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1、中学化学实验仪器组装及氢气制 备装置探讨 化学与生命科学学院 v内容一、实验装置的设计二、氢气制备装置探究三、玻璃装置的加工与制作一、实验装置的设计1、实验装置设计原则实验装置是实验教学的重要组成部分,设计和改进原来的实验 装置, 或设计新的实验器材，应从实验反应装置的简约性、安全性、绿色化、可重复操作等角度出发。所以，中学化学 实验装置的创新、改进也应遵循一定的原则。、围绕课程标准,联系化学课本改进和设计化学实验装置必须符合课程标准 的要求和化学课本的科学性，有助于突出重点、符合实际要求 。、力争装置简单，追求现象直观装置构造简单，易于制作，省工省料；仪器简单，操作就简便，实验现象直观明显；
2、有利于激发学生的学习兴趣，提高 课堂教学效率。、确保实验安全 ,防止环境污染中学化学涉及一些易燃易爆 、腐蚀性强及有毒气体逸出的不安全实验，因此 ，改进和设计的实验装置必须性能稳定 、 安全可靠 、用药量少 、污染性小。、提高实验趣味性 ,降低实验 “学术性 ”现在的某些中学化学实验趣味性不够，“ 学术化”倾向明显 ,操作繁琐，成功率低下，所以，中学化学实验装置的改进和 设计应体现趣味性，并能产生新奇、生动的实验现象，这有 利于发展学生的好奇心，调动学生学习的积极性。2、实验装置设计方法v化学实验装置创新设计的总体方法是从实验教学的某种需要 出发，选定课题 ,确定主攻方向 ,再通过反复试验 ,
3、直到攻克难关。通常采用的设计方法有：缺点列举法 、希望点列举法 、移植法 、组合法 等。、缺点列举法v缺点列举法是指通过发掘现有实验装置的缺陷 ,一一列举出 来 ,然后提出改进或革新的一种方法。用缺点列举法改进和设计实验装置，可按如下步骤进行：A、确定课题可以是某个化学实验的整体，也可以是局部；B、根据掌握的信息、一列举缺点可从教具的外形 、结构 、材料角度，从理化性能角度，从实验方式、方法、教师演示和学生的观察角度等方面列举。C、找出造成缺点的原因：即对列举的缺点进行分析D、提出克服缺点的各种方案E、做出新的实验器材F、对改进的实验器材和方案进行试验、评估、完善。v例如，“铁丝在氧气里燃烧实
4、验”现有装置存在如下缺点：、铁丝不易被点燃、铁丝伸入氧气瓶中的时机不易把握，过早或过迟均影响实验的成功 、铁丝伸入氧气瓶中后下插的速度不易把握，铁丝剧烈燃烧起来后，实验者难以观察到实验现象 、燃烧的产物熔化后溅落下来常会炸裂瓶底。针对以上不足，可设计如下的改进方案、将铁丝被点燃的一端在融化的石蜡中浸一下 、在集气瓶底部放一块圆形的潮湿海绵 、把绕成螺旋状的细铁丝固定在湿海绵上v改进后的实验装置如图1、希望点列举法v为了更好地进行实验教学，老师根据教学要求或希望进行实 验装置的改进，这就是希望点列举法。运用希望点列举法改 进和设计化学实验装置，可按下列步骤进行：v、确定课题 v、列出希望点v、构
5、思创新方案 v、制作新实验装置v、对创新方案进行试验、评估、完善。v例如，“氢气还原氧化铜实验 ”v 现有装置存在的问题：v、必须排完试管里的空气再加热氧化铜， 这一要求很难把握，只能凭经验操作，v 、生成的高温铜要在氢气流中得到冷却，这样会使较多的氢气直接排入空气中，增加了不安全隐患和氢气的用量 。v于是列出如下的希望点 v能够直观地显示反应前试管或玻璃管内的空气是否排完v能够把未反应的氢气收集起来 ,不直接排入空气中 v氢气的用量较少。v把粉末状的氧化铜换成烧黑的细铜丝，将试管换成已知容积 的玻璃管且密闭使用，未反应的氢气用排水法收集在洗气瓶 里，洗气瓶的短导气管与盛氧化铜的玻璃管相连，从
