巧用1mL注射器設(shè)計反應可控的實驗裝置

李德前 李為才

摘? ? 要：在化學實驗教學中，基于1mL注射器的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的兩套反應可控的實驗裝置可作為“固液常溫型氣體發(fā)生裝置”，也能用于“鹽酸與碳酸鈣反應前后質(zhì)量的測定”實驗，既培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，也提高實驗教學的效益。

關(guān)鍵詞：1mL注射器;實驗創(chuàng)新;反應可控;實驗裝置

1mL注射器透明度好，密封性強，活塞與筒壁的摩擦力適中，材質(zhì)的化學性質(zhì)穩(wěn)定，是化學實驗的優(yōu)良替代品。最近我們在實驗教學中巧用1mL注射器（見圖1）改進、設(shè)計化學實驗，取得了顯著的教學效果。

一、借助1mL注射器研制反應可控的氣體發(fā)生裝置

在初中科學或化學教學中，常常要求學生設(shè)計一個可以使反應隨時發(fā)生隨時停止的氣體發(fā)生裝置，我們借助1mL注射器就設(shè)計出了反應可控的氣體發(fā)生裝置。下面以氫氣的實驗室制備為例，介紹該裝置的研制及使用。

（一）實驗用品

主要是125mL錐形瓶（含配套的雙孔橡皮塞），1mL注射器，1mm×12mm的銅絲，塑料小藥瓶（在中下部的表面扎孔），導氣管，止水夾，錐子;稀硫酸，鋅粒。

（二）裝置的設(shè)計

1.找一個1mL注射器，抽出芯桿;在活塞頂端突出部位用尼龍線固定一段細銅絲，再將芯桿放回針筒內(nèi)（見圖2A）。

2.找一個塑料小藥瓶，用錐子在其中下部的表面扎出很多細孔;取一個125mL的錐形瓶及配套的雙孔橡皮塞、導氣管等，按圖2B所示連接好，即得反應可控的氫氣發(fā)生裝置。

（三）裝置的使用

1.夾上止水夾，上拉注射器活塞一小段距離后松開手，如果活塞能緩緩回到原刻度位置，則說明該裝置不漏氣[1]。

2.打開瓶塞，裝入藥品，再次按圖2B所示連接好實驗裝置。

3.松開止水夾，稍稍用力按下注射器芯桿，使小藥瓶的中下部浸入稀硫酸中，立即發(fā)生反應（Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2↑），放出氫氣。

4.采用排水法收集氫氣（當氣泡連續(xù)均勻冒出時才開始收集）。

5.氣體收集完畢，夾上止水夾，同時通過注射器芯桿將塑料小藥瓶輕輕提起;當小藥瓶完全離開稀硫酸時，反應即刻停止。

6.下一次需要制取氫氣時，只要再次按下注射器芯桿即可。

（四）幾點說明

1.1mL注射器活塞與針筒內(nèi)壁之間的靜摩擦力在7N左右[2]，由于活塞上懸掛物的重量遠遠小于7N，而且氣體作用在活塞表面產(chǎn)生的向上壓力也不可能大于7N，因此本實驗中注射器活塞不會自行上升或下落（只能通過手動調(diào)節(jié)）。

2.本實驗裝置也可以用來制取二氧化碳、氧氣、硫化氫、二氧化硫等氣體，還可以進行銅與硝酸反應的實驗。

二、借助1mL注射器研制“碳酸鈣與鹽酸反應前后質(zhì)量的測定”實驗裝置

現(xiàn)行滬教版初中化學教科書中“碳酸鈣與鹽酸反應前后質(zhì)量的測定”實驗，反應裝置如圖3A所示;現(xiàn)行粵教版初中化學教科書中“碳酸鈣與鹽酸反應前后質(zhì)量的測定”實驗，反應裝置如圖3B所示。若使用圖3A所示裝置進行實驗，當向密閉的錐形瓶里注入稀鹽酸時容易發(fā)生沖塞現(xiàn)象;若使用圖3B所示裝置進行實驗，小氣球受到空氣的浮力作用，使得第二次測量值偏小。

