书城科普读物动手做实验丛书--化学实验器材巧用
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第5章 实验仪器的制作和巧用(5)

拔掉出气口的橡皮塞,由出气口把足量的锌粒放入反应室中,再塞好橡皮塞并关闭活塞。

(2)加酸:把仪器侧卧,使贮酸室位于反应室上方。从加酸口倒入酸液,酸液即经过隔板下端的缝隙和筛孔板流入反应室(图2),等到酸液与隔板相平时,反应室中的空气即可全部被排出。也可先使仪器正立,从加酸口加入酸液,直至达到贮酸室标志刻度;然后再将仪器侧卧,使酸液流入反应室内并排光其中的空气。

(3)发生气体:加好酸液后,随即将仪器直立,等到反应室液面高度等于或低于贮酸室液面高度后,即可打开出气活塞,送出无空气混入的气体。

(4)停止出气:关闭出气活塞,反应室中的酸液即被压入贮酸室,与锌脱离接触而停止发生气体。

(5)随时送气:完成步骤(1)、(2)、(3)后,只要打开出气活塞即可随时送出气体。

(6)提高出气压力:在打开出气活塞后,把加酸口用橡皮塞塞好,即可发生具有一定压力的氢气。

(7)中途换酸:一次加酸后可连续产气2小时左右。若通气时间过长,中途需要换酸,可先关闭出气活塞,由加酸口倒出废液,再按步骤(2)、(3)加入新酸。

(8)中途加锌:关闭出气活塞,使酸液压入贮酸室内,把加酸口用橡皮塞塞好,即可拔出出气口的橡皮塞加入锌粒,也可直接拔出出气口橡皮塞添加锌粒,然后按步骤(2)、(3)处理。

(9)拆洗:废液由加酸口倒出后,拔出出气口橡皮塞,用自来水冲洗锌粒,然后由出气口倒出锌粒。

用硬质塑料管制做带槽的药匙

(1)材料:直径为8、10、12毫米的硬质塑料管。

(2)制法:(用上述三种不同直径的塑料管可制做小、中、大三种型号的药匙,现仅以中型的为例)①取长约22厘米直径为10毫米的塑料管一段,把一端放入热水中,待其变软后,在4厘米处弯成如下图所示的形状。②按图所示的虚线在管上画好线,锯开,锉平。③将弯好的一头重新放入热水中,变软后迅速拿出来,用手指头挤压成球壳状。

(3)特点:材料易得,制做方法简单,用途较广。一是可用来撬碎结块的药品,二是可将取好的固体药品直接送入口径较小的容器中。

仿真启普发生器的研制

用两个“雪碧、百事可乐”等品牌的圆柱形塑料饮料瓶,可自制成一个能与工业生产的启普发生器的外貌酷似,结构相当、性能相同的“仿真启普发生器”。四川江油师范学校胥光勇老师介绍了其研制方法。

设计思路

设计制作仿真启普发生器的关键在于:怎样制作具有固体、液体的离与合功能的双球容器?

怎样安装导气咀和导液咀并使之具有良好的气密性?我通过反复实践发现:百事可乐牌等饮料瓶(其化学组成应是含聚酯树脂的,而不能用聚乙稀制品的)在局部微热后要均匀收缩。这一性质可用于制作双球容器。联想自行车内胎上的气门结构,可用硬质塑料(不能用金属的)瓶咀或钢笔的塑料套筒等,来充当仿真启普发生器的导气咀和导液咀。为了便于制作,可将仿真启普发生器肢解成由壶体瓶A、底缸B(见图1)、漏斗C、筛碗D(见图2)等四个主要部件构成。

制作方法

(1)制作壶体瓶A和底缸B如图1左图所示,将塑料饮料瓶横起,双手托住,置于仅有一点儿火焰(切勿用大火焰)的酒精灯上方加热,同时不断地旋转瓶子,片刻可见瓶壁受热位置四周流线型地凹下。然后按图上虚线所示的位置,将瓶子割断成三段。则得到壶体瓶坯A和底缸坯B。

