葉永謙　張賢金　吳新建　葉燕珠

摘要：針對(duì)啟普發(fā)生器類(lèi)裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)一種固體與多種液體反應(yīng)或者無(wú)法在反應(yīng)前后對(duì)固體進(jìn)行洗滌的問(wèn)題，利用帶n形彎管的改進(jìn)型恒壓漏斗、三角漏斗等儀器設(shè)計(jì)出可實(shí)現(xiàn)固體與多種液體連續(xù)反應(yīng)制備氣體的演示裝置。對(duì)如何使用該演示裝置進(jìn)行了說(shuō)明，同時(shí)以鋁與冷水反應(yīng)為例作進(jìn)一步分析。該演示裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)固體的洗滌，還可以對(duì)氣體進(jìn)行收集、檢驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)尾氣處理，操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯、綠色環(huán)保。

關(guān)鍵詞：固體；多種液體；連續(xù)反應(yīng)；制備氣體；演示裝置設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1005-6629（2016）1-0074-03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

實(shí)驗(yàn)室采用固液相反應(yīng)不加熱制氣體的實(shí)驗(yàn)裝置很多，一般是啟普發(fā)生器或相關(guān)簡(jiǎn)易裝置。但是啟普發(fā)生器這類(lèi)裝置的局限就是固體只能和一種液體反應(yīng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一種固體與多種液體連續(xù)反應(yīng)或者反應(yīng)前后對(duì)固體的洗滌。如鋁與冷水反應(yīng)需要對(duì)鋁條進(jìn)行多次洗滌，就無(wú)法在該類(lèi)裝置中進(jìn)行。在該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，使用筒形分液漏斗配合三角漏斗、橡皮導(dǎo)氣管、止水夾、燒杯等作為演示裝置（見(jiàn)圖1）。其中筒形分液漏斗（見(jiàn)圖2）因裝置下端設(shè)計(jì)有玻璃活塞，可以通過(guò)控制該活塞達(dá)到多次換液的目的。但是在實(shí)際操作中，由于橡皮導(dǎo)管老化問(wèn)題，導(dǎo)致一段時(shí)間后均需更換，且止水夾對(duì)氣流的控制效果不理想。為了解決以上問(wèn)題，通過(guò)對(duì)恒壓漏斗進(jìn)行改裝，配合其他儀器，可以設(shè)計(jì)出操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯、綠色環(huán)保的裝置，用于演示固體與多種液體連續(xù)反應(yīng)不加熱制備氣體并對(duì)氣體進(jìn)行收集、檢驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)尾氣處理。

1.實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器：帶n形彎管的改進(jìn)型恒壓漏斗，三角漏斗，燒杯，鐵架臺(tái)，鐵夾，單孔橡皮塞。

其中帶n形彎管的恒壓漏斗是整套裝置的關(guān)鍵儀器，在普通恒壓漏斗（見(jiàn)圖3）的基礎(chǔ)上進(jìn)行四處改裝：一是將原來(lái)水平伸出的支管改為n形彎管，目的是為了保證液體可以充滿(mǎn)瓶體，使排液法收集到的氣體更純凈；二是在支管處多安裝了一個(gè)玻璃活塞，用于控制氣體的流速；三是下端外管不使用磨砂玻璃，直接用普通玻璃管，內(nèi)管長(zhǎng)度大于外管，防止可能的沉積物堵住外管（見(jiàn)圖4）；四是將漏斗容量定為100毫升，既保證演示效果又節(jié)約藥品。

2.實(shí)驗(yàn)裝置圖

在圖5所示實(shí)驗(yàn)裝置中，改進(jìn)后的恒壓漏斗用于盛放塊狀固體，三角漏斗用于加入液體反應(yīng)物，反應(yīng)產(chǎn)生的難溶性氣體收集在恒壓漏斗中。玻璃活塞1用于控制液體從內(nèi)玻璃管多次流出，達(dá)到固體與多種液體連續(xù)反應(yīng)或洗滌的作用。玻璃活塞2作為尾氣吸收裝置的控制開(kāi)關(guān)，用于將產(chǎn)生的氣體反復(fù)收集后通過(guò)外玻璃管通入燒杯中。通過(guò)以上裝置，可以實(shí)現(xiàn)固體與多種液體反應(yīng)并收集、檢驗(yàn)、吸收難溶性氣體，演示效果好。

3.使用說(shuō)明

3.1氣體的收集

將塊狀難溶性固體反應(yīng)物放在帶n形彎管的恒壓漏斗中，往三角漏斗中加入液體反應(yīng)物并充滿(mǎn)瓶體。反應(yīng)生成的氣體將液體壓入三角漏斗中，氣體收集在n形彎管的恒壓漏斗上部。通過(guò)三角漏斗中液面的上升可以直接觀察到有氣體的生成。

3.2可燃性氣體的驗(yàn)證

若收集到的氣體具有可燃性，可以在燒杯中加入溶有洗滌劑的水至沒(méi)過(guò)外玻璃管下管口，打開(kāi)玻璃活塞2后，三角漏斗中液面下降，將氣體壓出，并在燒杯中溶有洗滌劑的水面上形成氣泡。用燃燒的木條火焰靠近氣泡，可以觀察到氣泡燃燒起來(lái)并伴有爆鳴聲。因首次排出的氣體中混有導(dǎo)管中的空氣，爆嗚聲顯得清脆。再次關(guān)閉玻璃活塞2，待三角漏斗中液面上升到一定高度后，重復(fù)以上操作，由于此時(shí)排出的氣體較為純凈，爆嗚聲顯得沉悶。使用以上方法比直接燃燒氫氣現(xiàn)象明顯且能確保安全，直接燃燒氫氣前要先驗(yàn)純，否則可能爆炸，燃燒時(shí)也只有視覺(jué)的體驗(yàn)。而使用以上方法后，不驗(yàn)純也不會(huì)出現(xiàn)安全事故，只是爆鳴聲音更響亮而已，同時(shí)有視覺(jué)上的燃燒和聽(tīng)覺(jué)上的爆鳴聲的體驗(yàn)，學(xué)生印象更為深刻。

