2019-10-14 15:56
一、铜与硝酸反应中的应用 在高中化学中，有用针筒抽取气体的实验 或是对纯度要求高的实验，这些年来几乎没有 成功做出来过。要么是装置太复杂，要么就是纯度做不到，而且实验准备费时费力，现在中惠普气体发生器制取相关实验用气。比如高 一化学必修一硝酸的性质实验，这是一个纯度 要求很高的实验，以往的各种实验都不满意
( 一) 原实验设计
所示，将铜片置于具支试 管底部，通过分液漏斗加入 2mL 浓硝酸，将产 生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中，观察实验现象。
( 二) 原实验存在的不足 用这个装置做实验一，现象明显，效果还可 以，缺点是装置比较复杂。但实验二却有明显 的缺陷，主要是以下几点:
①试管内有空气与原先生成的二氧化氮， 看不到无色的一氧化氮的生成。左边收集到的 一氧化氮，也只能说明可能是二氧化氮与水反 应的产物。
②反应结束后，反应试管内的氮氧化物会 大量逸出污染环境。
③给胶塞打孔时，一方面孔总容易打歪，另 一方面是要装分液漏斗必须严格控制孔径大 小，偶然会出现装导管的时候弄断玻管割伤手 的情况。
④实验器材多，水槽、分液漏斗、铁架台等， 满满一篮子，特别笨重。
( 三) 实验改进以简单方便又现象明显为目的，对实验二 进行实验改进。
( 1) 实验器材 铜片，西 林 瓶 ( 即 青 霉 素 瓶 5mL) ，针筒( 5mL) 2 根，软塞( 有翻边) ，稀硝酸( 2. 5mol / L) ，氢氧化钠溶液，静脉采血针 1 根( 两边有针 头) ，真空管( 即负压管 5mL) 若干。
( 2) 实验步骤
①将少量的铜片放入西林瓶，盖上有翻边 的橡皮塞( 以防止脱开) 。
②用针筒抽出西林瓶内的空气，抽 两 到 三次。
③用针筒抽取 1mL 2. 5mol /L 的稀硝酸，将 针筒中的空气排光，针头插入西林瓶。
④因西林瓶内真空，所以针筒中的稀硝酸 会自动慢慢滴入西林瓶，并产生无色一氧化氮 气体。
⑤西林瓶内扎入静脉采血针，另一头扎入 真空负压管。生成的一氧化氮就被抽入到密闭 的真空管，可以全班传看。此时加硝酸的针筒 可以用来判断真空管是否集满一氧化氮气体。 如果采集足了，针筒的活塞会自动向上移，针筒 也成为气体存储器，此时可换一个真空管，因为 一氧化氮气体被抽出，针筒内的活塞就会慢慢 向下移动。若想停止反应，可以用另一个针筒 压入少量氢氧化钠。这样就可以按要求收集三 到五罐纯度很高的一氧化氮气体。
⑥用针筒抽取部分空气，打入含一氧化氮 的真空管，可以看到气体颜色慢慢变红棕色，可 以再传给全班学生观察。
⑦如果想要看浓硝酸与铜反应，只需要把 上述的 2． 5mol /L 的稀硝酸换成 6mol /L 的浓硝 酸即可。要看二氧化氮与水的反应，只需要用 针筒向装二氧化氮的真空管压入少量水即可。
四) 改进实验的优点
①装置简单，完全不需要钻孔，橡皮塞质地 软，弹性大，直接可以用针头扎入。
②不需排水集气装置，可以采集到纯度很 高的一氧化氮与二氧化氮，反应现象明显。
③因生成的气体收集在真空管中，可以全 班传阅，也没有泄漏、污染等问题。如果只是想 收集一真空管的气体，那么不需要固定作为反 应容器的西林瓶; 但如果要制取十多罐的话，那 最好用铁架台固定，以方便操作。此时观察装 硝酸的针筒，来确定是否收集满，换真空管时动 作尽量要快。
④铜与稀硝酸的反应速度不快。如果想要 快速制取，可以改成泡沬铜( 在铜基体中充满 大量连通或不连通孔洞的新型多功能材料) 。
⑤气体发生器做气源头，减少气罐的潜在威胁；干净高效。
二、二氧化硫性质实验中的应用
( 一) 原实验设计 ［实验 1］用充有 80mL 二氧化硫的针筒吸 入 10mL 蒸馏水，用橡皮塞堵住针筒的前端。 振荡，观察针筒内气体体积的变化，然后用 pH 试纸测定二氧化硫水溶液的 pH 值。 向一支试管中加入 5mL 二氧化 硫的水溶液，滴加氯化钡溶液，再滴加 0. 5mL 过氧化氢溶液。振荡，放置片刻后加入稀盐酸， 观察实验现象。
( 二) 原实验存在的不足 ①实验 1 中用针筒吸取二氧化硫，往往无 法完成。实验 1 通常被改进成用一个矿泉水瓶 收集满足够的二氧化硫，然后加入少量水，振荡 等。看上去效果也不错，只是要组装气体发生 装置等，费时费力。 ②实验 3 难生成纯净的二氧化硫。课本本 意是收集好二氧化硫后，加入氯化钡，溶液没有 沉淀产生，生成的是亚硫酸钠，然后滴加过氧化 氢氧化而生成硫酸钠。但在实际操作过程中， 这个实验是无法完成的，因为二氧化硫水溶液 只要一接触到空气，就会有部分氧化，滴加氯化 钡一定会出现白色沉淀。
( 三) 改进实验
(四) 实验改进优点
①真空管里采集到纯的二氧化硫，在针筒 中抽满水，插入真空管，压入少量水。因为真空 管内的二氧化硫纯度很高，所以可以全部溶解 图 4 在水中，造成的负压力使针筒 中的水慢慢压入真空管。在实 验过程中稍加振荡，使气体与 水充分接触，加快溶解速率，实 验现象更明显。该实验不需要 再用针筒抽取二氧化硫这一过 程，而且现象更明显。如图 4 所示。
②实验 3，只有保证了生成的二氧化硫的 纯度，实验才能呈现出本来应该有的现象。往 收集有二氧化硫的真空管里注入氯化钡。因为 二氧化硫的纯度很高，现象上就会呈现出先没 有沉淀，后滴加双氧水后又产生沉淀的现象。 如图 5 所示。
三、结束语 此实验改进花了大约两年时间，中间经过 不断的尝试，到现在基本定型。该装置可以在 实验室里推广，不失为一个简单方便高效又环保的气体制取装置（北京中惠普气体发生器制气替代）。