将壶体瓶坯A之底浸入80℃的热水中05cm,直到底断面四周塑料稍微收缩为止。然后在壶体瓶坯A一侧上部打孔,并安装上一支导气咀(方法见下文所述)。即成一外貌像茶水壶的壶体瓶A。

用环氧树脂粘合剂将一块瓷砖或木板粘在底缸坯B之底上,以加大支撑面。然后在侧打一孔并安装上导气咀(方法参考下文)。即成底缸B,如图1之右下图所示。

(2)漏斗C和筛碗D的制作

将另一塑料饮料瓶的底托除去,然后按图2之左图虚线所示的位置,将瓶子割成三段,得到漏斗坯C和筛碗坯D。

将一匹配的橡胶塞的大小,削、锉或磨成跟它的小头一样大小,然后打孔并插上一根玻璃管。最后将其塞在漏斗坯C上,就制成漏斗C,如图2之右上图所示。

在筛碗坯D的中央打一比漏斗C上的玻管稍大的圆孔。然后在圆孔周围打若干个微孔,就成筛碗D,图2之右下图为其放大俯视图。

(3)壶体瓶A壁上安装导气咀

选用硬质塑料瓶咀,或较粗的塑料笔杆,或其它具有像螺栓与螺母结构的空心硬质塑料管件。先在壶体瓶A壁上凿一个与硬质塑料瓶咀的外径大小相同的圆孔,然后制作两个同孔径的硬质塑料垫圈和两个橡胶垫(软质)。将硬质塑料瓶盖之底除去,然后按顺序:硬质塑料瓶咀2、硬质垫圈4、橡胶垫圈3、壶体瓶A之壁1、橡胶垫圈、硬质垫圈、无底瓶盖5,相穿起,并旋紧螺旋。事先应在上述软质材料上涂“粘得牢”,在硬质材料上涂环氧树脂粘合剂。这样,就在壶体瓶A上按装了一个气密性良好的导气咀,如图3之右图所示。

(4)组装先将筛碗D平放入壶体瓶A内,并卡在细腰处。用“粘得牢”等粘合剂粘牢。然后将壶体瓶A的下口(已变小了点)插入底缸B的上口上,插紧(亦应使用粘合剂)。然后将漏斗C之玻管穿进壶体瓶A内的筛碗D之中心圆孔,随之将漏斗C上的橡胶塞塞在壶体瓶A之口上,即制成“仿真启普发生器”。

一种简易新型的缓冲

蒸馏是有机实验中最基本,而且经常使用的一个实验操作。现有常用的蒸馏装置要求整个蒸馏体系与外界大气相通。在实际工作中,被蒸馏出来的气体,经冷凝管冷却后,一部分蒸气不可避免的要从尾接管的支管扩散到大气中(实验室或工作室)。长期操作,有危害的蒸气逸出对实验者的身体健康,将带来不可低估的危害。我们平时做实验曾有过不同程度的喉咙、鼻腔极不舒服的体验,有时做完实验后,有的气味,如酸气、醚味等,在身边要3-5小时才能消失。同时,一般学生实验都是在缺乏通风设备的工作台上进行。如果有比较好的通风设备,即使可以减小蒸气逸出对实验者的危害,但通风橱中,空气流动快,会导致有机液体蒸发加快,造成馏分更多的损失和对环境的污染。这样,传统的蒸馏方法,对于甲醇、二氯甲烷等挥发性大、沸点低的溶剂,就很难在常温下操作。以及对一些毒性大、刺激性强的有机液体也就不太实用。

