1、用J形管做系列固、液相反应制取气体的实验
J形管在上科版高三化学课本中,设置有金属钠与水的实验。金属钠与水反应的实验至今不少教材仍使用传统的演示方法,即将小粒金属钠投入含有酚酞水溶液的烧杯中。其主要缺点是无法收集并点燃氢气。用J形管做该实验,可通过观察液面下降,推知有氢气的生成,且生成的气体不必利用收集装置进行收集,可以直接通过旋转活塞控制流量并点燃,点燃时氢气能安静地燃烧。从而达到探究金属钠和水反应生成氢气的实验目的。
除了金属钠和水反应,还可利用J形管做一系列固、液相反应制取气体的实验。如“铜丝与温热稀硝酸反应制NO气体”等实验(如图1所示)。
还有“铝与水反应制氢气”实验也可选用J形管来做,方法如下:
(2)将去除氧化膜后的铝片,放入饱和Hg(N03)2溶液中,约2分钟,表面呈灰色,取出用水冲洗干净。此时动作要迅速,不要将铝片暴露于空气中太久。
(3)将冲洗干净的汞齐化铝片放入装有饱和NaCl溶液的J形管的短管中,在短管端口处插上涂有凡士林的活塞,将活塞置于开启状态;从长管口处加入饱和 NaCl溶液,排尽活塞处的空气,关闭活塞。一开始有细小的无色气泡生成,大约3分钟后,速度加快,此时有大量的气泡逸出,长管中的水面上升,短管中液面下降;同时,有灰色絮状沉淀生成。该反应能发生的原理是:铝片表面经汞齐化处理后就无法生成致密的氧化膜,在氯离子催化剂帮助下水就容易和原本活泼的铝发生置换反应了c
(4)产生的无色气体约10 mL时,可打开活塞,点燃,可见气体燃烧,产生淡蓝色的火焰。
2用J形管做电解饱和食盐水实验
电解饱和食盐水实验在现行教材中使用装置如图2所示。此套装置操作简便、各电极产物清晰明显,但也有缺点,比如①此装置由于在u形管两侧均存在支管,所以制取的氯气中不可避免地混有空气,不纯净;②此装置只能对氯气性质进行定性分析,无法确定生成氯气的体积;③此装置在进行氯气的检验时处于比较开放的环境中,气体外逸,会造成环境污染。如果改用J形管进行电解实验,上述问题都可以得到解决。
实验步骤:(1)在J形管短管一端的橡皮塞底部装好长度适中的碳棒(笔者采用两端削好的铅笔),作为电解池阳极。在J形管长管一端固定一根铁丝作为阴极。
(2)短管口处塞好橡皮塞。从J形管长管口注入饱和食盐水溶液,至橡皮塞的下端,不要留有气泡,这是本实验的关键。
本实验改进后的优点:
(1)制得的氯气的纯度大大提高,几乎没有空气参杂其中。
(2)黄绿色的氯气现象明显,利用观察。
(3)用注射器进行抽取,可随用随取,且使本性质实验从定性走向定量。
(4)反应中产生的氯气被密封在J形管中,不会对环境造成污染,符合绿色环保的理念。
3用J形管做简易启普发生器
中学化学中有很多气体都是通过固、液相反应制取的。例如氢气、二氧化碳、二氧化硫、氧气、乙炔、硫化氢等。教材中多采用的发生装置如图5所示:通过分液漏斗控制液体的滴加速度,生成的气体净化后再进行收集。笔者经研究发现,将J形管改进后可获得简易启普发生器(如图6所示),该气体发生装置具有使用方便、节约试剂、无空气混入、安全等多项优点。
使用时,在J形管短管内距短管口3至4 cm处小心放置一软孔木塞,该软木塞预先用刀削取约12 mm厚度、打几个小孔并削成直径略大于J型管的内径,软木塞有弹性,可借用镊子慢慢将其推入管口内。木塞上放置固体,从长管一端缓慢注入液体,使液面左高右低,且液体不与固体接触。反应时开启活塞,挤出短管一边空气,固、液接触而反应,当制取气体—定量时,关闭活塞,固、液很快脱离,反应停止,气体储存在短管一端,需要时再开启活塞放出。
利用该简易启普发生器,能使反应“随开随用,随关随停”,可广泛应用于教材中多种制气实验,即可完成系列的块状固体和液体反应制取气体的实验。例如漂白精片与酸制氯气、电石与水制乙炔、大理石与酸反应制二氧化碳、铜和浓硫酸制取二氧化硫、铜和硝酸反应制取氮氧化物等等。
J形管在我国中学化学实验中的应用不广泛的主要原因可能是教师们不习惯、不熟悉,故对J形管的研究就更有价值了c希望上述个案的介绍能起到抛砖引玉的作用,也希望J形管在中学化学实验的应用越来越广泛。
