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连续制取氨气的环保型实验装置的设计
福建省泰宁县第一中学(３５４４００) 潘祥泰
针对教学中需要制取大量的氨气时装置出现的不足,本着操作简单又容易推广的原则,利用易得的器材自制了一套快捷制取和收集氨气的实验装置,可为化学实验教师准备实验节省时间.
１ 设计缘由
１．１ 氨的喷泉实验
该实验是高中化学的经典实验,３个版本的教材中都有的实验.教材是这么描述的:“在干燥的烧瓶里充满氨气,用带有玻璃管和滴管(滴管里预先吸入水)的塞子塞紧瓶口.倒置烧瓶,使玻璃管插入盛有水的烧杯(预先在水里滴入少量酚酞溶液).轻轻挤压滴管,使少量水进入烧瓶.观察并描述现象.分析出现这一现象的原因及可能得出的结论”.做这个实验需强调两点要求:一是圆底烧瓶必须干燥,二是烧瓶必须充满氨气且不漏气.
１．２ 氨气的实验室制法
教材中将此实验内容放在氨气性质之后单独列出.表述如下:在实验室里常用氯化铵与氢氧化钙反应制取少量氨;用向下排空气法来收集并用湿润的红色石蕊试纸检验氨气是否收集满.
在教学实践中发现有以下问题.
(１)如果用教材中方法来制取和收集氨气,收满１ 瓶２５０ ml氨气至少需要５ min 的时间.
(２)常常会因为保存不善使氨气逸散而导致实验失败,因此教师在每个班上这节课时都会做１~２次“氨的喷泉实验”,这就要求实验教师在课前制备几瓶氨气备用.
(３)需要的氨气量越大,意味着消耗的药品越多,耗时越长,大试管破裂的也越多,造成的空气污染就越大,对实验教师身体健康的危害也越大.
为此,如何快速制取和收集大量的氨气,以供任课教师上课使用,是摆在化学实验教师面前的一项难题.
笔者经过多年的实验,不断的改进,设计和制作成了一套连续制取氨气的环保型实验装置,特别适用于化学实验教师临时准备大量的氨气时使用.
２ 连续制取氨气的环保型实验装置
２．１ 实验仪器与试剂
２０ml注射器、锥形的玻璃瓶(生活废弃品)、３０粒玻璃珠(目的防止液体被冲到导管口)、圆底烧瓶、玻璃导管、双孔橡胶塞、乳胶管、止水夹、三通管、小漏斗、１５０ml烧杯、５０ml小烧杯、浓氨水、氢氧化钠、酚酞试液、蒸馏水.
２．２ 仪器装置图
仪器装置图如图１所示.
２．３ 实验步骤
(１)如图１所示连接好实验装置,检验装置的气密性.
(２)锥形瓶内放入５~１０g固体氢氧化钠与３０粒玻璃珠,在注射器内装入１０~２０ ml浓氨水,大烧杯内装入２０ml水,滴入酚酞试液,放入漏斗,小烧杯内加入约１０mI左右的水,并滴加酚酞试液.
(３)打开止水夹a,关闭止水夹b,用注射器往锥形瓶中注入２ml浓氨水;当看到小烧杯内酚酞试液变红,说明氨气已收集满,当锥形瓶内反应基本结束时,关闭止水夹a,打开止水夹b,多余氨气被烧杯中的水吸收.
(４)取下圆底烧瓶用橡胶塞塞紧备用,更换一个圆底烧瓶,再更换小烧杯里的酚酞试液,重复步骤３ 继续收集氨气.一般可以收集满５~８ 瓶氨气.
(５)收集完毕,氢氧化钠的液体可以回收,再利用.
３ 实验装置的特点
３．１ 省时省器材
原氨气制备的准备工作较繁杂,实验耗时较长;改进后的实验装置,操作便利,极大地缩短了实验时间,大大缩短了实验教师准备实验的时间.
３．２ 可控性强
氢氧化钠与玻璃珠的混合,防止了氨气分解速度过快时液体被冲到导管口,用注射器来控制浓氨水的加入量,使得反应速率适中.气体收集也可以定量化,任意收集几瓶都可以.
３．３ 环保无污染
尽可能的避免了氨气排放到空气中,环保无污染,符合绿色化学的理念.
３．４ 现象明显
本实验装置可以保证烧瓶充满氨气,教师做喷泉实验的现象非常明显,喷泉后进入烧瓶内溶液的体积可达烧瓶体积９０％ 以上,实验成功率高.
３．５ 用途广泛
本实验装置不仅可以制取和收集大量的氨气,还可以用氧气、氯气、氯化氢、乙炔等不需要使用加热法制取和收集的气体.
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