液封除毒集气瓶在除化学有毒气体实验中的应用

福建省晋江市英林中学(362256) 杨 萍

化学是建立在实验基础上的自然学科。化学实验，是学习化学学科的必须，也是大多数化学爱好者学习化学的动力。笔者发现，不论是在中学实验过程中，还是在初中、高中各类化学试题中，抑或是初高中化学教材中，对于有毒气体的除去，一般采用NaOH溶液吸收法除去实验过程中产生的有毒气体。可是，实验事实表明，有时候用NaOH溶液吸收有毒气体，效果并不理想。比如：铜和稀硝酸反应产生的NO有毒气体。几乎所有版本的中学化学教材都是用NaOH溶液吸收除去NO。但是，实验事实证明NaOH溶液不吸收NO。福建省武平县的蓝伟文教师就此实验，做了20多年的研究和改进。同样，Cu与浓硝酸反应产生的NO2气体，只有刚开始产生的部分NO2气体，通过导管进入NaOH溶液中被除去,之后产生的NO2气体依然留在反应容器里，最终还是排放到空气中。

可见，怎样除去实验过程中产生的有毒气体，依然是化学实验教学的难点。而液封除毒集气瓶的使用，能解决大部分实验中产生的有毒气体。本文笔者主要阐述用液封除毒集气瓶做的几个实验。

1 液封除毒集气瓶的构造和除毒原理

液封除毒集气瓶由长颈集气瓶、开口瓶盖、橡胶塞、燃烧匙、毛玻璃片5个部分组成。其中，长颈集气瓶的瓶体，是特殊设计的。瓶口由一大一小两部分组成，2个瓶口都朝上，大瓶口略微高于小瓶口，2个瓶口底部像花瓣那样紧密连接在一起。2个瓶口连接的地方，是液封集气瓶的“液封”核心部位，这个部位有2个作用。一是可以在这个地方加水或者其他液体，其目的是进行液封；二是放置开口瓶盖。加水以后再放置开口瓶盖，就起到了真正的液封效果。此外，对Cl2等有毒气体的性质实验，可以直接在液封除毒集气瓶里进行反应。

在中学化学实验室产生的大部分有毒气体是可以溶解于水的。液封用水，恰好可以溶解这些气体，起到了回收再利用的效果。如果产生了不溶于水的气体，可以把水更换成为相对应的其他溶剂或者相应的除毒试剂。小瓶口是磨口瓶口，可以放毛玻璃片，以防止毒气泄露。

2 液封除毒集气瓶的使用方法和原则

采用液封除毒集气瓶做实验的最大好处是：实现了毒气的回收利用。这不但让化学资源利用价值最大化，而且不会污染环境，还让师生的健康得到了保护。由于笔者对化学学科特别感兴趣，常常利用课余时间去实验室做化学实验。在实验中，笔者总结出来一些方法和经验，以供大家指正。

2.1 可以溶解于水的毒气回收法：制成与水反应生成相应的酸

在初中化学教材中，有空气的组成成分的实验探究。在上海教育出版社出版的教材中，此实验的方法是：把红磷放置在铜燃烧匙中，插入橡皮塞的一侧，橡皮塞的另一侧由导管连接，通入到装有水的烧杯中(实验装置见教材13页)。点燃红磷以后，马上伸入带有刻度的集气瓶中。等到集气瓶中的氧气消耗完毕以后，大气压就把烧杯中的水压进集气瓶里，集气瓶里的水大约占总体积的1/5，从而证明了空气中氧气的体积分数约为21%。这种实验方法的缺点是：实验中产生的五氧化二磷固体小颗粒有可能溢出集气瓶扩散到空气中，会对做实验的教师和前排学生的身体健康产生危害。图1和图2即是红磷在液封除毒集气瓶中燃烧的实验。图中可见五氧化二磷固体小颗粒没有外溢出来。

为了现象更加明显，笔者在实验中用了红色墨水。此实验事先要在导管中装满水，然后立即用止水夹夹紧，在大气压的作用下，导管内的水流不出来。红磷燃烧以后，反应装置内的气压减少，打开止水夹，外界大气压才可以把水压进液封除毒集气瓶，且烧杯的位置要高于液封除毒集气瓶的进口。所以，最后进入液封除毒集气瓶中水的颜色比烧杯中水的颜色浅。

此实验探究，如果改用液封除毒集气瓶。即使挥发出来五氧化二磷固体小颗粒，也会被瓶口的水吸收，从而制成低浓度的磷酸。磷酸进一步与其他物质反应，制成磷肥。实验过程中产生的有毒气体几乎被完全吸收了，不会再排放到空气中。这个实验，用液封除毒集气瓶代替一般集气瓶，橡皮塞上多打一个孔，再用导管通到水中即完成实验装置改进。

2.2 可以被氢氧化钠(或其他溶剂)吸收的有毒气体的回收原则

对于不溶解于水的有毒气体，或者在水中溶解度不大的有毒气体，中学化学实验室基本上是采用浓的氢氧化钠溶液吸收制成相应的钠盐，进而解毒。比如金属钠在Cl2中的燃烧反应，以及Cl2的其他性质的实验探究，直接在液封集气瓶的瓶口放一定量的氢氧化钠溶液即可。

这样做的好处是，在实验过程中，即使出现了Cl2的外溢，也会被瓶口的氢氧化钠溶液吸收，生成的混合液是市场上销售的漂白水。同时也让师生学习了化工生产的一些反应原理。当然，这只是化工流程的简单原理。真正的化学工业流程复杂得多，在学习过程中，学生会产生一些疑问，如：化工场地的选择、热量的重复利用、环境的保护和水源的利用等诸多因素，这都是笔者以后探索的方向。

3 液封除毒集气瓶在中学化学实验中的应用

制备新型的化学物质过程中可能产生有害气体。同样，中学化学实验室，也会产生有害气体。怎样防止这些气体逸出？怎样把这类气体转换成其他没有毒性的物质？

3.1 在气体反应物中的应用

在初中化学教材中，氧气的性质是重点。在“氧气的性质”诸多实验中，有氧气和硫磺的反应，生成了SO2有毒气体。这个实验如果在通风橱中，生成的少量SO2气体会通过通风橱排放到空气中。此刻，学生的心里一定有这样的想法：这不是污染空气了吗？在中学化学实验教学中，这样的例子还有很多。NH3的性质实验、Cl2的性质实验等。这些气体反应物，都可以用液封除毒集气瓶作反应容器。

对生成SO2的反应，如果用液封除毒集气瓶作反应容器，逸出的SO2气体会被水吸收，瓶中的SO2气体可以加水吸收制成亚硫酸,亚硫酸放置在空气中，最终生成硫酸而回收利用。在实验室中，硫酸的用量非常大。这样不但节约了成本，而且不会污染环境。

3.2 在液体反应物中的应用

不论浓硝酸还是稀硝酸，都是强的氧化剂。高中化学教材中，主要是铜和浓硝酸、稀硝酸的反应，产生的气体是NO气体和NO2气体。图3所示的实验后第二天的图片。左边的是铜和浓硝酸的反应，生成了大量的红棕色NO2气体，NO2气体溶解于反应后的混合物中，混合液的颜色明显加深。右边的是铜和稀硝酸的反应，由于集气瓶中有空气，空气中的O2和NO反应，生成了微量的NO2，被封在集气瓶中。微量的NO2没有溶解在反应后的混合物中，混合液的颜色基本上是生成的硝酸铜的蓝色。