抽濾瓶在制取二氧化碳中的妙用

楊路平，劉豐祎

（云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650500）

二氧化碳的實驗室制取在中學(xué)以及大學(xué)的課程中都占有重要的地位。為了提高制備的效率，很多作者對該裝置采取了新的設(shè)計方案或者進(jìn)行了某種程度的改進(jìn)［1-5］。在化學(xué)本科大學(xué)一年級的 “二氧化碳分子量的測定”實驗中，涉及到二氧化碳的制取，教材 （北京師范大學(xué)主編，第四版）中采用啟普發(fā)生器作為氣體發(fā)生裝置，該裝置理論上最大的優(yōu)點就是通過氣壓的控制達(dá)到反應(yīng)隨停隨止。然而通過多年的實際教學(xué)發(fā)現(xiàn)，這個優(yōu)點在實際的使用過程中并沒有充分顯示出來，主要原因在于啟普發(fā)生器的氣密性不夠嚴(yán)密，導(dǎo)致實驗過程中經(jīng)常發(fā)生漏氣的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生不穩(wěn)定。在實驗中發(fā)現(xiàn)，采用啟普發(fā)生器制取二氧化碳過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)排氣不通暢的情況，導(dǎo)致鹽酸的噴出，這會引起極大的實驗室安全隱患。因為本實驗中所用的鹽酸濃度達(dá)到了6 mol／L，一旦泄露或者噴出，都會參與實驗的人員構(gòu)成極大的危險。鑒于此，對該裝置進(jìn)行了改進(jìn)，采用磨口抽濾瓶代替啟普發(fā)生器，極大地提高了整個反應(yīng)裝置的氣密性，從而使二氧化碳?xì)怏w平穩(wěn)產(chǎn)生，為后續(xù)的二氧化碳分子量的測定奠定了良好的基礎(chǔ)。另外，最重要的一點就是減小了實驗室的安全隱患。

1 材料與儀器

1.1 試劑

本實驗所用試劑均為分析純，HCl，CaCO3來自商用。

1.2 儀器

啟普發(fā)生器，帶磨口的抽濾品，各種連接裝置與洗氣瓶裝置。（玻璃儀器購買自北京欣維爾玻璃儀器有限公司）

2 結(jié)果與討論

2.1 原裝置的不足之處

在大學(xué)無機化學(xué)實驗中，傳統(tǒng)制取二氧化碳的發(fā)生裝置采用啟普發(fā)生器 （圖1）。啟普發(fā)生器是一種實驗室常用的氣體發(fā)生裝置，適用于塊狀固體與液體在常溫下反應(yīng)制取難溶的氣體。在實驗中，打開活塞，容器內(nèi)壓強與外界大氣壓相同，球形漏斗內(nèi)的稀鹽酸在重力作用下自動流到容器中，與碳酸鈣接觸，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w；關(guān)上活塞后，由于鹽酸溶液繼續(xù)與碳酸鈣接觸，二氧化碳?xì)怏w依然生成，此時容器內(nèi)部壓強大于外界大氣壓，壓力將酸液壓回球形漏斗，使酸液與碳酸鈣脫離接觸，二氧化碳?xì)怏w不再產(chǎn)生。該發(fā)生裝置在理論上是近乎完美的，它能使反應(yīng)隨時發(fā)生，隨時停止，十分方便，但在實際運用中卻并非如此。在多年的實驗課程中發(fā)現(xiàn)，啟普發(fā)生器的氣密性并不好，很多時候二氧化碳不能流暢的輸出。啟普發(fā)生器導(dǎo)氣管出口處是最易漏氣的地方，因為橡膠塞的氣密性通常不理想，并且鹽酸會腐蝕橡膠塞。因此，當(dāng)氣體流通不暢或欲使反應(yīng)停止時，啟普發(fā)生器中的鹽酸很多時候并不會像理論中的那樣被壓回到球形漏斗中，而是將橡膠塞沖出并飛濺出來，引起潛在的實驗室安全事故。并且啟普發(fā)生器對鹽酸的消耗量比較大，不符合節(jié)能環(huán)保的理念。另外，使用啟普發(fā)生器的時候，大理石原料裝入時候，需要使用石棉網(wǎng)，以防止大理石落入到底部。在實際操作過程中，我們發(fā)現(xiàn)這其實也是一個比較繁瑣的操作，而且很多石棉網(wǎng)的隔離效果并不好。實驗結(jié)束后，如果使用啟普發(fā)生器，則需要把大理石傾倒出來，這時候需要拔出底部球體的橡膠塞，但此時，橡膠塞會帶有很多的鹽酸，易對操作者的手造成腐蝕。

