李德前 李為才

摘? ? 要：在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，基于1mL注射器的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩套反應(yīng)可控的實(shí)驗(yàn)裝置可作為“固液常溫型氣體發(fā)生裝置”，也能用于“鹽酸與碳酸鈣反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)，既培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，也提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效益。

關(guān)鍵詞：1mL注射器;實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新;反應(yīng)可控;實(shí)驗(yàn)裝置

1mL注射器透明度好，密封性強(qiáng)，活塞與筒壁的摩擦力適中，材質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)良替代品。最近我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中巧用1mL注射器（見(jiàn)圖1）改進(jìn)、設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，取得了顯著的教學(xué)效果。

一、借助1mL注射器研制反應(yīng)可控的氣體發(fā)生裝置

在初中科學(xué)或化學(xué)教學(xué)中，常常要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)可以使反應(yīng)隨時(shí)發(fā)生隨時(shí)停止的氣體發(fā)生裝置，我們借助1mL注射器就設(shè)計(jì)出了反應(yīng)可控的氣體發(fā)生裝置。下面以氫氣的實(shí)驗(yàn)室制備為例，介紹該裝置的研制及使用。

（一）實(shí)驗(yàn)用品

主要是125mL錐形瓶（含配套的雙孔橡皮塞），1mL注射器，1mm×12mm的銅絲，塑料小藥瓶（在中下部的表面扎孔），導(dǎo)氣管，止水夾，錐子;稀硫酸，鋅粒。

（二）裝置的設(shè)計(jì)

1.找一個(gè)1mL注射器，抽出芯桿;在活塞頂端突出部位用尼龍線固定一段細(xì)銅絲，再將芯桿放回針筒內(nèi)（見(jiàn)圖2A）。

2.找一個(gè)塑料小藥瓶，用錐子在其中下部的表面扎出很多細(xì)孔;取一個(gè)125mL的錐形瓶及配套的雙孔橡皮塞、導(dǎo)氣管等，按圖2B所示連接好，即得反應(yīng)可控的氫氣發(fā)生裝置。

（三）裝置的使用

1.夾上止水夾，上拉注射器活塞一小段距離后松開(kāi)手，如果活塞能緩緩回到原刻度位置，則說(shuō)明該裝置不漏氣[1]。

2.打開(kāi)瓶塞，裝入藥品，再次按圖2B所示連接好實(shí)驗(yàn)裝置。

3.松開(kāi)止水夾，稍稍用力按下注射器芯桿，使小藥瓶的中下部浸入稀硫酸中，立即發(fā)生反應(yīng)（Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2↑），放出氫氣。

4.采用排水法收集氫氣（當(dāng)氣泡連續(xù)均勻冒出時(shí)才開(kāi)始收集）。

5.氣體收集完畢，夾上止水夾，同時(shí)通過(guò)注射器芯桿將塑料小藥瓶輕輕提起;當(dāng)小藥瓶完全離開(kāi)稀硫酸時(shí)，反應(yīng)即刻停止。

6.下一次需要制取氫氣時(shí)，只要再次按下注射器芯桿即可。

（四）幾點(diǎn)說(shuō)明

1.1mL注射器活塞與針筒內(nèi)壁之間的靜摩擦力在7N左右[2]，由于活塞上懸掛物的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于7N，而且氣體作用在活塞表面產(chǎn)生的向上壓力也不可能大于7N，因此本實(shí)驗(yàn)中注射器活塞不會(huì)自行上升或下落（只能通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)）。

2.本實(shí)驗(yàn)裝置也可以用來(lái)制取二氧化碳、氧氣、硫化氫、二氧化硫等氣體，還可以進(jìn)行銅與硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

二、借助1mL注射器研制“碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)裝置

現(xiàn)行滬教版初中化學(xué)教科書(shū)中“碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)裝置如圖3A所示;現(xiàn)行粵教版初中化學(xué)教科書(shū)中“碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)裝置如圖3B所示。若使用圖3A所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)向密閉的錐形瓶里注入稀鹽酸時(shí)容易發(fā)生沖塞現(xiàn)象;若使用圖3B所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，小氣球受到空氣的浮力作用，使得第二次測(cè)量值偏小。

