排空氣法密封裝置的設計與研究

2005級本科生：陳壯強 江澤芝

指導教師：黃俊生

在中學化學教材重點介紹的14種常見氣體中，有7種有害氣體（CO2、SO2、NO2等）只能用排空氣法進行收集，而傳統排空氣法中使用的集氣瓶是敞口的，容易造成泄漏。雖然這類實驗都要求在通風櫥里進行，但很多偏遠地區的中學往往無專門的實驗室，給當地中學化學教師進行此類實驗教學帶來了極大的不便。為此，我們利用人們熟悉的醫用注射器對排空氣法的收集裝置進行改進。注射器具有密封性好、有上下可移動的活塞、能耐較高的溫度、耐腐蝕等優點。我們利用這些特性，將注射器運用到排空氣法收集氣體的裝置上，有效地防止了有害氣體的泄漏，減少了大氣污染。

一 裝置的設計

1.實驗器材

集氣瓶、雙孔膠塞（與集氣瓶配套）、導管、一次性注射器。

2.裝置的制作

用燒紅的鐵釘在注射器的上方鉆一小孔，用銼刀將小孔的周邊銼平，使注射器的活塞上下移動不受影響。如右圖把整個裝置安裝好。

3.裝置的操作原理

本裝置適用于一切排空氣法收集氣體的實驗（向下排空氣法將上圖倒過來使用即可）。實驗開始前，必須根據氣體的性質找到合適的指示劑，可以是濕潤的試紙或者蘸有某種指示劑溶液的棉花團（棉花團必須盡量擰干），將指示劑置于上圖中所示的位置，有時氣體自身的顏色也可以作為一種指示劑。實驗時，待收集的氣體通過長導管進入集氣瓶中，空氣會通過短導管進入注射器，指示劑不變色，之后從注射器上的排氣孔排出。當待收集的氣體充滿整個集氣瓶而進入注射器時，指示劑會變色，這時只要把注射器的活塞向下移到小孔以下，整個裝置便變為密封裝置，可防止氣體泄漏。

二 裝置在中學化學實驗中的具體運用

針對在中學化學教材中重點介紹的14種常見氣體中，有7種有害氣體必須通過排空氣法進行收集，我們利用該裝置對這7種氣體進行了收集并根據每種氣體的性質采用不同的指示劑進行實驗對比，分別找出適合這7種氣體的指示劑。

1.實驗氣體及選用的指示劑種類

（1）7種實驗氣體。

①向上排空氣法：CO2、SO2、NO2、HCl、H2S、Cl2；

②向下排空氣法：NH3。

（2）指示劑種類。

①試紙類：藍色石蕊試紙、紅色石蕊試紙、KI淀粉試紙；

②棉花團類：品紅溶液、CuSO4溶液、高錳酸鉀溶液、酚酞溶液；

③氣體顏色類。

2.氣體實驗結果及分析

（1）二氧化碳（CO2）。

常用檢驗二氧化碳的方法：使燃著的木條熄滅或使澄清的石灰水變渾濁。但這兩種方法在本文的裝置中用不上。所以實驗時，我們根據CO2的酸性選用藍色石蕊試紙做指示劑。藍色石蕊試紙由藍變紅現象很明顯，可以作為CO2收集的指示劑。

（2）硫化氫（H2S）。

常用檢驗硫化氫的方法比較多，實驗時，我們只選用了CuSO4溶液、高錳酸鉀溶液、藍色石蕊試紙三種指示劑，所得結果如表1所示。

實驗結論：CuSO4溶液和藍色石蕊試紙均可作為H2S收集的指示劑，而高錳酸鉀由于顏色很深，在褪色的時候有一個漸變的過程，不能很好地判斷，所以不能作為H2S收集的指示劑。

（3）二氧化硫（SO2）。

實驗時，選用品紅溶液、藍色石蕊試紙兩種指示劑，所得結果如表2所示。

實驗結論：由于品紅溶液在實驗過程中褪色十分緩慢，在這里不能作為指示劑，只能選用藍色石蕊試紙。

（4）氯氣（Cl2）。

實驗時，選用氣體顏色、藍色石蕊試紙兩種指示劑，所得結果如表3所示。

實驗結論：雖然氯氣本身為黃綠色，但在濃度很稀的時候不容易被察覺，不能作為收集氯氣時的指示劑。而氯氣溶于水后可以使有色物質褪色，而且褪色的速度快、效果很好，現象很明顯，顏色越深越容易看出。所以，本實驗選用的藍色石蕊試紙可作為收集氯氣時的指示劑，所得結果如表4所示。

（5）二氧化氮（NO2）。

實驗時，選用氣體顏色、藍色石蕊試紙兩種指示劑，所得結果如表4所示。

實驗結論：二氧化氮是紅棕色氣體，流入注射器時現象很明顯，同時也可以使藍色石蕊試紙變紅，因此本實驗所選用的兩種指示劑均可作為二氧化氮收集的指示劑。

（6）氯化氫（HCl）。

本裝置適合用來檢驗氯化氫的指示劑并不多，實驗時只選用了藍色石蕊試紙作為指示劑，由藍變紅的現象很明顯，可以作為實驗時的指示劑。

（7）氨氣（NH3）。

氨氣是一種堿性氣體，所以實驗時選用了紅色石蕊試紙、酚酞溶液兩種指示劑，所得結果如表5所示。

實驗結論：氨氣的溶解度很大，所以作用在此類實驗的指示劑上，效果十分明顯，以上提供的兩種指示劑均可作為氨氣收集時的指示劑。

三 結論

一次性注射器在生活中很容易找到，如果能夠巧妙地運用，完全可以成為中學化學實驗課堂上理想的教具。本文就是通過對一次性注射器的簡單加工，設計了一套適用于中學化學排空氣法收集氣體的裝置，而且利用該裝置對中學化學實驗中7種只能用排空氣法收集的有害氣體做了實驗研究，分別為每種氣體找到了一種或一種以上合適的指示劑。指示劑所選材料也是中學化學實驗室中常見的，能夠為中學教師提供一個很好的參考。本實驗裝置取材容易，制作簡單，操作也十分容易，只要找到合適的指示劑，便能對一切用排空氣法收集的氣體進行實驗，有效地防止了有害氣體對大氣的污染，值得推廣。