半截饮料瓶在中学化学实验中的应用
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文章编号：1005－6629(2007)07－0016－03 中图分类号：G633.8 文献标识码：C
中学化学实验中常见的尾气处理装置有四种，如图所示。
它们各有不足，图1和图2装置处理尾气常常不完全。因为当气流较大时，肯定会有气体从漏斗边缘或溶液中逸出，从而造成污染；图3是用气囊或塑料袋收集NO2、NO、CO等尾气，但收集满气体后还要再处理，而NO2和NO气体通常又不易被完全无害化吸收；图4是在空气中点燃尾气CO等可燃性气体，但存在着要注意防爆和长时间点燃酒精灯的问题。针对以上不足，我们研制了新的尾气处理装置，它既保留了上述各处理装置的优点，又弥补了不足，而且应用范围更广。
1.1制作方法
将塑料可乐瓶或矿泉水瓶从中部剪断，取上面钟罩形部分，浸在盛有水或其它吸收剂溶液的烧杯中，顶口配一只带导管的橡皮塞，有下列图5、图6、图7三种形式。
1.2 应用范围
三种装置可以处理多种尾气或因反应剧烈而猛烈喷发的有毒物质。如图5装置里盛适量的水可以吸收HCl、NH3等尾气，它比图1装置效果好。图6装置盛NaOH溶液吸收Cl2、SO2、H2S等，保证无尾气逸出。图7装置处理CO等气体比图4装置更加安全可靠。
1.3具体实例
1.3.1制NO2和NO时尾气的处理
装置如图8所示，铜与浓硝酸或稀硝酸反应，可观察到试管内充满红棕色的NO2或无色的NO气体，气体进入和图6装置一样的装置内，钟罩上浮。反应停止后，打开止水夹，用洗耳球从橡皮管先鼓入少量空气，观察试管内气体颜色的变化。(若试管内原为无色的NO气体，则立即变为红棕色)。然后鼓入足量空气，将试管内的NO2或NO全部排入钟罩内，继续通入适量的空气进入钟罩以氧化NO或NO2，使之全部溶解于水生成硝酸。若烧杯中放入NaOH稀溶液，则吸收效果更好。
1.3.2制Cl2时尾气的处理
氯气有毒，其制备和性质实验较易造成环境污染，实验完毕后拆开装置和清洗仪器时，装置内残余氯气也极易伤害洗涤操作人员并污染环境。而利用该处理装置对实验进行改进，能有效地解决这些问题。
图9为改进后的实验室制取氯气的装置图。在检查装置的气密性并按要求加好药品后，a夹子夹紧，b夹子松开。加热反应物并收集生成的氯气。集满一瓶氯气后，将a夹子松开，b夹子关闭，这样Cl2进入和图7一样的尾气处理装置，来吸收放出的Cl2。更换集气瓶后，松开b夹子，再收集一瓶氯气。这样操作可克服在换瓶过程中氯气的逸出。
收集完Cl2后装置内残存的气体，可以通过分液漏斗向反应器中鼓入空气，将Cl2等有毒气体全部排入尾气处理装置中(要求尾气处理装置的钟罩足够大)。也可以通过分液漏斗加入Na2CO3稀溶液，让Na2CO3与容器内残存的酸液反应，产生CO2以排出Cl2等有毒气体，从而被NaOH稀溶液吸收。还可以通过分液漏斗加入适当浓度的NaOH溶液，吸收反应器内残存的有毒气体，同时，碱溶液会与反应器内过量的酸溶液中和。这样处理之后，再拆开装置并清洗仪器，就不会造成污染。
1.3.4因反应剧烈而猛烈喷发有毒物质的处理
硫、磷、钠、铁丝、铜丝、氢气、乙炔、蜡烛等在氯气中燃烧；硫、磷、硫化氢等在氧气中燃烧；硫粉与铁粉混合加热，蔗糖与浓硫酸的反应等。通常都会喷出有毒气体或烟雾，由于这类气体或烟雾是猛烈、快速地排出，所以，用常见的尾气处理方法难以对之进行吸收，而用半截饮料瓶制作的图6、图7来处理尾气，则能取得明显的效果。典型的实验装置图如下：
