摩/升的盐酸2毫升,立即关闭轮动导气阀,再加入2摩/升的NaOH溶液2毫升,可很快看到曲管内红色液柱被推向外管上升。该现象说明酸碱中和反应中伴随产生热量,属中和热。

其它有关反应热实验如:铝和NaOH溶液反应放热实验、锌和硫酸反应放热实验等,只要在溶液中进行的反应,都可用该仪器灵敏地检验出热效应。

多用仪器的制作

制作:

将玻璃瓶(如医用葡萄糖液瓶等)从中断开,钳一小缺口,用砂轮磨光,配以橡皮塞、导气管(或尖咀管)即可。江西新余沙土中学胡焕平老师设计的这一仪器。

用途:

(1)极易溶于水的气体的安全溶解:装置见图二,可避免产生倒吸。如HCl、NH3等气体的溶解。

(2)易爆气体的安全点燃:装置见图三(此装置中用的是尖咀管)。实验时,估计此仪器中空气排尽时,即可点火。适用于H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等气体的点燃实验。

用此仪器做1、2两实验,仪器可直接放置水槽底,不需另外固定,比用倒立漏斗做更方便。

(3)钠与水反应的实验:装置见图四。将金属钠投入滴入酚酞试液的水中,然后用带有吹泡装置的此仪器罩住。可以观察到课本上做此实验时的所有现象,同时,还可点燃氢气泡来检验氢气。

(4)简易电解器:装置见图五,可做电解水和电解饱和食盐水的实验。用此仪器简单区分阴极室和阳极室,可分别收集到阴极气体和阳极气体。

简易多用恒温箱的制作

根据中学化学实验课的需要,梁汝逊、任松林老师试制了一种简易的多种用途的恒温箱。实践证明效果良好,恒温的温差在±02℃左右,而且制做简便,价格便宜,只用四、五十元即可制做一台。特别是它具有多种用途,既可用做恒温箱培养各种菌类、原生动物和果蝇等,也可当接种箱使用,而且更适用于制做蜡切片的透蜡与包埋。现将制做方法简介如下:

材料及其用途

(1)光电管(恒温温度计)一个。规格为20~100℃,在定温时可用它随意定出所需的温度。

该温度计可在科学仪器商店买到。

(2)继电器一个。规格为JOX-10AC220V的灵敏继电器。用做恒温调节器,即温箱内如达到所定温度它可自动切断热源,如果温度下降则可自动接通热源。

(3)红外线灯泡一个。规格为AC220V300~500W,用做热源。

(4)紫外线灯一套。包括镇流器,紫外线灯泡,跳泡各一个。规格为AC220V30W,用做微生物的接种与诱变。继电器、红外线灯泡、紫外线灯都可在较大的电料商店买到。

(5)其它:木板(或五层胶合板),铝板(或洋铁皮),石绵(或废泡沫塑料),电器开关,导线,玻璃(3mm)以及折页等。

制做过程

依照图一做一个箱体。箱体的四壁、顶盖和箱底系由三层构成,外壳用木板,中层为石绵层,内层为铝板。上盖要镶两层玻璃,以便操作时观察,同时上盖的后缘要与顶盖用折页相连以便开闭。为了保温,上盖的各边要与箱体的四壁嵌合镶接。前壁的两个操作孔镶上小门,同时在外面要用红、黑两层布做个套子,以防操作时杂菌感染。

顶盖的右边装置光电管,紧靠着装一个铝板做的小箱,箱的里面装继电器,箱的前面按装各种开关。顶盖的内面按装各种灯头,电路示意图如图二。最后涂上适当的油漆,恒温箱即成。

使用方法及其优越性

(1)恒温装置的使用:

先打开总开关,接通电源,然后旋转光电管上的旋扭调至要求温度的刻度,再打开红外灯开关,这时箱内温度开始上升。当红外灯熄灭时,说明箱内已达到所定的温度。定温的时间大约只用30分钟。这比普通的恒温箱大大缩短了定温的时间。另外由于温度的调节使用了光电管与继电器,因而灵敏度大大提高,保证了温度的准确性。同时热源使用红外线灯,可以节省电力。

(2)紫外灯的应用:

先用上法将温度定好,再打开紫外开关即可进行接种或诱变处理。

(3)制做蜡切片的应用:

定温同前。其优点是可以通过操作孔进行材料的透蜡与包埋,这样就保持了蜡温的恒定,因此,不仅操作方便,也保证了切片的质量,这是一般温箱所达不到的。

最后要提及的是,如果只需要把它当作温箱使用,制作时可以免去紫外灯的装置,操作孔也可省略,这样制作就更简便,保温的性能也会更好一些。

“H”形管多用实验仪器

“H”形管多用实验仪能做统编化学课本里有关的实验;①电解水;②电解食盐饱和溶液;③电解氯化铜溶液;④电镀锌;⑤电解精炼(电解铜);⑥电泳;⑦离子迁移;⑧原电池;⑨电化腐蚀(钢铁吸氧腐蚀);⑩简易气体发生器。

