葛荷花

(安徽化工學(xué)校 化工教研室，安徽 安慶 246005)

現(xiàn)行教材中，很多化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在裝置不夠簡化、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯、實(shí)驗(yàn)安全性存在隱患、實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長等問題，這些影響了實(shí)驗(yàn)的效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、效率.并且，有些實(shí)驗(yàn)只關(guān)注結(jié)果和現(xiàn)象的明顯性，忽視了對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)的防護(hù)，注射器是一種在醫(yī)療中常見的儀器，它在化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)中作用的越來越被人們所重視.

1 注射器的特點(diǎn)

注射器具有以下特點(diǎn):①氣密性好且使用方法簡便易行，有上下可移動(dòng)的活塞，能經(jīng)受較高的溫度和一定的壓力，可加或減壓.而且從度量角度來講又不失具有一種計(jì)量準(zhǔn)確，好控制并可隨時(shí)調(diào)節(jié)定量的配比.②體積小，節(jié)省試劑，可靠安全，污染少，廣泛用于氣體制備與收集、微型實(shí)驗(yàn)、家庭小實(shí)驗(yàn)等，真正做到了一器多用.③在化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中透明度好，能直觀表達(dá)物質(zhì)反應(yīng)的現(xiàn)象和程度等.

2 注射器在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用的類型

針對(duì)注射器的特點(diǎn)及其在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的作用，可將注射器在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的使用類型歸納為:檢查裝置的氣密性，改變裝置內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，測(cè)量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，分液漏斗、滴管的代用品，制作簡易水電解器.

2.1 檢查裝置的氣密性

在以往的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，檢查裝置的氣密性通常使用的是加熱法.例如，用手心加熱，使容器內(nèi)的氣體膨脹，來檢查裝置的氣密性[1].雖然方便可行，但對(duì)于一些較復(fù)雜的裝置，或在寒冷的季節(jié)，或者裝置的導(dǎo)氣管較長，該方法難以保證裝置內(nèi)氣體明顯膨脹，從而影響學(xué)生對(duì)裝置氣密性的正確判斷.同樣，如果用酒精燈加熱，則不夠簡捷，比較麻煩.若用一次性注射器對(duì)裝置氣密性進(jìn)行檢查，則不僅非常方便，而且對(duì)于在低溫條件下或者比較復(fù)雜的組合裝置也非常有效.例如:

裝置一: 有一個(gè)排氣口的裝置見圖1，用一根長約15 cm的軟膠管，把導(dǎo)管末端與一次性注射器連接起來，外拉注射器活塞，如膠管變扁，就說明裝置不漏氣[2].

裝置二: 有兩個(gè)管口的裝置見圖2，從長頸漏斗口向燒瓶里注入水，并浸沒漏斗的末端，再用軟膠管把燒瓶右的導(dǎo)管末端與一次性注射器連接起來，然后推動(dòng)注射器活塞，如果長頸漏斗管內(nèi)形成一段穩(wěn)定的水柱，則說明裝置不漏氣;或者外拉注射器活塞，長頸漏斗末端產(chǎn)生氣泡，也能說明裝置不漏氣[2].

2.2 改變裝置內(nèi)的氣體壓強(qiáng)

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，往往可以利用注射器來改變裝置內(nèi)的氣體壓強(qiáng).例如，見圖3，在常壓過濾過程中，隨著漏斗中待濾液量的減少，液體所產(chǎn)生的壓強(qiáng)也隨之減少.由于濾紙表面吸附了一層固體顆粒物，所以過濾速度逐漸變慢.若改用常規(guī)抽濾，則操作較為繁瑣，另外校內(nèi)課堂也缺少自來水管.因此作如下改進(jìn)，利用注射器抽拉所產(chǎn)生的吸力，使抽濾瓶內(nèi)的氣壓減小，從而加快過濾的速度.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后，現(xiàn)象明顯，操作方便，可以不受實(shí)驗(yàn)條件的限制[3].

圖1 有一個(gè)排氣口裝置的氣密性檢查

圖2 有兩個(gè)管口裝置的氣密性檢查

2.3 測(cè)量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)

取一小顆粒的白磷(稍過量)，用濾紙吸干水分，放在玻璃注射器的頭部(頭部事先放有玻璃棉)，將活塞推到50 mL刻度處，夾緊彈簧夾.再將玻璃注射器放有白磷的部分浸沒在熱水中，可見白磷自燃，產(chǎn)生大量的白煙，這時(shí)可以看到注射器的活塞先向上移動(dòng)，隨著儀器的冷卻，白煙消失，活塞又向下移動(dòng)， 最后停止在接近40 mL刻度處.由此得出空氣中氧氣的含量[4]，如圖4所示.

