中学化学实验室制备大量氯气的恒压装置设计及应用

发布时间：2020-02-04 17:01所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

摘要:针对固体与液体反应过程中，烧瓶内气压过大导致往烧瓶中再添加液体困难，反应将无法继续进行的问题，利用高中实验室现有的仪器，设计出可实现固体与液体连续反应制备气体的实验装置。该装置可以实现固体与液体持续反应制取大量气体，进行收集和实现尾气

　　摘要:针对固体与液体反应过程中，烧瓶内气压过大导致往烧瓶中再添加液体困难，反应将无法继续进行的问题，利用高中实验室现有的仪器，设计出可实现固体与液体连续反应制备气体的实验装置。该装置可以实现固体与液体持续反应制取大量气体，进行收集和实现尾气处理，操作简便、现象明显、绿色环保。

　　关键词:固体;液体;连续反应;制备大量气体;恒压装置设计

　　一、设计缘由

　　(一)气压的问题

　　在高中化学教学中固体与液体反应加热(或不加热)制取气体的实验装置，一般是圆底固体与液体反应装置烧瓶和球形分液漏斗的组合的制取装置。[1-3]从近几年福建省普通高中学生学业基础会考化学试卷发现，制取并探究氯气的性质占了很高的分值(2016年1月，2017年6月，2018年1月各一道12分题)。

　　但是，这类装置的局限是无法做到随时添加液体，制取并收集大量气体。如高中的氯气性质实验，教材要求有铁丝、铜丝、氢气分别在氯气中燃烧等实验。因此，一个课时至少需要3个集气瓶的氯气，一个上午就是12瓶。按照课本的装置来制取并收集氯气，会发现开始时反应非常剧烈，随着反应进行，由于圆底烧瓶内气压的问题，无法再往圆底烧瓶中继续添加浓盐酸，给实验教师带来诸多不便。为了解决这个问题，就必需将分液漏斗换成恒压漏斗，使漏斗内与烧瓶内气压保持平衡，利于漏斗内的液体能顺畅地滴入烧瓶内。

　　(二)恒压漏斗的问题

　　市面上的恒压滴液漏斗[5]，下口颈较大无法与橡胶塞结合，只能使用专用的磨口圆底烧瓶(双口圆底烧瓶或三口圆底烧瓶，如图3)。[6]这样整体装置价格就较高，一般是大学有机化学实验才能使用。

　　二、实验装置设计

　　圆底烧瓶口的橡胶塞只能用3#或4#塞。在这类型号的橡胶塞上，一般只能打2个6mm-7mm的孔:一个孔必须是分液漏斗用的，另一个孔上是导气管。在原实验装置的基础上，如果添加一导管与圆底烧瓶连接，使得分液漏斗与圆底烧瓶相通，这样就可使漏斗内与烧瓶内气压始终保持平衡了。

　　三、实验步骤

　　以针头直通管式为例。实验步骤为:①检查气密性。②往圆底烧瓶中加入8g左右的高锰酸钾，分液漏斗中加入40mL浓盐酸。③打开分液漏斗的活塞，缓缓倒入浓盐酸，可以看到反应非常剧烈。关闭活塞，当反应停止时，再次打开活塞，浓盐酸会慢慢加入到烧瓶中，反应继续进行。如此反复操作，当第三个集气瓶充满了氯气时，关闭止水夹。④换上三个空的集气瓶，然后打开止水夹，打开分液漏斗活塞，浓盐酸慢慢加入到烧瓶中，反应继续进行。

　　如此反复操作，当浓盐酸全部加完时，第三个集气瓶充满了氯气时，关闭止水夹。就这样，3min就可以收集满6瓶氯气。这大大减少了实验教师准备氯气的时间，同时也节约了药品，减少了环境污染。如果要多收集几瓶氯气，只要按比例增加反应物的量，按照步骤②-④操作即可。

　　四、装置创新点

　　(一)节省经费，填补空白恒压滴液漏斗是一种大学有机化学实验的专用仪器，需要配套的烧瓶价格昂贵，不适合高中阶段实验室使用。本装置在课本的装置的基础上稍加改进，为学校节省了经费，填补了此实验装置的一项空白，解决了固液发生器类装置存在的不能连续反应的不足。

　　(二)实现连续加液功能改进后的实验装置操作简便，只需简单控制玻璃活塞，持续向烧瓶中添加液体，即可实现气体的继续产生、收集、尾气处理等操作。

　　(三)节能环保不再需要进行打开双孔橡胶塞放气的操作，来继续添加液体。既保证了反应持续进行，减少了环境污染又节约药品，还大大减少了实验教师准备实验的时间。

　　(四)用途多本实验装置除了可以用来制取并收集大量的氯气和氯水，还可以用于实验教师制取并收集大量氨气、氧气等气体。

　　参考文献:

　　[1]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书化学必修1[M].北京:人民教育出版社，2009.

　　[2]王磊.普通高中课程标准实验教科书化学必修1[M].济南:山东科技出版社，2009.

　　[3]王祖浩.普通高中课程标准实验教科书化学必修1[M]南京:江苏教育出版社，2008.

　　[4]姚松鹤.“恒压漏斗”模型制作及功能解析[J].化学教育，2010，(3):90.

　　[5]田来进等.恒压滴液漏斗的多功能利用[J].实验室研究与探索，1995，(3):76-77.

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