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,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 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 ,直
3、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 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。,例如，“铁丝在氧
4、气里燃烧实验”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改进后的实验装置如图1,、希望点列举法 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： 、确定课题 、列出
5、希望点 、构思创新方案 、制作新实验装置 、对创新方案进行试验、评估、完善。,例如，“氢气还原氧化铜实验 ”现有装置存在的问题： 、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，、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 。 于是列出如下的希望点 能够直观地显示反应前试管或玻璃管内的空气是否排完 能够把未反应的氢气收集起来 ,不直接排入空气中 氢气的用量较少。,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，从洗气瓶
6、长导气管中排出的水，用量筒来接收。装置见图3。,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 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。 运用移植法改进设计化学实验装置，步骤如下： 1、确定课题， 2、研究范例， 3、将范例中的原理 、方法 、结构、材料 、用途等移植到课题实验中， 4、制作改进的实验装置 5、对研制实验装置和方案进行试验、评估、完善。,例如 “白磷燃烧前后质量测
7、定” 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。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 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。 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，从而在科学的基础上创造出新的实验装置。
8、,如，在 “一氧化碳还原氧化铜实验”中 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 。,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 在容量瓶的细小部分均匀的涂抹一层宽1-2cm融化的
9、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珠，用手触摸B处 ,可以感到热。,3、碳酸钠和碳
10、酸氢钠热稳定性的比较 反应式实验步骤 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。 实验评价 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 多孔隔板上面放锌粒, 底部损坏的试管，在烧杯中加人稀硫酸或稀盐酸
11、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
12、。 图2-3,氢气燃烧爆炸,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,1、氢气不支持香燃烧但具有可燃性 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,一种制备氢气的新方法,一 、实验装置和操作在氢气的发生装置：启普发生器和收集
13、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。 二 、实验现象和化学反应原理 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,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
14、用。,H2,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,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
15、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），使罐内温度较高的酒精蒸气逸出。,4、酒精喷灯的工作原理,通过预热盘加热使预热管及酒
16、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。 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
17、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。 若喷壶上有裂纹，则该喷灯应当报废，不可再用。,（3）灯芯焦化 现象：预热后喷灯不能自动起燃，点燃后火焰缩短且叫声小，甚至自动熄灭等。 原因：由于酒精贮量不足或是酒精上升不顺利，造成灯芯中酒精量过少，使燃烧管温度过高而烧焦。维修：灯芯焦化严重的必须彻底更换，不严重的也应把焦化的一段剪掉。具体做法是：拧下大螺母，取下预热管，拉出棉线，将已焦黑的棉线剪去或重新更换。并把管内积炭刮去，垫些石棉线，照原样装好。,（4）喷嘴堵塞 现象：预热后灯体温度很高，无叫声，无火焰喷 出；使用过
18、程中喷灯叫声突然降低或中止。 原因：喷火嘴孔径小，常因锈蚀或异物落入而出 故障。 维修：熄灭酒精喷灯后，可以将灯壶倒置敲击使异物掉出；也可用所附探针疏通；锈蚀严重者应将喷灯嘴拆下彻底清洗。必须注意：经过预热无火焰燃烧，而容器内确有酒精时，必须立即停止预热，打开加液口盖，放出蒸气。否则会由于内部压强过大而使灯壶破裂。,（5）不喷火 现象：预热点燃无蒸气火焰喷出。 原因：不喷火故障除上述喷嘴堵塞外，还有下列三点： 预热不足。预热碗内所加酒精太少。 维修：在预热碗内酒精燃烧完以后，再加些酒精，重新预热。 容器内酒精过少或未加酒精。 维修：重新加入酒精，但不允许加入过多的酒精。因为经过预热的酒精蒸气压力较大，没有它可以存留的空间，将会造成胀破容器的事故。 空气进入量不足 维修：用调整杆移动调整管的上下位置，供给火焰适当的空气。这也是调 整火焰大小的方法。,谢谢大家！,
