半截飲料瓶在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

文章編號(hào)：1005－6629(2007)07－0016－03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

1用半截飲料瓶設(shè)計(jì)的尾氣處理裝置

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的尾氣處理裝置有四種，如圖所示。

它們各有不足，圖1和圖2裝置處理尾氣常常不完全。因?yàn)楫?dāng)氣流較大時(shí)，肯定會(huì)有氣體從漏斗邊緣或溶液中逸出，從而造成污染；圖3是用氣囊或塑料袋收集NO₂、NO、CO等尾氣，但收集滿氣體后還要再處理，而NO₂和NO氣體通常又不易被完全無害化吸收；圖4是在空氣中點(diǎn)燃尾氣CO等可燃性氣體，但存在著要注意防爆和長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)燃酒精燈的問題。針對(duì)以上不足，我們研制了新的尾氣處理裝置，它既保留了上述各處理裝置的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了不足，而且應(yīng)用范圍更廣。

1.1制作方法

將塑料可樂瓶或礦泉水瓶從中部剪斷，取上面鐘罩形部分，浸在盛有水或其它吸收劑溶液的燒杯中，頂口配一只帶導(dǎo)管的橡皮塞，有下列圖5、圖6、圖7三種形式。

1.2 應(yīng)用范圍

三種裝置可以處理多種尾氣或因反應(yīng)劇烈而猛烈噴發(fā)的有毒物質(zhì)。如圖5裝置里盛適量的水可以吸收HCl、NH₃等尾氣，它比圖1裝置效果好。圖6裝置盛NaOH溶液吸收Cl₂、SO₂、H₂S等，保證無尾氣逸出。圖7裝置處理CO等氣體比圖4裝置更加安全可靠。

1.3具體實(shí)例

1.3.1制NO₂和NO時(shí)尾氣的處理

裝置如圖8所示，銅與濃硝酸或稀硝酸反應(yīng)，可觀察到試管內(nèi)充滿紅棕色的NO₂或無色的NO氣體，氣體進(jìn)入和圖6裝置一樣的裝置內(nèi)，鐘罩上浮。反應(yīng)停止后，打開止水夾，用洗耳球從橡皮管先鼓入少量空氣，觀察試管內(nèi)氣體顏色的變化。(若試管內(nèi)原為無色的NO氣體，則立即變?yōu)榧t棕色)。然后鼓入足量空氣，將試管內(nèi)的NO₂或NO全部排入鐘罩內(nèi)，繼續(xù)通入適量的空氣進(jìn)入鐘罩以氧化NO或NO₂，使之全部溶解于水生成硝酸。若燒杯中放入NaOH稀溶液，則吸收效果更好。

1.3.2制Cl₂時(shí)尾氣的處理

氯氣有毒，其制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)較易造成環(huán)境污染，實(shí)驗(yàn)完畢后拆開裝置和清洗儀器時(shí)，裝置內(nèi)殘余氯氣也極易傷害洗滌操作人員并污染環(huán)境。而利用該處理裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，能有效地解決這些問題。

圖9為改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的裝置圖。在檢查裝置的氣密性并按要求加好藥品后，a夾子夾緊，b夾子松開。加熱反應(yīng)物并收集生成的氯氣。集滿一瓶氯氣后，將a夾子松開，b夾子關(guān)閉，這樣Cl₂進(jìn)入和圖7一樣的尾氣處理裝置，來吸收放出的Cl₂。更換集氣瓶后，松開b夾子，再收集一瓶氯氣。這樣操作可克服在換瓶過程中氯氣的逸出。

收集完Cl₂后裝置內(nèi)殘存的氣體，可以通過分液漏斗向反應(yīng)器中鼓入空氣，將Cl₂等有毒氣體全部排入尾氣處理裝置中(要求尾氣處理裝置的鐘罩足夠大)。也可以通過分液漏斗加入Na₂CO₃稀溶液，讓Na₂CO₃與容器內(nèi)殘存的酸液反應(yīng)，產(chǎn)生CO₂以排出Cl₂等有毒氣體，從而被NaOH稀溶液吸收。還可以通過分液漏斗加入適當(dāng)濃度的NaOH溶液，吸收反應(yīng)器內(nèi)殘存的有毒氣體，同時(shí)，堿溶液會(huì)與反應(yīng)器內(nèi)過量的酸溶液中和。這樣處理之后，再拆開裝置并清洗儀器，就不會(huì)造成污染。

1.3.4因反應(yīng)劇烈而猛烈噴發(fā)有毒物質(zhì)的處理

硫、磷、鈉、鐵絲、銅絲、氫氣、乙炔、蠟燭等在氯氣中燃燒；硫、磷、硫化氫等在氧氣中燃燒；硫粉與鐵粉混合加熱，蔗糖與濃硫酸的反應(yīng)等。通常都會(huì)噴出有毒氣體或煙霧，由于這類氣體或煙霧是猛烈、快速地排出，所以，用常見的尾氣處理方法難以對(duì)之進(jìn)行吸收，而用半截飲料瓶制作的圖6、圖7來處理尾氣，則能取得明顯的效果。典型的實(shí)驗(yàn)裝置圖如下：