圖1 采用啟普發(fā)生器制取二氧化碳的裝置圖

2.2 材料和用具

帶磨口的滴液漏斗、帶磨口的具支抽濾瓶、橡膠導(dǎo)氣管、玻璃導(dǎo)管、錐形瓶、火柴、石灰石、稀鹽酸、硫酸銅溶液、碳酸氫鈉溶液、裝有氯化鈣的干燥管。

2.3 改進(jìn)的實驗裝置

根據(jù)實驗，發(fā)現(xiàn)使用帶磨口的抽濾瓶代替啟普發(fā)生器，會極大地改進(jìn)原裝置的不足之處。由于使用了帶磨口的滴液漏斗，因此二氧化碳的生成可以通過鹽酸的滴加速度來控制，這是啟普發(fā)生器所不具有的優(yōu)點。另外，使用帶磨口的裝置，使得整個裝置的氣密性得到了很大的提高，抽濾瓶的支管起到了導(dǎo)氣管的作用，而支管是和抽濾瓶連為一體的，和使用啟普發(fā)生器的出氣口導(dǎo)氣管相比較，改進(jìn)裝置的氣密性得到了顯著提升。根據(jù)以往的實驗發(fā)現(xiàn)，啟普發(fā)生器最容易漏氣或者堵塞的地方，恰好就是其出氣口的地方。當(dāng)采用改進(jìn)裝置后，這一問題完全得到了解決。二氧化碳的順利產(chǎn)生，為后續(xù)的二氧化碳分子量的測定以及二氧化碳的性質(zhì)實驗提供了很好的支持。改進(jìn)裝置示意圖見圖2。

圖2 制取二氧化碳的改進(jìn)裝置示意圖

2.4 實踐效果

把改進(jìn)后的實驗裝置與傳統(tǒng)的啟普發(fā)生器裝置放在一起，讓學(xué)生們進(jìn)行對比實驗。到目前為止一共進(jìn)行了4年，通過這4年的大量教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們通過這兩種氣體發(fā)生裝置的使用，發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)啟普發(fā)生器實驗裝置的不足。而使用改進(jìn)后的裝置，二氧化碳?xì)怏w的制取非常順利，而且大大節(jié)約了鹽酸的用量。通過這些對比實驗，使學(xué)生切實認(rèn)識到在實驗過程中，不能僅僅跟著書本走，要善于發(fā)現(xiàn)問題，更重要的是要找到解決問題的巧妙辦法。本實驗中，抽濾瓶本來是用于過濾的一種裝置，很少有人能想到用于氣體發(fā)生裝置。但是，只要我們善于發(fā)現(xiàn)并且大膽嘗試，就會發(fā)現(xiàn)原來抽濾瓶還能有這樣的 “神奇”作用。本裝置的改進(jìn)對于開發(fā)玻璃儀器的一物二用起到了很好的示范效果。無論對于中學(xué)實驗還是大學(xué)實驗，這樣的嘗試都是非常有積極意義的，通過這些實際的改進(jìn)，可以促進(jìn)學(xué)生和老師對實驗裝置進(jìn)行優(yōu)化，對常見的玻璃儀器的其它潛在功能進(jìn)行開發(fā)。更重要的一點就是培養(yǎng)實驗室的安全意識，當(dāng)遇到使用濃酸濃堿時候，一定要想辦法避免這些液體的噴出，形成良好的安全意識。

3 結(jié)論

實驗室中傳統(tǒng)方法制備二氧化碳?xì)怏w一般采用啟普發(fā)生器，但是，通過我們的教學(xué)效果來看，啟普發(fā)生器制備二氧化碳效果并不理想，主要原因在于其裝置的氣密性較差，同時鹽酸的滴加速度也不能控制。另外一個問題就是鹽酸容易在氣路被堵之后噴出，這會引起潛在的實驗室安全事故。為此，我們對該裝置進(jìn)行了改進(jìn)，用帶有支管的抽濾瓶取代啟普發(fā)生器，改進(jìn)后的裝置具備優(yōu)良的氣密性，二氧化碳的產(chǎn)生速度可以通過鹽酸的滴加速度進(jìn)行控制。從而使得制備過程極為順暢，同時減小了鹽酸噴出的危險，為實驗室安全帶來有益的探索。同時，使用改進(jìn)實驗裝置后，鹽酸的用量可以大幅降低，大理石的回收也更加簡便。這樣的改進(jìn)對基礎(chǔ)無機化學(xué)實驗室一次非常有益的嘗試。