注射器在H 2制取及性质探究中的微型化应用

山东省肥城市第一高级中学(271600) 贾同全

1 实验创新背景

氢气是初中化学三大重要气体之一,然而传统氢气的制取和性质实验存在如下问题。

(1)装置复杂,浪费药品。

(2)氢气具有可燃性,使用不当容易引起爆炸,让师生在实验时心存畏惧。

(3)氢气火焰颜色较浅,作为演示实验可见度较低。

现行教材中对氢气的制取和性质实验处理弱化,知识点分布比较零散,缺乏整体性,学生容易遗忘。因此,有必要在传承原实验优点的基础上,对传统实验进行改进,向着安全节约、简单实用、微型化、绿色化、趣味化的方向努力。

2 实验用品

一次性注射器、医用输液管、火柴、锌粒、稀盐酸、肥皂水等。

3 传统装置与改进装置的对比

3.1 传统装置

一般采用分液漏斗、锥形瓶(或广口瓶、试管等)以及导气管组装而成,装置相对复杂,而且要控制分液漏斗的旋塞。大的试剂瓶对药品用量的要求较大,而且实验后装置系统内会残留大量的氢气,因此药品的用量相对较大。

3.2 新型装置

采用处理干净的废弃医用注射器作为发生装置,已处理干净的废弃医用输液管作为导气装置。废弃物再利用绿色环保,且装置简单,融微型化、简单化、绿色化、生活化于一体,体现了化学实验与社会生活的联系。

4 几个探究实验的微型化应用

4.1 氢气燃烧

传统的氢气燃烧实验是将连有普通发生装置的玻璃导管的尖嘴进行点燃,在火焰的上方罩1个冷而干燥的烧杯,根据烧杯内壁产生水珠,验证反应产物为氢气。该操作由于玻璃导管连着发生装置,若点燃的氢气不纯净,容易发生爆炸,非常危险。

改进后的微型装置是用注射器针筒作为制气发生装置,在针孔连接注射器针头,在注射器针头尖嘴处点燃气体,如图1所示。铁质的针头,火力集中,防止了玻璃管中金属焰色反应的干扰,而且能够防回火,操作方便安全,现象明显。

图1 氢气燃烧实验微型化装置

4.2 氢气吹肥皂泡实验

利用传统的玻璃导管吹肥皂泡,成功率较低,原因是玻璃导管口较粗大,肥皂泡易滑动破裂而影响其形成。采用输液导管,将其吹气泡一端用剪刀剪成锯齿状,由于气流均匀,且气泡不大,会产生许多连续的肥皂泡。一些氢气泡会在空气中升起,在阳光照射下,折射出彩虹,非常漂亮,增强了实验的趣味性。

4.3 氢气爆炸实验

传统的氢气爆炸实验一般是用排水集气法,将收集到的不纯氢气进行点燃,装有氢气的塑料瓶爆炸后腾空而起,发出强烈的爆炸声,实验效果十分震撼。但是实验成功率较低,同时也存在安全隐患,操作不当会引起玻璃装置发生爆炸,十分危险。

将用微型化装置产生的氢气通入盛有肥皂水的蒸发皿中,进行点燃,会听到“噼里啪啦”的爆鸣声,实验简单有趣,安全有效,并且可做分组实验,实验效果较好。

4.4 氢气还原氧化铜实验

如图2所示,将用注射器发生装置产生的氢气连接医用输液管,将输液管膨大部分剪开,排气口朝下,检验氢气的纯度。再将在酒精灯火焰上烧至黑色的铜丝(已氧化为氧化铜)伸入到剪开的输液管膨大部分,黑色的氧化铜又变为红色,而且输液管膨大部分的内壁有水珠产生,从而证明氢气能够还原氧化铜。此装置简单易行,直观明了。

图7 氢气还原氧化铜微型化装置