3.3可燃性氣體的尾氣處理

打開(kāi)玻璃活塞1，讓漏斗中液體全部流入燒杯中，關(guān)閉該活塞。再打開(kāi)玻璃活塞2，往三角漏斗中緩慢加入蒸餾水，將瓶體中的氣體全部趕入燒杯中在液面上形成氣泡，再用燃燒的木條火焰將氣泡全部燃燒掉。

3.4有毒氣體的尾氣處理

如收集到的氣體有毒，必須進(jìn)行吸收處理，可在燒杯中裝吸收液至沒(méi)過(guò)外玻璃管下管口，打開(kāi)玻璃活塞2控制氣體流速，使氣體緩慢進(jìn)入燒杯中的吸收液，確保完全吸收。

3.5固體的洗滌或液體的稀釋

如固體反應(yīng)物需用溶液進(jìn)行前期處理（如必須洗滌后再與其他液體反應(yīng)），可通過(guò)兩個(gè)玻璃活塞進(jìn)行控制。如液體反應(yīng)物反應(yīng)一段時(shí)間后必須加水稀釋再演示，可以先打開(kāi)玻璃活塞1讓濃溶液流出一部分，關(guān)閉該活塞后再往三角漏斗中加蒸餾水進(jìn)行稀釋。

4.使用實(shí)例

演示鋁與冷水反應(yīng)生成氫氣，并實(shí)現(xiàn)氫氣的收集、檢驗(yàn)和尾氣處理（見(jiàn)圖6）。

4.1檢驗(yàn)氣密性

按圖6將儀器安裝好后，關(guān)閉玻璃活塞1、2，往三角漏斗中加入一定量水，若三角漏斗內(nèi)外存在液面高度差且不變，說(shuō)明氣密性良好。

4.2鋁條的處理

往燒杯中加入溶有洗滌劑的飽和硫化鈉（因部分氧化為單質(zhì)硫呈黃色）至沒(méi)過(guò)外玻璃管下管口，關(guān)閉玻璃活塞1，打開(kāi)玻璃活塞2，往帶n形彎管的恒壓漏斗中加入鋁片，裝上三角漏斗，往三角漏斗中加入5%氯化汞溶液充滿(mǎn)瓶體，關(guān)閉玻璃活塞2。

4.3氯化汞溶液的處理

當(dāng)觀察到鋁條與氯化汞溶液劇烈反應(yīng)時(shí)，立即打開(kāi)玻璃活塞1，使溶液全部流入硫化鈉溶液中形成硫化汞沉淀。由于飽和硫化鈉中有單質(zhì)硫存在，可以與流出的單質(zhì)汞反應(yīng)生成硫化汞。

4.4鋁條的洗滌

待漏斗中溶液全部流出后，往漏斗中加入蒸餾水洗滌鋁條，反復(fù)三次。

4.5鋁與水反應(yīng)及氫氣的收集

鋁條洗滌后，關(guān)閉玻璃活塞1，往三角漏斗中加入蒸餾水至充滿(mǎn)瓶體，關(guān)閉玻璃活塞2。鋁與蒸餾水反應(yīng)，表面有氣泡冒出，溶液變白色渾濁，產(chǎn)生的無(wú)色氣體將溶液壓入三角漏斗中。

4.6檢驗(yàn)氫氣

打開(kāi)玻璃活塞2，三角漏斗中液面下降，將氫氣壓出，并在燒杯液面上形成氣泡。用燃燒著木條火焰靠近氣泡，氣泡燃燒起來(lái)并伴有清脆爆嗚聲。再次關(guān)閉玻璃活塞2，待三角漏斗中液面上升到一定高度后，重復(fù)以上操作，由于所得氫氣較為純凈，爆鳴聲顯得沉悶。

4.7尾氣處理

方法與使用說(shuō)明相同。

5.裝置優(yōu)點(diǎn)

使用本裝置對(duì)固體與多種液體連續(xù)反應(yīng)不加熱制備氣體進(jìn)行演示，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

5.1填補(bǔ)空白

目前實(shí)驗(yàn)室尚無(wú)此類(lèi)裝置，填補(bǔ)了演示裝置的一項(xiàng)空白，解決了啟普發(fā)生器類(lèi)裝置及筒形分液漏斗連接橡皮導(dǎo)管存在的不足。

5.2現(xiàn)象明顯

通過(guò)三角漏斗中液面的上升直觀感受難溶性氣體的生成，通過(guò)可燃性氣體形成的氣泡的燃燒和爆嗚聲，對(duì)學(xué)生形成視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上的沖擊。

5.3操作簡(jiǎn)便

只需簡(jiǎn)單控制玻璃活塞，即可實(shí)現(xiàn)氣體的產(chǎn)生、收集、檢驗(yàn)、尾氣處理和固體的洗滌、液體的稀釋等操作。整個(gè)實(shí)驗(yàn)一氣呵成，演示時(shí)間一般不超過(guò)五分鐘，適合在課堂上演示。

5.4綠色環(huán)保

帶n形彎管的恒壓漏斗容積設(shè)計(jì)為100毫升，既保證演示效果又節(jié)約藥品，下端外玻璃管浸入燒杯中的溶液可用于有毒氣體的有效吸收。