如在现有常用蒸馏装置中磨口尾接管的支管上安装一个体积可变化的带管皱折塑料袋,即缓冲袋,可以避免蒸馏体系中馏分损失及蒸气逸出所带来的危害。

缓冲袋由一个带管皱折塑料袋构成,除管口外,其余部分都是密封的(图1)。其管可以套在常用蒸馏装置中尾接管支管上,使整个蒸馏体系保持密闭,如图2所示,袋子皱折的伸缩可以调节袋子的容积。使用时,当冷凝管出现冷却下来的蒸气液滴时,就把缓冲袋的像口套入尾接管的支管上。当蒸馏体系达到一个稳定温度后,体系的蒸气压将不会剧变。此时,缓冲袋内的空气压力与蒸馏体系的蒸气压之和等于外界大气压,新蒸馏出来的蒸气分子数可与冷凝来的蒸气分子数相等。当偶然有蒸气压力变化时,如蒸馏体系压力稍有降低,则缓冲袋体积缩小一部分,以增加内压。同样,体系压力如有增大时,则缓冲袋自动膨胀,其体积增大,整个体系内压降低。这样通过缓冲袋体积的自动调节,就能使蒸馏体系的压力,始终与外界大气压相等,和传统的蒸馏体系应与外界大气相通,不仅起到同等的效果,还能防止蒸气尾接管的支管逸出,也能减少馏分的损失量,且对馏分的精确分析、含量测定有利。建议大学有机实验室,及有关的实验室、化验室,在进行实验时,可采用缓冲袋。

量器的使用方法

在中学化学实验中,常用的量器有量筒、容量瓶、滴定管。关于这些量器的使用方法在多年的中学化学教材中都做了比较详尽的说明,而且变化不大。但渭南市教育研究所李超老师在教学实践中发现教材上所规定(或指导)的使用方法不尽科学,操作起来不仅费时、费劲,而且容易出现误差。

关于量筒的使用,教材上规定:“量液时,量筒必须放平,视线要跟量筒内液体的凹液面的最低处保持水平,再读出液体体积数。”我们在进行量液操作时如果严格按上述方法,一个我们势必要弯下腰或蹲下,因为量筒放在实验台上,凹液面最低处距地面大约12~14m左右。这样以来,一方面操作时,身体要不时上下运动,故很费劲;另一方面身体上下运动需要时间,加之运动中我们手中的试剂瓶要放下,导致操作不连续,故很费时间;第三方面我们弯下腰或蹲下,不仅不舒服,而且人的头颅前倾,观察时很不容易使视线与凹液面保持水平,易产生读数误差。另外,由于我国还比较落后,大多数中学尤其是广大的农村中学实验条件很差,实验台往往是用课桌代替的。这样以来,教材上要求量筒要放水平,谈何容易。准确读数又谈何容易,故误差较大。

关于容量瓶的使用,教材上没有规定应该怎样观察凹液面的方法,多数中学化学教师只能观察量筒凹液面的方法来教学。这样以来存在的问题和量筒基本一致。

关于滴定管的使用,教材上规定:“把滴定管固定在滴定管夹上……轻轻转动下面的活塞,使管的尖嘴部分充满溶液,然后调整管内液面,使其保持在“0”或“0”以下的某一刻度,并记下准确读数……”我们如果严格按照上述方法进行滴定操作时,一个我们势必要站在凳子上去读数。因为读数时,滴定管夹在滴定管夹上,滴定管内凹液面底部距地面大约19m左右。这样以来和量筒一样,操作起来费劲、费时,易产生读数误差,而且人的重心提高,很不安全,易碰倒滴定管夹。其次教材上尽管没有规定读数时,滴定管要夹垂直,但垂直是准确读数所必须的,而在我国广大农村中学,实验条件比较差的情况下,夹垂直谈何容易。

不难想象如此操作误差肯定大。

鉴于量器使用中存在的上述问题,渭南市教育研究所李超老师在教学实践中反复摸索,发现有一种方法可以克服以上缺点。该方法是:将量器用左手大拇指和食指夹住,使其自然垂下,用手调节量器高度,使视线与凹液面最低处保持水平,然后读数。这样操作一方面量器自然垂下,与地面垂直,与放平量器或夹直器具有同样的效果,且比放平或夹垂直要容易得多;第二方面操作中人体处于静止状态,故省劲;第三方面操作中由于可连续操作,如量筒量液时,我们左手拿量筒,右手拿试剂瓶,将量筒上所要量的刻度提高到与视线相平,右手加试剂,当达到刻度时,右手即止,操作完成,故很节省时间;第四方面因为量器不放在实验台上或架子上,故对实验台、架要求不高,适应性很强;第五方面,我们做起实验来,不仅舒服(相对教材方法),而且人端坐或直立,很容易使视线与凹液面最低处保持水平,减少读数误差。因此建议现行中学化学教材对量器的使用方法进行修改。

