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        實驗室制備乙烯改進(jìn)裝置

        2022-03-07 13:50:20安徽省濉溪縣第二中學(xué)235000
        中小學(xué)實驗與裝備 2022年1期
        關(guān)鍵詞:酒精燈燒瓶排風(fēng)

        安徽省濉溪縣第二中學(xué)(235000) 程 怡

        1 教具的教學(xué)意義和價值

        新一輪課程改革實施后,更加提倡學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探究式實驗,因為原有的一些教具已不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的需求,促使教師根據(jù)教學(xué)實際,改進(jìn)或研制更加符合要求的教具。同時,新科技、新工藝、新材料的不斷涌現(xiàn),也促使自制教具不斷推陳出新,成為新的成品教具的雛形[1]。

        傳統(tǒng)教具多用于教師的演示實驗,演示實驗費時長且準(zhǔn)備時間長,耽誤教師備課和上課時間,這時教師的自制教具就能發(fā)揮作用。

        成品教具可以起到普遍性的教學(xué)作用,但在教學(xué)實際中,有時還需自制教具來解決一些有針對性的教學(xué)問題。針對實驗室制備乙烯這個實驗中可能存在的安全隱患,本教具采取了相應(yīng)的解決措施,幫助教師解決了客觀存在的問題。

        實驗室制備乙烯的步驟是:①在圓底燒瓶中注入約20 mL乙醇與濃硫酸的混合液;②放入幾塊碎瓷片,以避免混合液在受熱時暴沸;③用酒精燈加熱混合液,使混合液溫度迅速上升到170 ℃;④待導(dǎo)管有均勻的氣泡時就有乙烯生成,將溫度維持在170 ℃左右,用排水集氣法收集生成的乙烯。

        實驗室中制備乙烯都是在鐵架臺上進(jìn)行的,鐵架臺功能單一,無法在實驗結(jié)束后快速地將圓底燒瓶進(jìn)行冷卻,教師在實驗結(jié)束后,需要等待較長的時間,才能等到圓底燒瓶表面溫度下降,而且在實驗過程中,圓底燒瓶是暴露在外界的,容易燙傷教師或?qū)W生,而且酒精燈也容易受到碰撞而移動,存在安全隱患。

        本著科學(xué)性、教育性、創(chuàng)新性、啟發(fā)性、安全性和綠色化原則,針對現(xiàn)有實驗的不足,本教具采用利用新工藝與傳統(tǒng)教學(xué)儀器裝置整合進(jìn)行創(chuàng)新,提供一種實驗室乙烯制備裝置,具備快速冷卻、安全性高等優(yōu)點,解決了傳統(tǒng)實驗過程中存在的安全隱患。

        2 儀器特點及用途

        ①定位框為頂部開口結(jié)構(gòu),定位框的內(nèi)壁固定包有橡膠,該結(jié)構(gòu)設(shè)置增加了酒精燈與定位框之間的摩擦力,能夠避免酒精燈從支撐板上滑落;②套環(huán)的外壁固定包有橡膠,該結(jié)構(gòu)設(shè)置可以避免教師或?qū)W生在實驗結(jié)束后取下圓底燒瓶時燙傷;③通風(fēng)圓環(huán)的外壁固定包有隔熱墊圈,隔熱墊圈的高度與通風(fēng)圓環(huán)的高度相同,起到了隔熱作用,能夠避免教師或?qū)W生被圓底燒瓶燙傷;④排風(fēng)管呈環(huán)形等距離分布,排風(fēng)管的正面均朝向通風(fēng)圓環(huán)底部的中央處,該結(jié)構(gòu)設(shè)置使得通過排風(fēng)管的風(fēng)能夠均勻地吹向圓底燒瓶的表面,繼而快速冷卻圓底燒瓶。本教具可進(jìn)行教師演示實驗“實驗室制備乙烯”或者快速安全制取乙烯。

        3 制作材料

        鐵架臺、橡膠、2個雙缺口螺絲、鐵環(huán)、鐵片、陶土網(wǎng)、硅膠管、波紋管。

        4 制作方法

        制備乙烯裝置由制備裝置和主體裝置組成。制備裝置仍然采用傳統(tǒng)裝置,向圓底燒瓶中一次性投入足量的酒精,迅速加熱至170 ℃,用導(dǎo)管導(dǎo)出生成的乙烯,用排水法收集產(chǎn)生的乙烯。主體裝置是由支撐板、定位框、橡膠墊、支撐桿、2個滑塊、連接桿、套環(huán)、隔熱墊圈、通風(fēng)圓環(huán)、通風(fēng)槽、排風(fēng)管組成,具體制作方法如下。

        (1)截取4塊橡膠(40 mm×40 mm),分別粘在鐵架臺鋼板底部四角作為防滑墊。

        (2)截取鐵片400 mm×40 mm,在上面粘上橡膠(320 mm×40 mm),做成一個酒精燈底座大小的環(huán)狀結(jié)構(gòu),作為定位框(見圖1)。橡膠作為常見的防滑材料,能增加酒精燈與定位框之間的摩擦力,能夠避免酒精燈從支撐板上滑落。

        圖1 酒精燈定位框

        (3)在鐵環(huán)(見圖2)上放1塊陶土網(wǎng)(見圖3),固定在第二滑塊處,也就是靠近鋼板底部位置。陶土網(wǎng)區(qū)別于普通的石棉網(wǎng),在此處使用的陶土網(wǎng)環(huán)保且無污染,對人體無傷害。

        圖2 鐵環(huán)

        圖3 陶土網(wǎng)

        圖4 燒瓶定位框

        (4)將1塊鐵片(500 mm×70 mm)上間隔40 mm打出一排孔(孔直徑為15 mm),作為通風(fēng)圓環(huán),里面用硅膠管作為排風(fēng)管,并在鐵皮外面粘上橡膠(400 mm×70 mm)(見圖4)。橡膠作為隔熱墊圈可避免教師或?qū)W生被燙傷。排風(fēng)管呈環(huán)形等距離分布,排風(fēng)管的正面均朝向通風(fēng)圓環(huán)底部的中央處。硅膠耐高溫度在200~300 ℃之間,考慮到本實驗最高溫度在170 ℃,因而采用硅膠這種材質(zhì)。

        (5)通風(fēng)圓環(huán)背面處其中一個小孔(孔直徑250 mm),插入波紋管,并將通風(fēng)圓環(huán)固定在套環(huán)上。通過在通風(fēng)圓環(huán)內(nèi)壁設(shè)置的排風(fēng)管以及內(nèi)部設(shè)置的通風(fēng)圓環(huán)正面設(shè)置的波紋管,使得風(fēng)機(jī)吹出的冷風(fēng)能夠通過排風(fēng)管吹向圓底燒瓶的表面,使實驗結(jié)束后的圓底燒瓶能夠快速的冷卻,方便教師對實驗裝置進(jìn)行回收和清理。

        圖5 實物圖

        (6)將燒瓶夾作為套環(huán)固定在第一滑塊處,也就是靠近鋼板頂部位置,并且在燒瓶夾上包上橡膠。用燒瓶夾的原因是能夠有效夾持圓底燒瓶,承載著圓底燒瓶上部的重量。橡膠作為常見的絕熱材料,可避免教師或?qū)W生在實驗結(jié)束后取下圓底燒瓶時燙傷。

        制作完成的教具裝置實物圖如圖5所示[2]。

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