2.4 分液漏斗、滴管的代用品

注射器代替分液漏斗(見圖5)，可隨時(shí)添加藥品，不斷產(chǎn)生O2.還可控制氧氣的生成速率.用注射器，取液、滴加都很方便，也可控制試劑用量和滴速，節(jié)省試劑[5].

圖3 改變裝置內(nèi)的氣體壓強(qiáng)

圖4 測(cè)量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)

圖5 分液漏斗、滴管的代用品

2.5 制作簡易水電解器

用注射器制作簡易水電解器如圖6所示.取兩支塑料注射器,拔去針?biāo)?，針頭朝上倒插入裝有待用電解水(含15%氫氧化鈉或25%稀硫酸溶液)的燒杯中，待針筒充滿水后，在兩個(gè)針頭上分別扎上一個(gè)橡皮塞堵住針管.用帶孔紙板將兩支針筒固定后，分別從下端插入用帶塑料皮銅線制做的電極(如圖6).使用時(shí)，在電極上接通12 V直流電，則兩個(gè)針筒內(nèi)分別產(chǎn)生氣體，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，從針筒的刻度上可直觀地看到陰陽兩極產(chǎn)生氣體的體積比約為2∶l.待收集一定量氣體后，即可在兩支針頭處檢驗(yàn)氣體.檢驗(yàn)時(shí)，將針筒向下按，使其中液面低于燒杯中的液面，拔去橡皮塞，分別用帶火星的木條和燃燒的木條檢驗(yàn)生成的氣體，得出水電解生成氫氣、氧氣的結(jié)論[6].

圖6 制作簡易水電解器

3 案例分析

3.1 問題提出

以注射器在銅與稀硝酸反應(yīng)中所起的作用為例，從理論上講，銅與稀硝酸發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)方程式為:3Cu+8HNO3(稀) =3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)為生成無色氣體，在試管口遇到空氣后變?yōu)榧t棕色.但傳統(tǒng)的銅與稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)直接在試管中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)操作中氣體往往在液面上就變色，即使可用排水法收集到無色的NO，也無說服力，因?yàn)镹O氣體有可能由NO2與H2O反應(yīng)生成的.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論無法吻合，給教學(xué)帶來負(fù)面影響，不能使學(xué)生們直觀地了解到這些現(xiàn)象，因此必須采用注射器在密封的容器中進(jìn)行，以對(duì)這一實(shí)驗(yàn)作必要的改進(jìn).

3.2 改進(jìn)要求

1) 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)必須達(dá)到以下要求:節(jié)約藥品，操作簡便，現(xiàn)象明顯，沒有污染.

2) 通過對(duì)“稀硝酸氧化性實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”這一實(shí)驗(yàn)，提高創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力.

3.3 實(shí)驗(yàn)方案

1) 如圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置，檢查氣密性后在干燥管中加入銅片，在燒杯中加入適量預(yù)熱的稀硝酸.

2) 打開止水夾，用注射器慢慢抽取干燥管內(nèi)的空氣，稀硝酸沿著干燥管慢慢上升，直到充滿整個(gè)干燥管，停止抽拉注射器，關(guān)閉止水夾，觀察到干燥管內(nèi)銅片溶解，且表面有氣泡產(chǎn)生，溶液上方氣體為無色，溶液變成藍(lán)色，液面下降.

3) 反應(yīng)停止后，打開止水夾，用注射器抽取干燥管內(nèi)的氣體(事先已將注射器內(nèi)原有的空氣推出)，關(guān)閉止水夾后取下注射器，并抽取一定的空氣，可觀察到有紅棕色氣體生成.

圖7 注射器在銅與稀硝酸反應(yīng)中的作用

3.4 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

此實(shí)驗(yàn)在注射器的使用下，簡單可行，操作方便，現(xiàn)象明顯，不僅能清晰地觀察到無色的NO，還能觀察到NO氣體容易被氧化成紅棕色的NO2的過程，而且可以重復(fù)使用.

4 結(jié) 論

一次性注射器是一種性能優(yōu)良的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，合理、巧妙地應(yīng)用注射器改進(jìn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝喕b置和操作，節(jié)省化學(xué)試劑，減少環(huán)境污染，獲得新的實(shí)驗(yàn)方法.

[1] 李斌. 裝置氣密性檢查方法歸納[J]. 考試:中考版，2010(1):61-62.

[2] 杜永保. 注射器在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的妙用[J]. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2010(6):31-32.

[3] 樊振宇. 注射器的妙用[J]. 化學(xué)教育，2009(3):37-39.

[4] 葛德新. 注射器在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的幾個(gè)應(yīng)用[J]. 化學(xué)教與學(xué)，2010(6):69-70.

[5] 關(guān)麗杰. 注射器的妙用[J]. 中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2011(9):50-51.

[6] 尹世波. 用注射器巧做化學(xué)實(shí)驗(yàn)[J]. 教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2000,16(5):25.