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注射器用于化学实验的改进

摘要：?利用注射器良好的气密性，采用胶头玻璃滴管作为气体干燥器，对氯气的制备及性质实验、铜与稀硝酸反应和氮氧化合物的性质与转化等实验进行探究与改进。改进实验实现了氯气、一氧化氮和二氧化氮等有毒气体的小剂量制备，能有效避免空气对铜与稀硝酸反应产物的干扰，提高氯气、氮氧化合物性质实验的效果。

关键词：?注射器；实驗改进；氮氧化合物；氯气

文章编号：1005-6629（2024）05-0075-04

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

1?问题的提出

氯气的性质实验、铜与稀硝酸反应、氮氧化合物的性质与转化是中学化学课堂教学重点，是高中化学必修课程的核心内容之一。在《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中“常见的无机物及其应用”主题下，明确给出设计实验及探究活动的学习建议［1］。但由于干燥的氯气、氮氧化合物制备与转化的实验装置比较复杂，废气污染大，限制了实验探究活动的开展。以人教版高中化学必修教材（2019版）中的相关内容为例进行如下分析。

1.1?氯气的性质实验

化学必修1中“氯及其化合物”在第一节介绍氯气的相关性质，在第二节给出制备氯气的具体方法［2］。教师在第1课时教学中讲解氯气性质时，需要提前在实验室制备好氯气，再在课堂教学中演示氯气的性质实验。由于氯气的制取与性质检验两个实验需在不同空间、不同步展开，不仅为教师备课带来诸多不便，也不利于学生对氯气性质和危害性的全面了解。目前大量研究集中在氯气制备装置的微型化改进［3～6］，但受限于实验装置需要定制或改装以及干燥氯气的方法欠妥，不利于教师开展课堂演示。

1.2?铜与稀硝酸反应及氮氧化合物性质与转化实验

化学必修2在介绍二氧化氮、一氧化氮的性质实验时，并未指明二氧化氮、一氧化氮的来源［7］，加之氮氧化合物的危害，导致教师在讲解这部分内容时通常采用播放视频或直接口述。此外，教材在介绍铜与硝酸反应时，给出的实验装置无法排除氧气对实验现象的干扰，导致铜与稀硝酸反应时直接放出二氧化氮，不利于学生正确理解铜与浓硝酸、铜与稀硝酸两个反应的区别。

基于上述分析，本文选取生活中易得的简易装置和材料，对氯气的制备及性质实验、铜与稀硝酸反应、氮氧化合物性质与转化实验进行改进和探索，以期为教师教学提供参考。

2?实验设计

2.1?氯气的性质实验

2.1.1?实验原理

84消毒液和洁厕灵溶液反应的主要化学方程式为：

2HCl+NaClONaCl+Cl2↑+H2O

由于该反应速率较快，为控制氯气的制备量，防止试管内压力过高，把洁厕灵溶液和84消毒液分别置于试管和注射器（50mL）中，通过控制注射器中84消毒液的注入量来控制氯气的生成量。

2.1.2?实验药品及仪器

NaOH溶液、84消毒液、洁厕灵、无水氯化钙、蒸馏水、pH试纸、50mL注射器（3支）、胶头玻璃滴管、试管、橡胶塞、脱脂棉

2.1.3?实验步骤

步骤一：氯气的制备

如图1A所示，组装好气体发生装置，将大试管固定于铁架台上。拉动注射器1活塞并松手，观察活塞位置是否复原，以此验证装置气密性是否良好。拔掉橡胶塞向试管中加入洁厕灵溶液，塞紧橡胶塞，之后将注射器2拔下（注意不要拔出针头，仅分离针头和注射器，保证针头始终扎穿橡胶塞以便更换注射器），吸取一定量的84消毒液后将注射器重新插入针头（见图1B）。缓慢推动注射器的活塞，将84消毒液注入试管，此时可引导学生观察84消毒液和洁厕灵溶液反应的现象，当观察到黄绿色气体即将充满试管后停止滴入84消毒液，并取下注射器2，在橡胶塞针头上重新接入一支洁净的注射器3（见图1C）用于平衡气压。随后拉动注射器1。随着反应进行可观察到试管中黄绿色的氯气进入注射器1，收集完毕后，取下注射器1并插入橡胶塞将针头密封（见图2A）。为保证实验过程中氯气的充足，可重复上述操作制备氯气。拔下注射器1后，为防止试管中氯气泄漏，可用橡皮泥将针孔封口（见图1D）。

步骤二：干燥氯气使pH试纸（湿润）退色实验

实验前准备好两支干燥试管（试管1放入用蒸馏水润湿的pH试纸，试管2放入干燥的pH试纸）以及装满无水氯化钙的胶头滴管1支（滴管胶头上预先插入针头）。将先前收集满氯气的注射器密封针头拔下，换上插入装满无水氯化钙的胶头滴管的针头（为防止氯气泄漏，连结过程确保注射器竖直），然后将胶头滴管伸入试管1底部，缓慢推动活塞注入适量氯气（见图2B），之后取出胶头滴管迅速用橡胶塞塞紧试管密封。重复操作，将剩余的氯气注入试管2（见图2C）后密封。此时可引导学生观察并记录实验现象，约15秒后试管1中润湿的pH试纸退色，而试管2中干燥的pH试纸

几乎没有变化（见图2D），表明干燥的氯气没有漂白性，湿润的氯气才具有漂白性。进而讲解次氯酸的性质，并过渡到氯水的组成及其性质的讲解。

步骤