我們借助1mL注射器，改進了“碳酸鈣與鹽酸反應前后質(zhì)量的測定”實驗裝置。

（一）實驗用品

主要是300mL的碳酸飲料塑料瓶（含配套的單孔橡皮塞），1mL注射器，1mm×18mm的銅絲，塑料小藥瓶（在中下部的表面扎孔），錐子;稀鹽酸，石灰石。

（二）裝置的設(shè)計

1.找一個1mL注射器，抽出芯桿;在注射器活塞頂端的突出部位，固定一段細銅絲，再將芯桿放回針筒內(nèi)。

2.找一個塑料小藥瓶，在其中下部的表面扎出一些小孔;找一個300mL的碳酸飲料塑料瓶及配套的單孔橡皮塞，按圖4所示連接好實驗裝置，即得反應可控的質(zhì)量守恒定律驗證裝置。

（三）裝置的使用

1.上拉注射器活塞一小段距離后松開手，若活塞能緩緩回到原處，則說明裝置的氣密性良好。

2.打開瓶塞，裝入藥品，再按圖4所示連接好實驗裝置。

3.將整個實驗裝置輕輕放到托盤天平的左盤上進行第一次稱量，并記下稱量值。

4.從托盤天平上取下碳酸飲料塑料瓶，稍稍用力按下注射器芯桿，使小藥瓶中下部浸入稀鹽酸中，立即發(fā)生反應（CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑），放出二氧化碳氣體。等到全體學生都觀察到溶液中冒氣泡，即可輕輕回拉注射器芯桿，把塑料小藥瓶提起;當小藥瓶完全離開稀鹽酸后，反應即刻停止。

5.接下來，把整個實驗裝置輕輕放回托盤天平的左盤上，進行第二次稱量，并記下稱量值。

6.兩次稱量值完全相等，充分說明碳酸鈣與鹽酸反應前后的總質(zhì)量保持不變。

（四）幾點說明

1.PET材質(zhì)的碳酸飲料塑料瓶，其耐壓能力約為10kg/cm2～20kg/cm2，只要瓶內(nèi)產(chǎn)生的氣體體積不超過瓶子容積的4倍[3]，就不會爆瓶。

2.每次實驗結(jié)束，裝置無須清洗就可以繼續(xù)下一個班級的演示（重復上述操作即可）。一次添加足量的試劑，一般可以連續(xù)演示7～8次[4]。

3.本實驗也可以使用電子天平進行質(zhì)量的測定。

總之，1mL注射器的活塞與針筒內(nèi)壁之間的摩擦力大小恰當，實驗過程中活塞可以停留在針筒內(nèi)的任一位置，有利于我們控制固、液藥品的分離或接觸（使反應隨時發(fā)生或隨時停止），有助于學生了解啟普發(fā)生器原理，并熟悉控制化學反應的多種方法。借助1mL注射器設(shè)計的實驗裝置，不僅操作方便、用途廣泛，而且激活了學生的創(chuàng)新思維，豐富了中學化學實驗教學資源。

最后需要說明的是，上述實驗建議使用新的1mL注射器（單價約0.15元），如果選用廢棄的醫(yī)用注射器必須消毒后才能使用。

參考文獻：

[1]馬逸群，魏海.在實驗改進和設(shè)計中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力[J].化學教學， 2016（10）：16-20.

[2]全國醫(yī)用注射器（針）標準化技術(shù)委員會.GB 15810-2001 一次性使用無菌注射器標準[S]. 北京：中國標準出版社，2001.

[3]扈靜晗. PET瓶在碳酸飲料中的應用[J]. 飲料工業(yè)，2006（9）：33-36.

[4]李偉，李德前.滬教版“碳酸鈣與鹽酸反應”實驗的改進[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011（24）：65，72.