磁加熱攪拌器在中學化學實驗中的應用

摘要：根據磁加熱攪拌器可以在攪拌的同時進行加熱，有機化學實驗中經常應用。本文介紹了磁加熱攪拌器在中學化學實驗中的應用，并列舉了幾個案例。

關鍵詞：磁加熱攪拌器；化學實驗；乙酸乙酯制取

文章編號：1005－6629(2008)06－0005－02中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

磁加熱攪拌器可以在攪拌的同時進行加熱，有機化學實驗中經常應用。磁力攪拌器是高校有機化學的常用儀器，它是通過磁場的不斷旋轉變化來帶動容器內磁轉子隨之旋轉，從而達到攪拌目的。一般有控制攪速和線性控溫兩個裝置，因此又叫做磁加熱攪拌器?？梢栽谧詣訑嚢璧耐瑫r進行加熱，也可各自分開進行，加熱溫度范圍在室溫20℃～150℃，適用于反應物料較少，加熱溫度不高的體系。磁加熱攪拌器在實驗中有非常廣泛的應用，如環己酮、苯丙酸、乙酸乙酯等的制備和電動勢的測定等。磁加熱攪拌器加熱安全，操作方便，可以縮短反應時間，如不加熱可全封閉式攪拌。目前，已有教師將磁加熱攪拌器應用于中學化學實驗中。下面我們也列舉幾個案例：

1某些溶液的配制

1.1聚乙烯醇的溶解

筆者曾成功演示過一個吹多彩特大“肥皂泡”的趣味實驗[1]， 實驗步驟為：稱取3g聚乙烯醇(聚合度為8000-10000)放入250mL燒杯中，加入180mL水后再加熱攪拌至完全溶解，冷卻至常溫。另稱取20g十二醇硫酸鈉放入500mL燒杯中，加入200mL水，加熱到近80℃，再加入8g氯化銨，攪拌均勻。將聚乙烯醇溶液加入到十二醇硫酸鈉和氯化銨的混合液中，攪拌均勻即成高效發泡劑，裝瓶備用。最后剪一段直徑為3-5mm左右，長約80cm的硬質電線，彎曲成一個直徑為15-20cm的帶柄圓環。把高效發泡劑倒入一盤中，將電線做成的環浸入，略加攪動，輕輕拉出后即可在空中拋拉出一個個比大西瓜還要大的“肥皂泡”。

在上述實驗中需要配制聚乙烯醇溶液，由于聚乙烯醇屬于高分子化合物，分子量比較大，常溫下難以溶解，需要在加熱條件下長時間攪拌(往往需要攪拌一個多小時)，而且還容易形成不勻糊狀物影響攪拌，費時又費力。如果使用磁加熱攪拌器則可以大大縮短時間，也不會形成不勻糊狀物。其操作為：取3g聚乙烯醇于250mL燒杯中，加入180mL的去離子水，將燒杯放在磁加熱攪拌器上，加入攪拌磁子(小)進行攪拌。在攪拌過程中注意將攪拌速度由小調大控制在中速即可，溫度設置在70℃左右。在這樣的條件下聚乙烯醇完全溶解只需要40分鐘左右。

再如電泳實驗中所需要的瓊脂液等也可以采用磁加熱攪拌器攪拌加熱進行輔助溶解，同樣可做到既快，又好，又省力。

1.2 恒溫配制KNO3飽和溶液

硝酸鉀的溶解度隨溫度的波動有較大變化，如要測定某一溫度下KNO3的溶解度，就需控制溶液能較長時間恒定在該溫度。如用酒精燈等加熱，溫度往往不容易控制，另外還需要長時間攪拌。如選用磁加熱攪拌器來加熱，由于它的加熱量可以較細地調節，加上攪拌器可快速、均勻地調整溫度，故較容易獲得恒溫的KNO3溶液。另外，也可以利用磁加熱攪拌器獲得恒溫的水浴。

2用于有機物的制取反應

2.1 乙酸乙酯的制取

現行新教材中[2]作為課堂演示實驗的乙酸和乙醇的酯化反應，是以試管作為反應容器，用酒精燈加熱(反應裝置見下圖)。但是此套儀器制取乙酸乙酯需要加熱到90℃且產生的量往往較少，反應時間需要10-15分鐘，課堂演示效果不佳。

另外在有機合成中，這類合成反應應該選用水浴加熱，否則存在不安全隱患。

新教材中乙酸和乙醇的酯化反應裝置

該反應以濃硫酸作為催化劑，實驗所需溫度為70℃～80℃，化學反應方程式為：C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O

