排空气法密封装置的设计与研究

2005级本科生：陈壮强 江泽芝

指导教师：黄俊生

在中学化学教材重点介绍的14种常见气体中，有7种有害气体（CO2、SO2、NO2等）只能用排空气法进行收集，而传统排空气法中使用的集气瓶是敞口的，容易造成泄漏。虽然这类实验都要求在通风橱里进行，但很多偏远地区的中学往往无专门的实验室，给当地中学化学教师进行此类实验教学带来了极大的不便。为此，我们利用人们熟悉的医用注射器对排空气法的收集装置进行改进。注射器具有密封性好、有上下可移动的活塞、能耐较高的温度、耐腐蚀等优点。我们利用这些特性，将注射器运用到排空气法收集气体的装置上，有效地防止了有害气体的泄漏，减少了大气污染。

一 装置的设计

1.实验器材

集气瓶、双孔胶塞（与集气瓶配套）、导管、一次性注射器。

2.装置的制作

用烧红的铁钉在注射器的上方钻一小孔，用锉刀将小孔的周边锉平，使注射器的活塞上下移动不受影响。如右图把整个装置安装好。

3.装置的操作原理

本装置适用于一切排空气法收集气体的实验（向下排空气法将上图倒过来使用即可）。实验开始前，必须根据气体的性质找到合适的指示剂，可以是湿润的试纸或者蘸有某种指示剂溶液的棉花团（棉花团必须尽量拧干），将指示剂置于上图中所示的位置，有时气体自身的颜色也可以作为一种指示剂。实验时，待收集的气体通过长导管进入集气瓶中，空气会通过短导管进入注射器，指示剂不变色，之后从注射器上的排气孔排出。当待收集的气体充满整个集气瓶而进入注射器时，指示剂会变色，这时只要把注射器的活塞向下移到小孔以下，整个装置便变为密封装置，可防止气体泄漏。

二 装置在中学化学实验中的具体运用

针对在中学化学教材中重点介绍的14种常见气体中，有7种有害气体必须通过排空气法进行收集，我们利用该装置对这7种气体进行了收集并根据每种气体的性质采用不同的指示剂进行实验对比，分别找出适合这7种气体的指示剂。

1.实验气体及选用的指示剂种类

（1）7种实验气体。

①向上排空气法：CO2、SO2、NO2、HCl、H2S、Cl2；

②向下排空气法：NH3。

（2）指示剂种类。

①试纸类：蓝色石蕊试纸、红色石蕊试纸、KI淀粉试纸；

②棉花团类：品红溶液、CuSO4溶液、高锰酸钾溶液、酚酞溶液；

③气体颜色类。

2.气体实验结果及分析

（1）二氧化碳（CO2）。

常用检验二氧化碳的方法：使燃着的木条熄灭或使澄清的石灰水变浑浊。但这两种方法在本文的装置中用不上。所以实验时，我们根据CO2的酸性选用蓝色石蕊试纸做指示剂。蓝色石蕊试纸由蓝变红现象很明显，可以作为CO2收集的指示剂。

（2）硫化氢（H2S）。

常用检验硫化氢的方法比较多，实验时，我们只选用了CuSO4溶液、高锰酸钾溶液、蓝色石蕊试纸三种指示剂，所得结果如表1所示。

实验结论：CuSO4溶液和蓝色石蕊试纸均可作为H2S收集的指示剂，而高锰酸钾由于颜色很深，在褪色的时候有一个渐变的过程，不能很好地判断，所以不能作为H2S收集的指示剂。

（3）二氧化硫（SO2）。

实验时，选用品红溶液、蓝色石蕊试纸两种指示剂，所得结果如表2所示。

实验结论：由于品红溶液在实验过程中褪色十分缓慢，在这里不能作为指示剂，只能选用蓝色石蕊试纸。

（4）氯气（Cl2）。

实验时，选用气体颜色、蓝色石蕊试纸两种指示剂，所得结果如表3所示。

实验结论：虽然氯气本身为黄绿色，但在浓度很稀的时候不容易被察觉，不能作为收集氯气时的指示剂。而氯气溶于水后可以使有色物质褪色，而且褪色的速度快、效果很好，现象很明显，颜色越深越容易看出。所以，本实验选用的蓝色石蕊试纸可作为收集氯气时的指示剂，所得结果如表4所示。

（5）二氧化氮（NO2）。

实验时，选用气体颜色、蓝色石蕊试纸两种指示剂，所得结果如表4所示。

实验结论：二氧化氮是红棕色气体，流入注射器时现象很明显，同时也可以使蓝色石蕊试纸变红，因此本实验所选用的两种指示剂均可作为二氧化氮收集的指示剂。

（6）氯化氢（HCl）。

本装置适合用来检验氯化氢的指示剂并不多，实验时只选用了蓝色石蕊试纸作为指示剂，由蓝变红的现象很明显，可以作为实验时的指示剂。

（7）氨气（NH3）。

氨气是一种碱性气体，所以实验时选用了红色石蕊试纸、酚酞溶液两种指示剂，所得结果如表5所示。

实验结论：氨气的溶解度很大，所以作用在此类实验的指示剂上，效果十分明显，以上提供的两种指示剂均可作为氨气收集时的指示剂。

三 结论

一次性注射器在生活中很容易找到，如果能够巧妙地运用，完全可以成为中学化学实验课堂上理想的教具。本文就是通过对一次性注射器的简单加工，设计了一套适用于中学化学排空气法收集气体的装置，而且利用该装置对中学化学实验中7种只能用排空气法收集的有害气体做了实验研究，分别为每种气体找到了一种或一种以上合适的指示剂。指示剂所选材料也是中学化学实验室中常见的，能够为中学教师提供一个很好的参考。本实验装置取材容易，制作简单，操作也十分容易，只要找到合适的指示剂，便能对一切用排空气法收集的气体进行实验，有效地防止了有害气体对大气的污染，值得推广。