有毒气体制备及性质探究仪的设计与制作

蒋胜芝

“以实验为基础，是化学学科的基本特征之一。”[1]作为一名一线化学教师，深知实验在化学教学中给学生带来的深远意义。一个富有创意的实验，可以引起学生对实验本质的探究兴趣和对科学的憧憬，进而在内心深处埋下探究科学的种子。多年来，笔者在化学教学及实验过程中，对一些实验进行改进及创新整合，使其更利于操作和探究。

人教版九年级化学教材上册第二单元课题二《氧气》一节中，氧气具有氧化性，是通过氧气能与多种物质发生氧化反应来说明的。其中就有“硫在空气及氧气中燃烧”的实验，这一实验的传统操作方法是：先在燃烧匙里放少量的硫粉，然后将燃烧匙放在酒精灯火焰上加热，直到燃烧匙内的硫粉发生燃烧，观察硫在空气中燃烧的现象。再把盛有燃烧着的硫粉的燃烧匙缓慢伸入充满氧气的集气瓶里(氧气瓶内有少量的水，其作用是吸收生成的SO2和及时熄灭燃烧着的硫粉)，进一步观察硫在氧气中燃烧的现象(如图1所示)。

图1

一、问题的提出

1.SO2是一种无色、有刺激性气味的有毒气体。空气中SO2的浓度仅为1 ppm时，就会使人有胸部被压迫的不适感；当浓度达到8 ppm时，人就会感到呼吸困难。SO2的危害还在于它常常跟大气中的飘尘结合在一起，进入人的肺部。按传统的实验操作方法，实验过程中生成的SO2对实验者和学生有直接危害。

2.即使该实验在通风橱中进行，也只是将生成的SO2排入大气中，仍然存在污染问题，还会影响学生的观察。

3.实验过程中，瓶底少量的水仅能吸收很少的SO2，致使较多的SO2逸散到空气中，对环境造成污染。

基于以上问题，笔者多年来一直在探索既能顺利完成实验又不造成空气污染的方法。经过一次次的实验、一次次的改进，终于制作出了有毒气体制备及性质探究仪。

二、仪器结构及特点

1.仪器结构

图2

如图2所示：

1是储气罐，储有氧气，由阀门控制氧气的进入，以便观察硫粉在氧气中燃烧的现象。

2是皮老虎，可以通过它鼓入空气。

3是硫粉燃烧的发生装置。这也是该探究仪的亮点之一，注射器下端固定电热丝，可以升降，当接通电源将硫粉引燃后，可以提起，防止电热丝被氧化；鼓入的空气或氧气由导管进入装置内的聚气器，使气体在聚气器内向外溢，为燃烧匙内硫粉的充分燃烧提供条件。当皮老虎鼓入空气时，可以观察硫粉在空气中燃烧的现象，当储气罐中的氧气进入时，可以观察硫粉在氧气中燃烧的现象。整个发生装置是密闭的。

4是盛有浓氢氧化钠溶液的一级吸收装置，发生装置中生成的SO2在这里被浓氢氧化钠溶液吸收。

5是二级吸收装置，将4中未吸收完的SO2再次吸收。

6是两用气筒，可以与皮老虎配合使用(皮老虎为首端加压，两用气筒为末端减压)作为装置中气体流动的动力来源。

7是气囊，两用气筒抽出的气体中可能会有少量SO2，可用其收集。

如果增加图3装置，还可进行酸雨危害的模拟实验、SO2漂白作用的实验。将该装置放于装置3，4之间，装置3中生成的SO2进入图3的装置中将鲜花漂白，验证了SO2的漂白作用，同时也证明了酸雨对植物的危害。

图3

2.仪器特点

(1)该探究仪使用方便，反应可以随时发生、随时停止，节约高效，减少污染。

(2)现象明显，可观性强。

(3)使用范围广：初中化学硫在空气及氧气中的燃烧、SO2的漂白作用、酸雨危害的模拟实验；高中化学NO2的制备及性质探究。

(4)符合化学仪器管道化、绿色化、人文化的特点。

三、制作方法

(1)做一个能盛下3～ 4个500 mL广口瓶的底座。

(2)准备3～4个500 mL的广口瓶，每个广口瓶配10号的橡胶塞。第一个胶塞打6个孔，配一广口瓶作为气体制备装置1；第二个胶塞打3个孔，与另一个广口瓶作为性质验证装置2；第三、第四个胶塞为两孔，与另外2个广口瓶作为一、二级吸收装置3和装置4。

(3)将3～4个广口瓶用橡胶管连在一起，并在每处备有止水夹，组成有毒气体制备及性质探究仪。

(4)辅助设备：储气罐、两用气筒、尾气袋、注射器等。

四、使用方法

(1)准备：在装置1中放入适量硫粉；在性质验证装置2中放入一朵鲜花；在装置3、装置4中加入适量的浓氢氧化钠溶液，用橡胶管将储气罐以及装置1，2，3，4连接；备好两用气筒和气袋；调节好调压器(电压小于30 V)。

(2)实验：接通电源，加热电热丝，将燃烧匙中的硫粉引燃(在密闭容器中将硫粉引燃，避免SO2向空气中逸散)，然后将电热丝提起并切断电源(防止电热丝被氧化)。轻轻地鼓入适量的空气，观察硫在空气中燃烧的现象。然后关闭皮老虎，打开氧气储气罐的活塞，鼓入氧气，这时可看到硫在氧气中燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰。

(3)对比实验做完后关闭储气罐的阀门，再用皮老虎鼓入空气，同时用两用气筒在末端抽气，直到装置2内的SO2很少为止。

(4)还可以在装置3和装置4之间增加若干装置，验证酸雨对金属的腐蚀、酸雨对大理石建筑的危害等。

五、优点

(1)整个硫的燃烧过程、SO2性质的验证过程、SO2的被吸收过程，都在密闭装置中进行，符合化学自制教具的管道化、封闭化的走向特点。

(2)操作简单、现象明显、安全可行，可随时控制反应的发生和停止。

(3)材料简单、成本低，所用仪器规范，符合仪器化的特点。

(4)该探究仪知识容量大，探究功能齐全，气体发生装置还可用于空气中氧气含量的测定、质量守恒定律、燃烧条件的探究等实验。

六、拓展

该探究仪可供初中、高中化学实验使用。初中化学中“硫的燃烧”实验、“分子运动”实验以及高中化学中“NO2，H2S气体的制备”等实验。

著名的教育家苏霍姆林斯基说过：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望感到自己是一个发现者、研究者、探索者。而在儿童的精神世界中，这种需要特别强烈。”一个人如果有了积极的科学情感和旺盛的探究热情，他的能力就会提高得很快，知识面会很快拓宽与深化[2]。如果能在平时的教学活动中渗透一种思想：科学探究永无止境，科学的路上要锲而不舍，并通过各种方式将学生心灵深处的那种希望挖掘出来，激发学生的探究热情，使科学探究的种子在他们的内心深处生根、发芽。

[1]义务教育化学课程标准(2011年版)解读[M].北京:高等教育出版社,2012.

[2]钟启泉.课程的逻辑[M].上海:华东师范大学出版社,2008.