实验仪的特点

(1)装置简单、操作方便、现象明显、安全可靠、节省时间(各实验分别在5分钟内完成)。

(2)采用低电压(2-24V),在仪器设计时尽可能缩短极间距离,增大连通两极区的横管截面积,电极装配在“H”形管两侧。这样皆能减少溶液的内电阻,相对地形成了较强电场,从而提高了离子运动的速度。

(3)在收集气体方面作了改进,改进后的装置起到贮存和减慢气体放出的速度,以便检验气体。

(4)既可作教学过程中的演示实验,又可作边讲边实验的学生实验,还可作复习时的综合实验,起到了一管多用的效果,从而提高了仪器的利用率。

实验仪的电源

演示实验:使用J1201型,6A,2~24V。边讲边做实验:使用J1202型,2A,2~14V。

实验仪的结构

四川省巴中县中学候远贵老师设计了两种形式的“H”形管,其效果基本相同,可由使用者以制造时的条件来决定。

实验仪的应用

(1)电解水

①装置

A检验氢气装置(用滴管改制);B筒式漏斗;C检验氧气装置(用滴管改制);D胶管内装玻璃珠;E15%的硫酸溶液;F螺旋形保险丝。

②操作和现象

将水从漏斗中注入,当液面接近胶塞时,塞紧胶塞。再捏两边胶管中玻璃珠,使空气排尽,当水注满“H”形管后,接通电源,两极即有大量气泡产生,检验两边产生的气体(方法略),要严格遵守检气的操作规程。

(2)电解食盐饱和溶液

A检验氢气装置(用滴管改制);B筒式漏斗;C检验氯气装量(用滴管改制);D胶管内装玻璃珠;E热饱和食盐水(50~80℃);F碳棒电极(废乙电池碳棒,穿过胶塞,使铜导体不与溶液接触);G螺旋形铁丝电极。

②操作和现象

将热饱和食盐水从漏斗中注入,当液面接近胶塞时,塞紧胶塞,再捏两边胶管中的玻璃珠,使空气排尽,当注满“H”形管后,接通电源,两极即有大量气泡产生,检验两边产生的气体(方法略)。切断电源,于阴极区溶液滴入数滴酚酞,溶液立即变红色,说明有氢氧化钠生成。

(3)电解氯化铜溶液

A筒式漏斗;B检验氯气装置(用滴管改制);C胶管内装玻璃珠;D碳棒电极,穿过胶塞;E氯化铜饱和溶液(减少氢气的溶解)。

②操作和现象

将饱和氯化铜溶液从漏斗中注入,当液面接近胶塞时,塞紧胶塞,再捏两边胶管中的玻璃珠,使空气排尽,当注满“H”形管后,接通电源,即可见阳极有大量气泡产生。切断电源,阳极区有黄绿色气体并检验,阴极上沉积有红色铜。

使用这个仪器还可以做电镀锌、电解铜、电泳、离子迁移、原电池、电化腐蚀等实验。

三叉管在化学实验中的多种功用

在化学实验中巧妙的使用三叉管,可以做十几个实验,具有简化装置、节约药品、操作方便、直观快速等优点(图1)。曲阜师范大学化学系李秀芹老师作了具体介绍:

制取一种气体

(1)代替启普发生器制取气体

例如制取氢气(图2)。在支管A中装入几粒锌,在支管B中加入6毫升6摩/升盐酸,支管交叉处放入一团玻璃丝,塞上带导管的橡皮塞。当支管A向下,支管B向上时,盐酸和锌粒接触,即发生反应产生氢气。当支管A向上,支管B向下时,盐酸和锌粒脱离,反应停止。

这种方法也适用于制取二氧化碳、硫化氢、乙炔等气体。具有用之即来,不用则停等优点。

(2)代替烧瓶和分液漏斗装置制取气体例如制取氧气。在支管A中装入少量二氧化锰,在支管B中加入6毫升30%过氧化氢溶液,用带导管的橡皮塞塞住管口。倾斜叉形试管,使少量过氧化氢流入支管A中,即有氧气产生,支管B中剩余的溶液可在实验过程中,随时加入支管A中。

这种方法同样可以制取氯气、二氧化硫、氯化氢等气体。

两种混和气体的爆鸣实验

(1)氢氯混和气体的爆鸣

在支管A中加入2克高锰酸钾,支管B中放入几粒锌粒,管口向上固定在铁架台上(图4)。实验时,先向支管B中加入6毫升6摩/升盐酸,向支管A中加入6毫升10摩/升盐酸,在管口盖上一硬纸片,然后点烧一根镁条,在距管C2~3厘米处照射,即发生尖锐的爆鸣声。一次爆鸣后,稍停可进行第二次光照爆鸣。如果气体产生缓慢时,可用酒精灯微热。