我們借助1mL注射器，改進(jìn)了“碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)裝置。

（一）實(shí)驗(yàn)用品

主要是300mL的碳酸飲料塑料瓶（含配套的單孔橡皮塞），1mL注射器，1mm×18mm的銅絲，塑料小藥瓶（在中下部的表面扎孔），錐子;稀鹽酸，石灰石。

（二）裝置的設(shè)計(jì)

1.找一個(gè)1mL注射器，抽出芯桿;在注射器活塞頂端的突出部位，固定一段細(xì)銅絲，再將芯桿放回針筒內(nèi)。

2.找一個(gè)塑料小藥瓶，在其中下部的表面扎出一些小孔;找一個(gè)300mL的碳酸飲料塑料瓶及配套的單孔橡皮塞，按圖4所示連接好實(shí)驗(yàn)裝置，即得反應(yīng)可控的質(zhì)量守恒定律驗(yàn)證裝置。

（三）裝置的使用

1.上拉注射器活塞一小段距離后松開(kāi)手，若活塞能緩緩回到原處，則說(shuō)明裝置的氣密性良好。

2.打開(kāi)瓶塞，裝入藥品，再按圖4所示連接好實(shí)驗(yàn)裝置。

3.將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置輕輕放到托盤(pán)天平的左盤(pán)上進(jìn)行第一次稱(chēng)量，并記下稱(chēng)量值。

4.從托盤(pán)天平上取下碳酸飲料塑料瓶，稍稍用力按下注射器芯桿，使小藥瓶中下部浸入稀鹽酸中，立即發(fā)生反應(yīng)（CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑），放出二氧化碳?xì)怏w。等到全體學(xué)生都觀察到溶液中冒氣泡，即可輕輕回拉注射器芯桿，把塑料小藥瓶提起;當(dāng)小藥瓶完全離開(kāi)稀鹽酸后，反應(yīng)即刻停止。

5.接下來(lái)，把整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置輕輕放回托盤(pán)天平的左盤(pán)上，進(jìn)行第二次稱(chēng)量，并記下稱(chēng)量值。

6.兩次稱(chēng)量值完全相等，充分說(shuō)明碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)前后的總質(zhì)量保持不變。

（四）幾點(diǎn)說(shuō)明

1.PET材質(zhì)的碳酸飲料塑料瓶，其耐壓能力約為10kg/cm2～20kg/cm2，只要瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生的氣體體積不超過(guò)瓶子容積的4倍[3]，就不會(huì)爆瓶。

2.每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束，裝置無(wú)須清洗就可以繼續(xù)下一個(gè)班級(jí)的演示（重復(fù)上述操作即可）。一次添加足量的試劑，一般可以連續(xù)演示7～8次[4]。

3.本實(shí)驗(yàn)也可以使用電子天平進(jìn)行質(zhì)量的測(cè)定。

總之，1mL注射器的活塞與針筒內(nèi)壁之間的摩擦力大小恰當(dāng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中活塞可以停留在針筒內(nèi)的任一位置，有利于我們控制固、液藥品的分離或接觸（使反應(yīng)隨時(shí)發(fā)生或隨時(shí)停止），有助于學(xué)生了解啟普發(fā)生器原理，并熟悉控制化學(xué)反應(yīng)的多種方法。借助1mL注射器設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，不僅操作方便、用途廣泛，而且激活了學(xué)生的創(chuàng)新思維，豐富了中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

最后需要說(shuō)明的是，上述實(shí)驗(yàn)建議使用新的1mL注射器（單價(jià)約0.15元），如果選用廢棄的醫(yī)用注射器必須消毒后才能使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬逸群，魏海.在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和設(shè)計(jì)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[J].化學(xué)教學(xué)， 2016（10）：16-20.

[2]全國(guó)醫(yī)用注射器（針）標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB 15810-2001 一次性使用無(wú)菌注射器標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[3]扈靜晗. PET瓶在碳酸飲料中的應(yīng)用[J]. 飲料工業(yè)，2006（9）：33-36.

[4]李偉，李德前.滬教版“碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011（24）：65，72.