藕节式气体发生器的设计及应用.doc

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1、藕节式气体发生器的设计及应用摘要：将固体与多种液体连续反应制备气体的演示装置与启普发生器固液分离设计精髓相结合，设计了藕节式气体发生器及配套装置。可实现粉末状固体反应时与液体脱离、对反应进行加热、对固体反应物进行洗涤等启普发生器所不具有的功能；可演示一氧化氮、二氧化氮、氯气等气体的制备、收集、检验、尾气处理等实验。该装置设计巧妙，具有使用方便、适用广泛等特点。关键词：启普发生器；藕节式气体发生器；实验装置设计；实验改进文章编号：10057C6629（2017）l?C0071?C04中图分类号:G633.8文献标识

2、码：B沿普发生器是屮学化学常用的制气装置，它通过控制固体与液体的接触及分离实现反应的开始和停止，设计巧妙，使用方便。但启普发生器也存在试剂消耗量大、排空时间长、浪费多、配件用途小、不适宜加热、不适宜剧烈反应等不足［1］。为了改进以上不足，根据固液分离时的相对运动状态不同，出现了液离式（图1）、固离式（图2）、固液均离式（图3）三种简易启普发生器改进类型［2］。以上三类改进后的简易启普发生器都可以实现随时控制反应的发生和停止，凝聚了广大化学教育工作者的智慧和汗水。但是，作为化学实验仪器的改进项目，设计时必须关注现象

3、的清晰性和操作的简练性，方便教师在几分钟内将实验目的、实验原理、仪器药品、操作步骤、实验结果等讲解清楚［3］。从以上改进的结果看，大部分仪器并不比以往的启普发生器简单，有的反而更复杂，在实际教学中运用效果不够理想。而且，启普发生器通过节管分离固体和液体的设计精髓未能得到借鉴和传承，是改进的一大遗憾。更重耍的是，以上改进都无法对反应物固体进行洗涤，也无法支持反应物固体与多种液体连续反应。为了解决以上不足，本文将固体与多种液体连续反应制备气体的演示装置［4］与启普发生器固液分离设计精髓相结合，设计了藕节式气体发生装置

4、。1实验仪器的设计1.1仪器组成及功能藕节式气体发生装置由藕节式气体发生器、加热套装、三角漏斗、倒扣的塑料漏斗、烧杯、铁架台等几部分组成，实验装置示意图、实物图如图4所示。其屮，藕节式气体发生器上节管为发生装置和集气装置，下节管外包裹冇硅橡胶加热套。硅橡胶加热套连接数显温控仪，用于控制加热温度。倒扣的塑料漏斗及烧杯部分属于尾气吸收?b置，也可用于部分性质实验。硅橡胶加热装置及倒扣的塑料漏斗属于选配部分，视具体反应选择对应套装。1.2藕节式气体发生器的设计以上装置中，藕节式气体发生器是整套仪器的核心部分，示意图、实

5、物图见图5。该发生器屮部是葫芦式双节管，秉承启普发生器固液分离设计精髓。上节管用于承放块状固体反应物，反应开始后气体收集在上节管，因此上节管既做发生装置乂做集气装置。下节管作为贮液装置，气体产生后，上节管液体被压入下节管，下节管液体则被压入三角漏斗。通过控制玻璃活塞1，产生的气体可以顺着耳形弯管进入导气外管，最后在烧杯中进行性质实验或者尾气处理。也可以关闭玻璃活塞1,打开玻璃活塞2,直接将气体排出做性质实验。玻璃活塞2所在的支管与耳形导管所在的平面呈90度夹角，通过旋转角度可以只正面呈现支管或者耳形导管二者之一，

6、防止干扰观察效果。实验过程中，可以通过控制玻璃活塞3实现对固体反应物的洗涤，或者让固体反应物与一种液体反应后将该液体排空继续与另一种液体反应。反应结朿后，打开玻璃活塞3,液体通过排液内管进入烧杯进行废液处理。2使用示例藕节式气体发生装置可以实现普通启普发生器及其简易装置所有功能，并能实现粉末状固体反应时与液体脱离、对反应进行加热，对固体反应物进行洗涤等沿普发生器所不具有的功能。具体应用示例如下。2.1演示固体与多种液体连续反应制备气体普通启普发生器只能演示块状固体与一种液体反应制备气体，无法实现对该固体进行洗涤或

7、者让该固体与多种液体连续反应。由于藕节式气体发生器下端设计有玻璃活塞3,且配套烧杯、倒扣漏斗等仪器，可以让固体与一种液体反应后，将该液体流出，再加入另一种液体继续与固体反应。以铜与硝酸反应为例，可以先演示铜与浓硝酸反应，制备二氧化氮后进行尾气处理；然后将浓硝酸进行稀释再与铜反应，制备并检验一氧化氮后对其进行尾气处理。(1)检验气密性：按图4将仪器装配好，关闭所有玻璃活塞，往三角漏斗中加入一定量的蒸馏水，若三角漏斗内外存在液面高度差且不变，说明气密性良好。(2)加入药品：往烧杯中加氢氧化钠溶液至没过导气外管下管口及

8、倒扣漏斗口，往发生器上节管中加入三片铜片，装上三角漏斗，打开玻璃活塞1，再往三角漏斗屮加入浓硝酸至充满瓶体，关闭玻璃活塞1。(3)收集、检验二氧化氮：固液接触、铜片参与反应，溶液变为绿色，反应产生的气体将液体压入三角漏斗中，直至液体与铜片脱离，反应停止，发生器上节管中收集有红棕色气体，根据气体颜色判断其为二氧化氮。U)稀硝酸的配制：打开玻璃活塞3,当液面下降至发生器管节处