(2)氢氧混和气体的爆鸣

将3克氯酸钾和03克二氧化锰混匀后装入支管A中,支管B中装入几粒锌粒,管口朝上固定在铁架台上(参见图4)。实验时,先向支管B中加入6毫升6摩/升盐酸,加热支管A中的氯酸钾和二氧化锰,再将中心钻有一小孔的硬纸片盖在管口,等有混和气体从小孔冒出时,用火柴点燃硬纸片上的小孔,即发生响亮的爆鸣声。一次爆鸣后,稍停可进行第二次,直至不再产生氢氧混和气体为止。

两种气体的直接反应

(1)二氧化硫和硫化氢气体的反应在支管A中装入1克亚硫酸钠,支管B中装入几小块硫化亚铁。然后向支管A中加入4毫升浓硫酸,支管B中加入4毫升6摩/升硫酸,管口盖一硬纸片,产生的二氧化硫和硫化氢气体在支管C处汇合,一会即在管壁内积聚一层淡黄色的硫。

(2)氨气和氯化氢气体的反应

在支管A中加入4毫升浓盐酸,支管B中加入4毫升浓氨水,氨气和氯化氢气体汇合产生大量白烟。用酒精灯微热盐酸和氨水,一会即在管壁上积聚一层白色固体氯化铵。

4制备合成反应的混和气体

(1)制备氢气和氮气混和气体——合成氨

在支管A中加入6毫升饱和氯化铵和亚硝酸钠溶液,支管B中放入几粒锌粒,用还原铁粉作催化剂,导管通入盛有酚酞水溶液的承接瓶中(图5)。实验时,先在支管B中加入6毫升6摩/升盐酸,支管C处放入一团脱脂棉,塞紧橡皮塞,加热催化剂至红热时,即用酒精灯微热支管A中的溶液,稍停即可看到承接瓶中滴有几滴酚酞试剂的水溶液变红。

(2)制备氧气和二氧化硫混和气体——制取硫酸

将3克氯酸钾和03克二氧化锰混匀后装入支管A中,在支管B中装入2克亚硫酸钠,用三氧化二铬作催化剂,导管分别通入盛有蒸馏水和浓硫酸的承接瓶中,尾气用氢氧化钠溶液吸收。实验时,先加热催化剂至红热,再在支管B中加入4毫升浓硫酸,支管C处放入一团脱脂棉,塞紧橡皮塞。用酒精灯加热氯酸钾和二氧化锰,一会就看到盛水的瓶中有大量白色烟雾,盛浓硫酸的瓶中白色烟雾较少,说明工业上为什么用983%的浓硫酸吸收三氧化硫。实验停止后,用氯化钡溶液检验瓶中的水溶液,有白色沉淀出现,说明反应最后生成了硫酸。

(3)制备氧气和氨气混和气体——制取销酸

将3克氯酸钾和03克二氧化锰混匀后装入支管A中,在支管B中加入6毫升1∶1的氨水,支管C处放入一团脱脂棉,塞紧橡皮塞。用三氧化二铬作催化剂,导管分别通入干燥的承接瓶和盛有紫色石蕊水溶液的瓶中。实验时,先加热催化剂至红热,再用酒精灯加热支管A中混和物,微热支管B中氨水,一会即可看到干燥的瓶中有红棕色二氧化氮气体生成,另一承接瓶中紫色石蕊水溶液变红,说明反应生成了硝酸。

容易自制的气体发生器

所需用品(除药品外)均用废品制作而成,制作时注意使眼药水瓶插入玻璃药瓶中的深度以所装块状固体(如锌粒)刚好浸没在液体中为宜。

装置特点:(1)反应不要加热;(2)反应物必有一种是液体一种是固体;(3)装置小巧,材料易找,容易制作,易于推广。

实验原理(以锌和稀硫酸反应制H2为例):打开输液夹,锌粒和稀硫酸反应产生H2;不用时关闭输液夹,玻璃药瓶内H2压力加大,将酸液压入青霉素瓶中,使酸脱离锌粒,反应即自行停止。

说明:此装置除具备启普发生器的长处外,还具有用药量少、操作简单、现象明显、安全可靠等优点,并可用来制取CO2和C2H2(乙炔)等。

侧卧加酸式无空气气体发生器

主要材料:

聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃),其抗冲击强度大,是普通无机玻璃的5-10倍左右,连续耐热性大于60℃,耐稀酸、稀碱腐蚀,高度透明,易于加工。

结构和原理:

江苏省杨州师范学院吴俊明老师的设计如图1所示,反应室①和贮酸室②通过隔板③下端的缝隙组成连通器,隔板③的两侧有导流槽。⑤为筛孔板,⑥为出气口,塞有带玻璃活塞的橡皮塞。

使用方法(以制取氢气为例):

(1)加锌:

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