圖10中的裝置是由250毫升吸濾瓶與尾氣處理裝置連接而成，尾氣處理裝置中盛有適量的NaOH稀溶液或水，吸濾瓶中的氣體為氯氣或氧氣，可用向上排空氣法收集。實(shí)驗(yàn)時(shí)，取下帶橡皮塞的燃燒匙，放入少量固體可燃物，在空氣中點(diǎn)燃后伸入盛Cl₂或O₂的吸濾瓶中，打開止水夾迅速塞緊橡皮塞，可看到反應(yīng)物在吸濾瓶中繼續(xù)燃燒，而尾氣被封存在裝置系統(tǒng)之內(nèi)，最終溶解于吸收劑溶液。該封閉系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，系統(tǒng)內(nèi)的壓強(qiáng)始終接近常壓，橡皮塞不會(huì)被沖開，也不會(huì)被吸入瓶中。

如果用一只彎的尖嘴玻璃管(如圖10所示)代替燃燒匙，則可以做氣體物質(zhì)燃燒的實(shí)驗(yàn)。例如，通入H₂、C₂H₂、H₂S等，在空氣中點(diǎn)燃后伸入盛氯氣的吸濾瓶中，同時(shí)打開止水夾塞緊橡皮塞，可看到它們繼續(xù)燃燒，反應(yīng)混合物(包括生成的HCl和尚未反應(yīng)的Cl₂等)排入鐘罩內(nèi)，在鐘罩上部空間里可看到氯化氫與水蒸氣形成的白霧。

圖11裝置是由250毫升錐形瓶與尾氣處理裝置連接而成，用于做蔗糖與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

2用半截飲料瓶設(shè)計(jì)的鐘式氣體發(fā)生器

常見氣體發(fā)生裝置與常見尾氣處理裝置一樣，已經(jīng)近兩百年基本沒有改型。它們的經(jīng)久不變，當(dāng)然證明了這些老裝置確實(shí)十分成功，但是在新的理念“低成本、少污染、充分利用生活中的常見用品和廢棄物”的原則指導(dǎo)下，我們對(duì)氣體發(fā)生裝置進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，設(shè)計(jì)了一組同樣用半截飲料瓶為主要材料制作的鐘式氣體發(fā)生裝置，現(xiàn)介紹如下。

2.1鐘式氫氣發(fā)生器

2.1.1制作方法

取一只空礦泉水瓶，用燒紅的細(xì)鐵絲在底部燙一些小孔，然后按圖12a中虛線所示將其剪成三截，中部棄去，下部倒轉(zhuǎn)，并在70～80℃熱水作用下使之牢固地嵌入上部鐘罩內(nèi)，如圖12b所示。為了確保它不脫落，可在熱水作用下，使外層鐘罩的下邊緣稍稍向內(nèi)收攏。然后在鐘罩頂口配一只帶導(dǎo)氣管的橡皮塞，并將其放入適當(dāng)大小和深度的大口瓶或燒杯中，即成為一個(gè)鐘式氫氣發(fā)生器，如圖12c或圖12d所示。

2.1.2實(shí)驗(yàn)步驟

(1)取下橡皮塞，向鐘罩內(nèi)放入鋅粒，使鋅粒均勻鋪散在中部有孔的隔板上，然后塞緊橡皮塞，將其放到大口瓶或燒杯中。

(2)向燒杯中加入適量1∶4的稀硫酸。

(3)打開活塞，則酸液進(jìn)入鐘罩內(nèi)并與鋅粒接觸，發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。

(4)關(guān)閉活塞，可使反應(yīng)停止。

(5)實(shí)驗(yàn)完畢，將盛有鋅粒的鐘罩從酸液中提出、洗凈，同時(shí)回收鋅粒和酸液。

2.1.3裝置優(yōu)點(diǎn)

鐘式氫氣發(fā)生器與啟普發(fā)生器的原理相一致，功能基本相同，如都可用于制取H₂、CO₂、H₂S等氣體。但它具有結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、制作更方便、操作更簡(jiǎn)便、安全性更好等優(yōu)點(diǎn)。

2.2鐘式乙炔發(fā)生器

2.2.1制作方法

取一只容積約為2升的飲料瓶，按圖13a中虛線所示剪去瓶頸，保留下面較深的大口杯形部分。再取一只容積約1升左右的飲料瓶，在其側(cè)壁接近底邊處鉆幾個(gè)小孔，如圖13b所示，然后在其頂口配一只帶導(dǎo)管的橡皮塞，放到前面制作的大口杯中即可，如圖13c所示。

2.2.2實(shí)驗(yàn)步驟(略)

通過對(duì)用半截飲料瓶制作的尾氣處理裝置和氣體發(fā)生裝置的探究，我們認(rèn)為，這些裝置改變了氣體化學(xué)實(shí)驗(yàn)的面貌，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性，提高了實(shí)驗(yàn)的可靠性及安全性。用生活中常見的材料制成的儀器做實(shí)驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)更貼近了生活，這符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念。這類教具及學(xué)具的應(yīng)用，既降低了實(shí)驗(yàn)成本，同時(shí)也減少了實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性和對(duì)環(huán)境的污染。因此，這是一類簡(jiǎn)易、安全、綠色的實(shí)驗(yàn)儀器。

參考文獻(xiàn)：

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