图10中的装置是由250毫升吸滤瓶与尾气处理装置连接而成，尾气处理装置中盛有适量的NaOH稀溶液或水，吸滤瓶中的气体为氯气或氧气，可用向上排空气法收集。实验时，取下带橡皮塞的燃烧匙，放入少量固体可燃物，在空气中点燃后伸入盛Cl2或O2的吸滤瓶中，打开止水夹迅速塞紧橡皮塞，可看到反应物在吸滤瓶中继续燃烧，而尾气被封存在装置系统之内，最终溶解于吸收剂溶液。该封闭系统的另一个优点是，系统内的压强始终接近常压，橡皮塞不会被冲开，也不会被吸入瓶中。
如果用一只弯的尖嘴玻璃管(如图10所示)代替燃烧匙，则可以做气体物质燃烧的实验。例如，通入H2、C2H2、H2S等，在空气中点燃后伸入盛氯气的吸滤瓶中，同时打开止水夹塞紧橡皮塞，可看到它们继续燃烧，反应混合物(包括生成的HCl和尚未反应的Cl2等)排入钟罩内，在钟罩上部空间里可看到氯化氢与水蒸气形成的白雾。
图11装置是由250毫升锥形瓶与尾气处理装置连接而成，用于做蔗糖与浓硫酸反应的实验。
2用半截饮料瓶设计的钟式气体发生器
常见气体发生装置与常见尾气处理装置一样，已经近两百年基本没有改型。它们的经久不变，当然证明了这些老装置确实十分成功，但是在新的理念“低成本、少污染、充分利用生活中的常见用品和废弃物”的原则指导下，我们对气体发生装置进行了进一步的研究，设计了一组同样用半截饮料瓶为主要材料制作的钟式气体发生装置，现介绍如下。
2.1钟式氢气发生器
2.1.1制作方法
取一只空矿泉水瓶，用烧红的细铁丝在底部烫一些小孔，然后按图12a中虚线所示将其剪成三截，中部弃去，下部倒转，并在70～80℃热水作用下使之牢固地嵌入上部钟罩内，如图12b所示。为了确保它不脱落，可在热水作用下，使外层钟罩的下边缘稍稍向内收拢。然后在钟罩顶口配一只带导气管的橡皮塞，并将其放入适当大小和深度的大口瓶或烧杯中，即成为一个钟式氢气发生器，如图12c或图12d所示。
2.1.2实验步骤
(1)取下橡皮塞，向钟罩内放入锌粒，使锌粒均匀铺散在中部有孔的隔板上，然后塞紧橡皮塞，将其放到大口瓶或烧杯中。
(2)向烧杯中加入适量1∶4的稀硫酸。
(3)打开活塞，则酸液进入钟罩内并与锌粒接触，发生反应生成氢气。
(4)关闭活塞，可使反应停止。
(5)实验完毕，将盛有锌粒的钟罩从酸液中提出、洗净，同时回收锌粒和酸液。
2.1.3装置优点
钟式氢气发生器与启普发生器的原理相一致，功能基本相同，如都可用于制取H2、CO2、H2S等气体。但它具有结构更简单、制作更方便、操作更简便、安全性更好等优点。
2.2钟式乙炔发生器
2.2.1制作方法
取一只容积约为2升的饮料瓶，按图13a中虚线所示剪去瓶颈，保留下面较深的大口杯形部分。再取一只容积约1升左右的饮料瓶，在其侧壁接近底边处钻几个小孔，如图13b所示，然后在其顶口配一只带导管的橡皮塞，放到前面制作的大口杯中即可，如图13c所示。
2.2.2实验步骤(略)
通过对用半截饮料瓶制作的尾气处理装置和气体发生装置的探究，我们认为，这些装置改变了气体化学实验的面貌，增加了实验的趣味性，提高了实验的可靠性及安全性。用生活中常见的材料制成的仪器做实验，让实验更贴近了生活，这符合新课程标准的基本理念。这类教具及学具的应用，既降低了实验成本，同时也减少了实验的危险性和对环境的污染。因此，这是一类简易、安全、绿色的实验仪器。
参考文献：
[1]人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书(试验修订本・必修)[S].化学.第一册，2000.
[2]人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书(试验修订本・必修)[S].化学.第二册，2000.
[3]人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书(试验修订本・必修)[S].化学.第三册，2000.