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浅谈二氧化碳制、收、检一体化装置的改进

时间:2017-10-20 来源:未知 关注度:

        化学是一门以实验为基础的科学，实验是学习化学的一条重要途径，通过实验以及对实验现象的观察、记录和分析，可以发现和验证化学原理，学习科学探究的方法并获得新的化学知识。如果大胆改进教材中的一些实验，不仅现象会更明显，而且实验探究、实验改进、实验创新的精神潜移默化地影响着自己的学生，对学生的成长大有益处。结合自身教学实践，对二氧化碳制取、收集、检验进行改进，供同行借鉴。
       一、改进目的：
       CO2的制取、收集及性质检验在中学化学实验中，具有比较重要的地位。教材中的实验相对独立，知识连贯性不强。改进后的装置，现象更明显，操作更简单，知识更系统，便于学生观察、归纳和延伸相关知识，提升综合分析问题和解决问题的能力。
       二、改进仪器及试剂
      塑料瓶、胶水瓶、水性笔、漏斗、球形装置、具支试管、洗气瓶、玻璃管、烧杯、集气瓶、量筒、三通管、导管、橡皮塞、大理石、稀盐酸、浓硫酸、饱和碳酸氢钠溶液、澄清石灰水。
      三、装置图及组装仪器说明
                                                                 装置平面结构图形

                                                                          装置实物结构图形

     1、用塑料瓶、胶水瓶、水性笔以多孔塑料板为模型组装的发生装置；对于气密性检查、添加药品、反应速率的控制及废液的回收利用更加方便。
     2、具支试管代替检验装置，既可以检验CO2又能导气，装置连贯方便。
     3、用三通管制作气体性质检验装置，一举多用，携带方便、操作简单、现象明显。
    四、装置设计
     1、发生装置
     由塑料瓶、水性笔、漏斗、橡皮塞、导管有机结合在一起，设计原理由多孔塑料板而来。
     2、除杂装置
     由球形漏斗、棉花、导气管组成，棉花润湿有饱和碳酸氢钠溶液，主要作用是吸收二氧化碳中的少量氯化氢气体。
     3、二氧化碳检验装置
    由具支试管、导气管、橡皮塞组成，具支试管中装有澄清石灰水，主要目的是利用二氧化碳与氢氧化钙溶液反应生成白色沉淀来达到检验二氧化碳的目的。且多通入二氧化碳，明显观察到白色沉淀消失，溶液变澄清，以拓展知识。
     4、干燥装置
    由洗气瓶、导气管、橡皮塞组成，洗气瓶中装有浓硫酸。利用其吸水达到干燥二氧化碳的作用.
     5、性质检验装置
     （1）由玻璃管、笔筒、石蕊试纸、橡皮塞组成，笔筒上有三条石蕊试纸，左边一条已经用酸处理过变红作对照，中间一条没有做任何处理，右边一条用水润湿。主要通过观察润湿的石蕊试纸变红的现象，来验证二氧化碳与水反应生成碳酸，酸能使石蕊变红。
     （2）由三通管、烧杯、阶梯蜡烛、导管、止水夹组成，主要观察阶梯蜡烛由下往上依次熄灭的现象，来验证二氧化碳密度比空气大，不能燃烧也不支持燃烧的性质。
      6、收集装置
     由集气瓶、导管、橡皮塞、量筒组成，集气瓶中装有饱和碳酸氢钠溶液，利用二氧化碳在饱和碳酸氢钠溶液的溶解度很小，故可以用排饱和碳酸氢钠溶液的方法收集二氧化碳，量筒中液体的体积即为二氧化碳的体积。
      五、实验操作
       1、气密性检查
       关闭止水夹2、3、4，打开止水夹1，向漏斗中加入少量水，若一段时间后漏斗中的液面不在下降，则证明装置气密性良好，平时我们只检验发生装置的气密性，这样就可以检验整套装置的气密性。
        2、添加药品
       先打开水性笔末端，用镊子添加几块大理石，并扭紧塞子；再从漏斗上端注入稀盐酸，当稀盐酸与多孔塑料板中的大理石结合既能发生反应产生气体。
       3、随开随停
       反应开始后将导气管用止水夹1夹住；产生的气体不能从导管中逸出，导致瓶内压强增大，固液分离，反应马上停止。
       4、除杂装置
       球形装置中装有润湿有饱和碳酸氢钠溶液的棉花，目的去除反应中挥发的氯化氢气体，防止对实验造成干扰。
       5、检验CO2气体
      具支试管中事先盛放澄清石灰水；若澄清石灰水变浑浊，则能证明产生的气体是CO2，如果继续通入CO2一段时间，我们会看到原本浑浊的石灰水又变澄清了，这是因为二氧化碳与碳酸钙和水继续发生反应，生成了可溶性的碳酸氢钙的缘故。
       6、CO2性质检验
        (1)在硬质玻璃管中放入一只签字笔筒，笔筒上贴有三条紫色石蕊试纸，左边一条条已经用酸处理过，变成红色，主要起对照作用。中间一条用蒸馏水处理，右边一条不做任何处理。一段时间以后用蒸馏水处理的一条变红色，另一条不做任何处理无明显变化。通过现象证明二氧化碳能与水反应生成碳酸。
(2)关闭止水夹3打开止水夹2，气体流经点燃的阶梯蜡烛，阶梯蜡烛由下往上依次熄灭。故能证明二氧化碳密度比空气大，不能燃烧，也不支持燃烧。
       7、收集CO2
       关闭止水夹2打开止水夹3，由于CO2在有饱和碳酸氢钠溶液中溶解度小，当流经装有饱和碳酸氢钠溶液的集气装置时，瓶内压强增大，溶液被压入量筒中，量筒中液体的体积即收集到CO2的体积。
        8、回收装置
     打开止水夹4，反应后的液体就能从导管中流出，回收药品方便，安全环保。
     化学实验的改进有助于学生观察能力、思维能力、创新能力和综合分析能力的培养，是提高教学质量的重要环节。作为化学教师，我们应在平时的教育教学中不断思索，为更好实现化学新课程的教育目标而不断努力。
（文：吴国锋  赵勇）
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