■胡新文

化學(xué)儀器在實(shí)驗(yàn)中的“多材一用”

■胡新文

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，教師在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要注意引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。進(jìn)行化學(xué)儀器或裝置的教學(xué)時(shí)，就可以啟發(fā)學(xué)生思考：同一應(yīng)用的化學(xué)儀器裝置還有哪些，常見裝置可用哪種不同的儀器來替代？這樣，既可讓學(xué)生掌握一種裝置的多種用途和用法，又可掌握不同儀器的同一用法，形成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。下面，我就列舉部分常規(guī)儀器或裝置的在實(shí)驗(yàn)中的“一材多用”，從而體會這些儀器或裝置的異曲同工之妙。

一、防止倒吸裝置

在某些實(shí)驗(yàn)中，由于吸收液的倒吸，會對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生不良的影響，如玻璃儀器的炸裂、反應(yīng)試劑的污染等，因此，在有關(guān)實(shí)驗(yàn)中，師生必須采取一定的措施防止吸收液的倒吸。防止倒吸一般采用下列措施：（1）懸空式。（2）倒立漏斗式。這種裝置可以增大氣體與吸收液的接觸面積，有利于吸收液對氣體的吸收。當(dāng)易溶性氣體被吸收液吸收時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)壓強(qiáng)減少，吸收液上升到漏斗中。由于漏斗容積較大，導(dǎo)致燒杯中液面下降，使漏斗口脫離液面，漏斗中的吸收液受自身重力的作用又流回?zé)績?nèi)，從而防止吸收液的倒吸（3）肚容式。當(dāng)易溶于吸收液的氣體由干燥管末端進(jìn)入吸收液被吸收后，導(dǎo)氣管內(nèi)壓強(qiáng)減少，使吸收液倒吸進(jìn)入干燥管的吸收液本身質(zhì)量大于干燥管內(nèi)外壓強(qiáng)差，吸收液受自身重量的作用又流回?zé)瓋?nèi)，從而防止吸收液的倒吸。這種裝置與倒置漏斗很類似。（4）蓄液安全瓶式。當(dāng)吸收液發(fā)生倒吸時(shí)，倒吸進(jìn)來的吸收液被預(yù)先設(shè)置的蓄液裝置貯存起來，以防止吸收液進(jìn)入受熱儀器或反應(yīng)容器。這種裝置又稱安全瓶。（5）隔離式。氨氣溶于硫酸但不溶于四氯化碳，氨氣從導(dǎo)管進(jìn)入四氯化碳，然后再進(jìn)入硫酸中被硫酸吸收，四氯化碳起到的是隔離層的作用，因此，可防倒吸。（6）多孔球泡式。它的主要作用是使氣體與溶液的接觸面更大，使吸收或反應(yīng)更充分。將半個(gè)多孔球泡浸入液體中，可在一定程度上防止倒吸。若整個(gè)浸入，氣體溶解進(jìn)吸收液后多孔球泡不能與吸收液分離來減少負(fù)壓，這樣就不能防止倒吸。

圖1 懸空式

圖2 倒立漏斗式

圖3 肚容式

圖4 蓄液安全瓶式

圖5 隔離式

圖6 多孔球泡式

二、防止堵塞裝置

防堵塞裝置一般采用下列措施：（1）液封平衡式。由于有一根導(dǎo)氣管與外界相通但伸入到液面，起到液封的作用。所以，若裝置通暢，則液封，避免了氣體從導(dǎo)氣管的逸出，同時(shí)導(dǎo)氣管內(nèi)外的液面是相等的。若流動的氣體在前方受阻，錐形瓶內(nèi)液面下降，玻璃管中水柱上升，該裝置除了檢查堵塞之外，還可防止倒吸。（2）恒壓式。原理是用一根橡膠管將分液漏斗與燒瓶連通，使分液漏斗與燒瓶內(nèi)氣壓相同，保證漏斗中液體順利流出，如圖8。大多數(shù)有機(jī)實(shí)驗(yàn)需要在封閉的體系內(nèi)進(jìn)行，為使反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不會因滴加液體而增加，可用恒壓滴液漏斗（如圖9）解決這個(gè)問題。（3）防阻式。如圖10的干燥管、圖11用KMnO4制氧，利用棉花可以阻擋固態(tài)粉末狀的物質(zhì)，使其不進(jìn)入后邊的玻璃管內(nèi)，不至于發(fā)生阻塞。取乙炔的管口，防止泡沫堵塞試管。除此之外，棉花在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中還有一些其他用途，如：用作防止氣體的擴(kuò)散，如圖12所示。用排空氣法收集氣體時(shí),可在集氣瓶口或試管口塞一團(tuán)蓬松的棉花團(tuán),以防止被收集的與空氣形成對流，提高收集氣的純度。又如用作載體：①有些實(shí)驗(yàn)易產(chǎn)生污染性氣體或有毒氣體，為防止污染空氣，可用浸有某種試劑的棉花團(tuán)堵在試管口或?qū)夤芸谖沼泻怏w。如：用浸NaOH溶液的棉花吸收HCl、HBr、HI、H2S、Cl2、Br2、SO2、NO2等氣體。②焰色反應(yīng)時(shí)可用脫脂棉作鹽或鹽溶液的載體，沾取鹽的固體粉末或溶液放在無色火焰上灼燒，觀察焰色，做焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。再如，用作反應(yīng)物：如做纖維素的水解實(shí)驗(yàn)時(shí)，棉花是反應(yīng)物。