6、洗气瓶 长导气管中排出的水，用量筒来接收。装置见图3。v实验时流入量筒的水体积 等于或大于玻璃管容积， 则可认为玻璃管里空气基 本排完。可加热氧化铜， 实验结束，停止通入氢气 ，夹住软胶管，高温的铜 就能在充满氢气的封闭玻 璃管里得到冷却。这样改 进，上述希望点达到。、移植法v移植法是将某一实验的原理、方法 、结构、材料或 用途等移植到另一实验中，从而创造出新产品的创 新方法。v运用移植法改进设计化学实验装置，步骤如下：v1、确定课题，v2、研究范例，v3、将范例中的原理 、方法 、结构、材料 、用途等移植到课题实验中，v4、制作改进的实验装置v5、对研制实验装置和方案进行试验、评估、完善。v
7、例如 “白磷燃烧前后质量测定”v实验中，引燃白磷的方法既麻烦，又使锥形瓶在两次称 量之间敞口了一会儿，极易造成瓶内外气体发生流通，瓶 内物质的质量发生变化，从而影响实验结果的准确性。v如果不打开锥形瓶的塞子就引燃白磷，不就提高了实验 的成功率吗。通过分析 、构思，可把凸透镜移植应用到 该实验中，用凸透镜聚光性能，太阳光或红外灯泡光均可 引燃瓶内的白磷。、组合法v组合法就是将相同或不相同的事物 ,按某种关联因素经适当的组合而构成另一种新装置的创新法 。运用组合法改进和设计化学实验装置。v必须注意，组合不是简单的相加或叠加 ,它需要把已有实验装置的意图 、功能、技术和工艺等进行合理、巧妙地组合，从
8、而在科学的基础上创造出新的实验装置。v如，在 “一氧化碳还原氧化铜实验”中v将盛有氧化铜的玻璃管与盛有石灰水的洗气瓶（瓶内的短导气管加长了 一些以使二氧化碳能被石灰水充分吸收相）连接。这样组合，就把检验 和吸收二氧化碳的装置跟收集尾气 （用排石灰水法）的装置巧妙地融为 一体，从而简化了装置见图6 。v如果将有关氢氧化钠化学性质的几个实验组合成 “化学多米 诺实验 ”，装置见图7，这样处理，不仅增加了实验的趣味性，而且有利于学生对不同的化学反应进行比较、分析、归纳 和综合。几例实验装置的设计1、量气装置 2、浓硫酸的吸水性实验装置 3、碳酸钠和碳酸氢钠热稳定性的比较1、量气装置的设计在容量瓶的细
9、小部分均 匀的涂抹一层宽1-2cm融化的石蜡，先准确量 取500mL水，用移液管 加入2 mL水，用小刀划 1cm宽的记号，如此划到合适的、所需的体积然后在通风柜内，在划痕处涂上一层氟化钙和浓硫酸的混合物，放置 一天后洗净、凉干，再在记号处涂一层白漆，晾干后，除去多于的石 蜡，刻度就做好了，即为量气器。2、浓硫酸的吸水性实验： 如图：安装好仪器后，在 B 处滴加 3 4 滴的浓 H2SO4，在 A处滴加 2 滴水，用酒精灯在 A 处加热片刻，可以看到 A处的水变成水蒸气并充满 V 形侧泡反应管，停止加热后，管壁内挂满小水珠。静置约 3-4 min 后 ，B处附近的小水珠消失而其他部位仍挂着小水
10、珠，用手触摸B处 ,可以感到热。3、碳酸钠和碳酸氢钠热稳定性的比较v反应式v实验步骤v在试管底部加入固体NaHCO3，在试管的侧泡处加入固体Na2CO3。在小试管中盛约少量澄清石灰水，如上图。v 实验评价v本装置将两个实验并入一个微型装置中，减少实验仪器和药品，操作前 后连贯，实验简便快速，现象对比鲜明。几例制备装置参考 氢气制备装置1此装置是由铁架台、大试管、长颈漏 斗 、单孔橡皮塞、带活塞 的导气管 、多孔隔板。 优点： 有启普发生器的特点。稀硫酸或稀盐 酸至浸没锌粒，能使反应随时发生,也 能随时停止,易于控制实验操作，且方便快捷。二、氢气的几种实验室制备装置氢气制备装置2 多孔隔板上面放
11、锌粒, 底部损坏的试管，在烧杯中加人稀硫酸或稀盐酸至浸 锌粒。打开活塞,即可产生氢气, 当需要 反应停止时,只要关闭活塞 ,则可停止。优点： 有启普发生器的特点。稀硫酸或稀盐 酸至浸没锌粒，能使反应随时发生或 停止，易于控制实验操作，且方便快 捷。氢气制备装置3 仪器：铁架台、烧杯、干燥管、单孔 橡皮塞、带活塞的导气管优点：能控制反应随时发生和停止， 和装置2相比, 用千燥管替代了上面的 底部开口的试管，干燥管上面放锌粒, 在烧杯中加人稀硫酸或稀盐酸至浸没 锌粒, 打开活塞,即可产生氢气,当需要 反应停止时,只要关闭活塞 , 则可停止性质检验装置1 检验氢气的纯度后，点燃A处氢气，便可完成可燃