便于储藏的铁架台

新疆北屯18团子弟学校廉秀梅老师改进后的铁架台的铁杆是三小节连在一起的,也可为若干节铁杆构成,构成的铁杆可比原普通的铁杆长也可比原普通的铁杆短,由所需配置。无论那种情况铁杆均可拆除下来,与底座一起水平放置,像一个容积仅为03m3的小盒里就可放入5-6个铁架台,为运输和储存带来许多方便。

此铁架台的结构很简单,它的底座与铁杆及每节铁杆间都是靠内外丝口衔接,拆除很方便,制做也很简单,此铁架台的各部分虽靠丝口衔接但铁杆与底座仍垂直,整个铁杆仍为一直线。此铁架台保持了原铁架台的稳固性及与原铁架台一样可进行各种在铁架台上进行的各种实验操作,同时它又具有可拆除性便于储藏和运输。

橡皮管在化学实验中的多种用途

橡皮管是化学实验中必不可少的材料,常常被用作导管,如:冷凝水的导管;向反应器充气和尾气吸收等的导气管。常量法测定熔点和微量法测定沸点中将熔点管和沸点管固定于温度计。兰州市西北师范大学化学系王荣民、何玉凤、王云普、刘玉阳、中科院兰州化物所OSSO国家重点实验室李树本老师在化学实验的教学实践中,利用橡皮管具有易于连接、富有弹性、不易损坏等特点,将橡皮管改造,给实验带来很多方便,拓宽了橡皮管在实验操作中的用途。

转换接口有些密闭性要求较高的实验,常需标准口或磨口玻璃仪器,当手头缺少磨口仪器时,可以用橡皮管实现磨口与非磨口仪器的连接,从而增加气密性。如图1所示,即:剪一段长约15cm的橡皮管套在小口接头上,然后套入口径相差不大的大口接头上。也可用于口径相近的标准口的转换。

实现抽滤瓶一瓶多用

抽滤是有机实验中经常遇到的操作,当抽滤瓶单一、根据产品量的多少用不同的漏斗进行抽滤时,需根据漏斗下端的粗细配一橡皮塞并打孔,既费时又费力,这时,可用管壁厚度不同的橡皮管将漏斗装在抽滤瓶上,完成抽滤过程,如图2所示,当使用标准口抽滤瓶时更为方便。

用作抽真空管

抽真空时由于橡皮管质地较软并有弹性,如果直接用作抽真空管,橡皮管会因内压过小而收缩,达不到抽真空的目的。如果在橡皮管内塞入外径与橡皮管内径相当且锉去锋利边缘的数段玻璃管,则会弥补上述不足,如图3所示。

用做橡皮筋

将合成产物进行自然风干或真空干燥时,常需在容器(如:坩埚、称量瓶、锥形瓶)口盖一张滤纸,以防灰尘落入或者空气流动将产品冲出,可从乳胶管上剪一段宽2mm的乳胶圈。将滤纸箍在容器口上。

保护滴定管、玻璃电极等玻璃仪器实验中常需将玻璃电极、滴定管等固定,若伸缩夹旋得太松,玻璃仪器就会脱落,如旋得太紧则易将玻璃电极等夹碎。

如将一段长约3cm的橡皮管纵切开后套在玻璃电极等的合适部位,或将橡皮管事先套在伸缩夹夹头上,这样既固定了仪器,又不易损坏仪器。如图5所示。

固定活塞

实验室中许多仪器带有玻璃活塞,如酸式滴定管、分液漏斗、滴液漏斗等,在实验中常需将其活塞固定,否则会不慎打碎或给实验带来误差。传统固定活塞的方法是用橡皮筋“五花大绑”,这样会因橡皮筋的拉力使活塞旋转不灵活。如剪一截粗细相近的橡皮管套在活塞较小的一端,既方便,又可防止活塞脱落。

用作水龙头垫圈

水龙头闭合不严的主要原因是水龙头垫圈磨损,维修时需专门配套的垫圈,若手头上无专用垫圈时,可将橡皮管纵向切开,从其上剪一大小合适的垫圈,也能起到很好的密封效果。

自制储气瓶

材料