圖7 液封式

圖8

圖9

圖10 防阻式

圖11 高錳酸鉀制氧

圖12 收集氨氣

三、簡易啟普發(fā)生器裝置

1.工作原理。以用稀硫酸和鋅粒制取氫氣為例：打開活塞，容器內(nèi)壓強(qiáng)與外界大氣壓相同，球形漏斗內(nèi)的稀硫酸在重力作用下流到容器中，與鋅粒接觸，產(chǎn)生氫氣；關(guān)上活塞后，由于酸液繼續(xù)與鋅粒接觸，氫氣依然生成，此時(shí)容器內(nèi)部壓強(qiáng)大于外界大氣壓，壓力將酸液壓回球形漏斗，使酸液與鋅粒脫離接觸，氫氣不再產(chǎn)生。

2.使用范圍。啟普發(fā)生器是用固體與液體試劑在常溫條件（不用加熱）下起反應(yīng)制取氣體的典型裝置。如氫氣、二氧化碳、硫化氫等均可以用它來制取。但對于固體呈粉末狀或固體與液體相遇后溶解或反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生高溫者，如二氧化硫、二氧化氮等，都不適宜用此裝置制取。

3.有多種簡易裝置，如圖13、14所示。

圖13

圖14

四、測定氣體體積裝置

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中氣體體積的測定方法有兩種。（1）直接法。用排液法直接將待測氣體通入量器，排出液體的體積等于收集氣體的體積。注意讀數(shù)時(shí)要上下移動連通器一邊的管使左右兩管液面相平，目的是使氣體和外界的大氣壓相等，這樣就減小了實(shí)驗(yàn)的誤差。如圖15所示。（2）間接法。排液法收集氣體,并用量器接收液體,接收液體體積等于收集氣體體積。無論用哪種方法收集氣體,讀數(shù)時(shí),要確保集氣瓶內(nèi)壓強(qiáng)和溫度與外界相同。如圖16所示：

圖15 量氣（1）

圖16 量氣（2）

五、冷凝和冷凝回流裝置

冷凝是氣體或液體遇冷而凝結(jié)，溫度越低，冷凝速度越快，效果越好。

1.冷凝

化工生產(chǎn)中一般將低沸點(diǎn)的產(chǎn)品蒸氣經(jīng)冷凝操作后收集。一般有以下操作：（1）在承接裝置前裝冷凝管（直形或球形），如圖17所示；（2）冷水浴，如圖18所示。

2.回流

有易揮發(fā)的液體反應(yīng)物時(shí)，為了避免反應(yīng)物損耗和充分利用原料，要在發(fā)生裝置設(shè)計(jì)冷凝回流裝置，使該物質(zhì)通過冷凝后由氣態(tài)恢復(fù)為液態(tài)，從而回流并收集。實(shí)驗(yàn)室可通過在發(fā)生裝置安裝長玻璃管（圖19所示）或冷凝回流(球形或蛇形冷凝管，如圖20所示）等實(shí)現(xiàn)。

圖17

圖18

圖19

圖20

開發(fā)化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的“多材一用”，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，創(chuàng)設(shè)生動活潑的教學(xué)情景，訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用材料的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀。

（作者單位：武漢市黃陂區(qū)實(shí)驗(yàn)中學(xué)）

責(zé)任編輯 王愛民