由于反應中不需再加入其他的反應物，反應體系為半封閉體系，因此可以采用磁加熱攪拌器來進行實驗。

實驗儀器：磁加熱攪拌器、250mL錐形瓶(帶雙口橡皮塞)、長直導管、250mL燒杯、溫度計、量筒。

藥品：無水乙醇、冰醋酸、濃硫酸、飽和碳酸鈉溶液

裝置：(見下圖)

實驗步驟及現象：

(1)取15mL乙醇加到250mL錐形瓶中，緩慢加入10mL的濃硫酸(邊加邊振蕩)和10mL的冰醋酸， 混合均勻， 加入攪拌磁子(小)放到磁加熱攪拌器上。

(2)打開攪拌器的開關，將攪拌速度控制在中速，溫度旋鈕調到8處。加熱到3min時，溫度上升到60℃即有芳香氣味產生，瓶口有白霧。

(3)6min后反應基本完畢，關掉磁加熱攪拌器，將混合液倒入飽和的碳酸鈉溶液中，有氣泡產生，待氣泡消失后，混合液產生明顯的分層現象，上層為無色透明的油狀液體，即乙酸乙酯層，下層為無色透明的水溶液。用分液漏斗即可分出具有芳香氣味的乙酸乙酯。

實驗分析：

采用磁加熱攪拌器可以加速乙醇分子和乙酸分子之間的碰撞使反應速度加快，且反應本身為放熱反應，大大的縮短了反應時間。磁加熱攪拌器的溫度為線性升溫，在加熱過程中溫度是逐漸升高，因此在實際的操作中也可以提前預熱攪拌器，這樣也可以縮短反應時間。另外，攪拌速度控制在中速即可。裝置中長的直導管起到冷凝回流和平衡反應體系壓強的作用，可明顯增加乙酸乙酯的產率。用飽和的碳酸鈉溶液可除去未反應完全的乙酸和硫酸等?？傊谥苽湟宜嵋阴サ难菔緦嶒炛胁捎么偶訜釘嚢杵骺墒箤嶒灛F象格外明顯，且耗時少。而且由于磁加熱攪拌器加熱時沒有明火產生，故較安全。

2.2在其他有機反應中的應用

再如現行新教材中[3]，作為課堂演示實驗的苯的硝化反應也可改在半封閉體系中進行的，該實驗溫度要求不高，在60℃左右即可，因此也可以采用磁加熱攪拌器作為加熱和攪拌裝置同時進行實驗，裝置同上述乙酸乙酯的制取。但是在反應中要注意：磁加熱攪拌器加熱時可呈線性升溫，因此要控制溫度，不要超過60℃，因為苯和濃硝酸反應溫度過高會發生副反應生成苯的多取代物，影響硝基苯的產率。可選用磁加熱攪拌器的類似有機實驗還有不少，如苯的磺化反應、硝化反應等。

3 某些無機實驗中的應用

現行多個版本的初三化學教材都提及CO2和碳酸型飲料，碳酸飲料在我們的日常生活中隨處可見，那么如何鑒定碳酸飲料中含有CO2氣體，讓學生對碳酸飲料中的CO2有直觀的認識，我們可以利用磁加熱攪拌器的升溫、攪動功能來加速CO2氣體的溢出，可較快的收集到CO2氣體。例如取市售冷飲料(如雪碧)300mL快速倒入到500mL的加入攪拌磁子的錐形瓶中，立即塞上帶有導管的橡皮塞，放在攪拌器上，打開攪拌器的開關并加熱，采用向上排空氣法1-3分鐘即可收集到足量的CO2氣體。另外，在滴定法測二氧化碳的含量時，手動攪拌會給實驗帶來不便，如采用磁加熱攪拌器進行攪拌就可以省卻很多的麻煩，同時也使滴定終點的確定更準確[4]。

總之，在中學化學實驗中，利用磁加熱攪拌器，可以提高實驗的可見度、安全性、簡易性及正確性，并縮減實驗的操作時間。

參考文獻：

[1]王程杰主編.中學化學實驗研究[M].華東師范大學出版社. 2005. 3.169.

[2]王祖浩主編. 普通高中課程標準實驗教科書—化學2(必修)[S]. 江蘇教育出版社. 2004. 67.

[3]王祖浩主編. 普通高中課程標準實驗教科書—有機化學基礎(選修)[S].江蘇教育出版社，2004.50.

[4]陳晨，沙德慧. 滴定法測定CO2的含量[J].中學化學教學參考. 2000(8-9):119.

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