12、性与还原性 实验，为了得到蓝色火焰,可以在导管 A 处连接一段铁管。 图2-3氢气燃烧爆炸v如图2-5，将集满 H2气球悬挂起来,让燃着的火柴靠近气球,气球立即发生名于碎性爆炸。启普发生器装置的改进：氢气验满方法的探索v1、氢气不支持香燃烧但具有可燃性v把燃烧着 的香从瓶底开 口 处伸入氢气中,再取 出, 发现香未 把氢气点燃反而香被熄灭 。这说 明氢气不支持香的燃烧 ,打 开无底塑料瓶 口导管 的旋塞 , 用火柴在导管 口处将氢气点 燃 , 可见纯净的氢气在空气中安静燃烧。再用一干燥的烧杯 罩在火焰上方 , 在烧 杯内壁上有水雾产生。这说 明氢气在空气中燃烧后生成水 。装置如下图一种制备氢气
13、的新方法v一 、实验装置和操作在氢气的发生装置：启普发生器和收集装置中间加一个水洗 氢气的装置 , 将镁带用砂纸打磨掉表面的氧化膜, 放入启普 发生器的容器中, 把饱和氯化按溶液注入启普发生器的球形漏斗中，其余操作与锌粒和稀硫酸反应制备氢气相同。v二 、实验现象和化学反应原理v当饱和氯化按溶液从球形漏斗流下,淹没镁带时,反应立即发 生, 放出大量氢气和氨气，混合气体通入水洗装置, 除去了极 易溶于水的氨气, 然后导出的就是较纯净的氢气。主要化学反应 v三 、该方法的优点反应速度适中，易于控制，氢气放出平稳，易于收集，产气量充足，能满足中学有关氢气参加的实验需要。饱和氯化铵 溶液配制简便，使用安
14、全。镁带和氯化铵都是实验室常用固体试剂，非危险品，便于采购、运输、保管和使用。H2v制作方法1、玻璃管切割 2、玻璃管两端熔光：用酒精喷灯或煤油灯 3、加热玻璃管进行制作：用酒精喷灯或煤油灯 4、实验装置的组装三、玻璃装置加工与实验装置制作v酒精喷灯的使用及维护1、酒精喷灯的作用；对玻璃管加热，然后进行弯曲 ，拉制，熔烧操作等。2、酒精喷灯的构造（座式和挂式）酒精喷灯由灯管、预热管、空气调节器、预热盘、 喷气孔、灯芯、酒精壶、盖子、探针等构成。3、酒精喷灯的使用方法：a.灯管内的酒精蒸气喷口直径为0.55毫米，容易被灰粒等堵塞，堵塞后就不能引燃，所以每次使用前要检查喷口，如发现 堵塞，就应该用
15、通针把喷口刺通。b. 用漏斗把酒精倒入酒精壶。酒精的量不可超过罐内容积的 80%（约200毫升）。将盖旋紧，避免漏气。然后把灯身倾 斜70度，使灯管内的灯芯全部浸湿，以免灯芯烧焦。 c.在预热盘内少量酒精，用火柴把酒精点燃，对灯管加热（此时要转动空气调节器把入气孔调到最小），待酒精气化，从喷口喷出时，引火碗内燃烧的火焰便可把喷出的酒精蒸气点 燃。如不能点燃，也可用火柴来点燃。 d.当喷口火焰点燃后，再调节空气量，使火焰达到所需的温度。在一般情况下，进入的空气越多，也就是氧气越多，火焰 温度越高。 e.熄灭喷灯，可用事先准备的废木板平压灯管上口，火焰即可熄灭，然后垫着布旋松螺旋盖（以免烫伤），使
16、罐内温度较 高的酒精蒸气逸出。 4、酒精喷灯的工作原理v通过预热盘加热使预热管及酒精壶中的酒精汽化，壶内气压 增大，内能增加，所以燃烧温度升高。v在燃烧管中有高压的蒸气喷出，带走周围的空气，使喷气孔 附近形成负压状态，便从进风口吸入大量的空气，和酒精蒸气一起形成混合气体，由于氧气充足，燃烧充分，便得到了 较高的温度。酒精灯和酒精喷灯燃烧火焰的比较（1）容器中酒精过多 现象：点燃预热盘内的酒精后不久，喷气孔中有酒精喷出。原因：容器中酒精量超过了容器体积的2/3。 维修：向预热盘内加水后，用湿布将火熄灭，然后慢慢倒出过量的酒精。 5、酒精喷灯的常见故障及维修（2）漏气 现象：喷灯的蒸气压力小，火力减弱，叫声弱小或断断续续。 原因：螺母固定处不密封；注入孔螺母胶垫损坏； 灯壶锈蚀或硬伤造成灯体有漏孔等。 维修：可用肥皂水检查各接口处是否漏气，漏气处 有气泡。或将喷灯倒置，看有无酒精溢出，来判定 何处漏气。 若喷壶上有
