巧用1mL注射器设计反应可控的实验装置

李德前 李为才

摘    要：在化学实验教学中，基于1mL注射器的特殊结构设计的两套反应可控的实验装置可作为“固液常温型气体发生装置”，也能用于“盐酸与碳酸钙反应前后质量的测定”实验，既培养学生的创新思维，也提高实验教学的效益。

关键词：1mL注射器;实验创新;反应可控;实验装置

1mL注射器透明度好，密封性强，活塞与筒壁的摩擦力适中，材质的化学性质稳定，是化学实验的优良替代品。最近我们在实验教学中巧用1mL注射器（见图1）改进、设计化学实验，取得了显著的教学效果。

一、借助1mL注射器研制反应可控的气体发生装置

在初中科学或化学教学中，常常要求学生设计一个可以使反应随时发生随时停止的气体发生装置，我们借助1mL注射器就设计出了反应可控的气体发生装置。下面以氢气的实验室制备为例，介绍该装置的研制及使用。

（一）实验用品

主要是125mL锥形瓶（含配套的双孔橡皮塞），1mL注射器，1mm×12mm的铜丝，塑料小药瓶（在中下部的表面扎孔），导气管，止水夹，锥子;稀硫酸，锌粒。

（二）装置的设计

1.找一个1mL注射器，抽出芯杆;在活塞顶端突出部位用尼龙线固定一段细铜丝，再将芯杆放回针筒内（见图2A）。

2.找一个塑料小药瓶，用锥子在其中下部的表面扎出很多细孔;取一个125mL的锥形瓶及配套的双孔橡皮塞、导气管等，按图2B所示连接好，即得反应可控的氢气发生装置。

（三）装置的使用

1.夹上止水夹，上拉注射器活塞一小段距离后松开手，如果活塞能缓缓回到原刻度位置，则说明该装置不漏气[1]。

2.打开瓶塞，装入药品，再次按图2B所示连接好实验装置。

3.松开止水夹，稍稍用力按下注射器芯杆，使小药瓶的中下部浸入稀硫酸中，立即发生反应（Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2↑），放出氢气。

4.采用排水法收集氢气（当气泡连续均匀冒出时才开始收集）。

5.气体收集完毕，夹上止水夹，同时通过注射器芯杆将塑料小药瓶轻轻提起;当小药瓶完全离开稀硫酸时，反应即刻停止。

6.下一次需要制取氢气时，只要再次按下注射器芯杆即可。

（四）几点说明

1.1mL注射器活塞与针筒内壁之间的静摩擦力在7N左右[2]，由于活塞上悬挂物的重量远远小于7N，而且气体作用在活塞表面产生的向上压力也不可能大于7N，因此本实验中注射器活塞不会自行上升或下落（只能通过手动调节）。

2.本实验装置也可以用来制取二氧化碳、氧气、硫化氢、二氧化硫等气体，还可以进行铜与硝酸反应的实验。

二、借助1mL注射器研制“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验装置

现行沪教版初中化学教科书中“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验，反应装置如图3A所示;现行粤教版初中化学教科书中“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验，反应装置如图3B所示。若使用图3A所示装置进行实验，当向密闭的锥形瓶里注入稀盐酸时容易发生冲塞现象;若使用图3B所示装置进行实验，小气球受到空气的浮力作用，使得第二次测量值偏小。

我们借助1mL注射器，改进了“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验装置。

（一）实验用品

主要是300mL的碳酸饮料塑料瓶（含配套的单孔橡皮塞），1mL注射器，1mm×18mm的铜丝，塑料小药瓶（在中下部的表面扎孔），锥子;稀盐酸，石灰石。

（二）装置的设计

1.找一个1mL注射器，抽出芯杆;在注射器活塞顶端的突出部位，固定一段细铜丝，再将芯杆放回针筒内。

2.找一个塑料小药瓶，在其中下部的表面扎出一些小孔;找一个300mL的碳酸饮料塑料瓶及配套的单孔橡皮塞，按图4所示连接好实验装置，即得反应可控的质量守恒定律验证装置。

（三）装置的使用

1.上拉注射器活塞一小段距离后松开手，若活塞能缓缓回到原处，则说明装置的气密性良好。

2.打开瓶塞，装入药品，再按图4所示连接好实验装置。

3.将整个实验装置轻轻放到托盘天平的左盘上进行第一次称量，并记下称量值。

4.从托盘天平上取下碳酸饮料塑料瓶，稍稍用力按下注射器芯杆，使小药瓶中下部浸入稀盐酸中，立即发生反应（CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑），放出二氧化碳氣体。等到全体学生都观察到溶液中冒气泡，即可轻轻回拉注射器芯杆，把塑料小药瓶提起;当小药瓶完全离开稀盐酸后，反应即刻停止。

5.接下来，把整个实验装置轻轻放回托盘天平的左盘上，进行第二次称量，并记下称量值。

6.两次称量值完全相等，充分说明碳酸钙与盐酸反应前后的总质量保持不变。

（四）几点说明

1.PET材质的碳酸饮料塑料瓶，其耐压能力约为10kg/cm2～20kg/cm2，只要瓶内产生的气体体积不超过瓶子容积的4倍[3]，就不会爆瓶。

2.每次实验结束，装置无须清洗就可以继续下一个班级的演示（重复上述操作即可）。一次添加足量的试剂，一般可以连续演示7～8次[4]。

3.本实验也可以使用电子天平进行质量的测定。

总之，1mL注射器的活塞与针筒内壁之间的摩擦力大小恰当，实验过程中活塞可以停留在针筒内的任一位置，有利于我们控制固、液药品的分离或接触（使反应随时发生或随时停止），有助于学生了解启普发生器原理，并熟悉控制化学反应的多种方法。借助1mL注射器设计的实验装置，不仅操作方便、用途广泛，而且激活了学生的创新思维，丰富了中学化学实验教学资源。

最后需要说明的是，上述实验建议使用新的1mL注射器（单价约0.15元），如果选用废弃的医用注射器必须消毒后才能使用。

参考文献：

[1]马逸群，魏海.在实验改进和设计中培养学生的创新精神和实践能力[J].化学教学， 2016（10）：16-20.

[2]全国医用注射器（针）标准化技术委员会.GB 15810-2001 一次性使用无菌注射器标准[S]. 北京：中国标准出版社，2001.

[3]扈静晗. PET瓶在碳酸饮料中的应用[J]. 饮料工业，2006（9）：33-36.

[4]李伟，李德前.沪教版“碳酸钙与盐酸反应”实验的改进[J].中国现代教育装备，2011（24）：65，72.