運用針筒進行化學演示實驗
針筒不僅具有刻度,且能造成一個封閉體係,它具有一般化學儀器所不能代替的特點。運用針筒進行化學實驗,尤其涉及氣態物質、假如氣體有毒的話,還能消除其對空氣的汙染,提高實驗效果。因此開展針筒化學實驗,是提高中學化學實驗教學質量的一條值得探索的途徑。華東師大第二附中程桐蓀、王運生老師就一些典型實驗介紹了做法。
定量證明氣體參加反應前後的體積比關係:
(1)二氧化碳與過氧化鈉的反應
取100毫升針筒一個,收集純淨、幹燥的CO2氣體100毫升,連結插有溫度計並盛有Na2O2的U形管,另一端連結一個100毫升的針筒,若在室溫時進行操作,當將CO2慢慢推入U形管接觸到Na2O2時,能看到U形管中的淡黃色過氧化鈉逐漸變為白色碳酸鈉。同時酒精溫度計的紅色液柱逐漸升高,反應中產生的氣體能使另一針筒徐徐自動推開。約經3分鍾時間,當推完40毫升CO2氣體時,另一邊針筒中的氣體體積可增至20毫升,溫度可升至接近90℃。取下針筒檢驗其產生的氣體,能使帶餘燼的木條複燃,顯然是氧氣。證明發生了如下反應:
Na2O2+2CO2=Na2CO3+O2即2體積CO2氣體參加反應,可以得到1體積氧氣,實驗全過程現象非常明顯,既可證明反應前後消耗CO2與產生O2的體積比關係,又能直觀顯示反應的熱效應。
(2)一氧化氮與氧氣的反應
2NO+O2=2NO2上列反應式中各氣體的體積比應為2:1:2,用50毫升針筒收集純淨、幹燥的NO氣體40毫升,套上橡皮帽。將另一收集好純淨、幹燥20毫升O2的針筒,套上針頭,插入NO氣體針筒上的橡皮帽,慢慢將O2推入,立即可見針筒內氣體由無色變為棕色,表明兩者已經發生了反應。但按反應式2NO+O2=2NO2可知,反應前後氣體的體積比應為2:1:2。由於上述反應為放熱反應,故能自動地進行到底。也就是說,將20毫升O2全部推入40毫升NO中,兩者將全部化合而生成40毫升NO2,即反應前後氣體的體積將保持不變。奇怪的是隨著棕色氣體的形成,氣體的體積逐漸縮小。待推完20毫升O2時,棕色氣體的體積約縮為24毫升。氣體體積為什麼會縮小?原來在常溫常壓條件下,針筒中發生了NO2進一步聚合為N2O4的反應,即2NO+O2=2NO2N2O4因此可以認為氣體產物中含有NO2與N2O4兩種物質。根據上列實驗數據我們還可求算混和氣體中N2O4的百分含量:設χ為N2O4的百分含量2NO2N2O440(1-x)20x40(1-x)+20x=24所以混和氣體中N2O4的百分含量x=08或80%,NO2百分含量為20%,實驗測得結果與文獻數據相符(參見嚴誌弦編無機化學)。
上述這個反應隻有進行針筒實驗,才能揭示氣體產物NO2進一步聚合為N2O4的細節,實驗過程不僅可以表現NO易被氧化的性質,且能表現NO2雙分子聚合特性。這種較為複雜的實驗現象能激起學生積極思考與探索,對學生智能的培養與開發能起到一定的作用。
運用針筒的封閉體係進行毒性氣體的性質試驗
(1)碘化氫對熱穩定性試驗
由於碘化氫易被氧化,收集貯存較為困難,如果將HI收集在針筒裏進行實驗,能取得較好的效果。我們的做法是取針筒收集HI氣體約50毫升,套好橡皮帽,用比針頭孔略細的鉛絲插在軟木塞上隨即卸下HI針筒的橡皮帽,將鉛絲頂端稍擱在針管口中,將後段鉛絲在酒精燈焰上燒至紅熱,迅速將紅熱的鉛絲伸進針筒,即可見到紫黑色的帶有光澤的單質碘析出,現象極其明顯。2HI△H2+I2。在操作過程中,當鉛絲伸進針筒之後,隨即將軟木塞頂住針頭孔,避免HI逸出。
(2)氯氣與碘化氫氣體的置換反應
取50毫升針筒兩個,分別收集大約40毫升HI氣體與20毫升Cl2,前者套上橡皮帽後者套上針頭,將Cl2注入使之與HI反應,立即可觀察到HI針筒內紫色碘遊離出來,證明發生了下列反應:2HI+Cl2=2HCl+I2。
多用微型氣體發生器
製作
西北輕工業學院附中郝玉潔老師介紹其方法是:
用兩支塑料眼藥瓶,其中一支去底,上端剪一小孔作為上管。另一支上端剪孔後緊插入橡皮塞中作為下管。兩管通過橡皮塞緊密相連,便製成一個多用微型氣體發生器。
根據製取氣體不同,上管上端可用15厘米長的乳膠管接上玻璃尖嘴或注射針頭。
使用方法
上管裝入塊狀固體反應物,下管吸入液體反應物,緊接後擠壓下管,下管液體上升,固液反應物接觸,反應進行。產生的氣體由上管尖嘴排出,鬆開手液體回流到下管,反應停止。