一种化学反应气体的实验装置的制作方法

本发明涉及一种实验装置，尤其是一种化学反应气体的实验装置，属于化学试验技术领域。

背景技术：

在中学化学反应试验中，浓、稀硝酸分别与铜反应的演示试验视觉不理想，两个反应的产物分别为红棕色二氧化氮气体与无色一氧化氮气体。但是在传统试验中两个反应都会出现红棕色的气体，这直接影响学生感性认识，使得学生易产生误解，时常会有“浓硝酸与铜反应生成二氧化氮气体，还是稀硝酸与铜反应生成二氧化氮气体”这样的问题产生。而事实上，应是稀硝酸与铜反应生成无色的一氧化氮气体，浓硝酸与铜反应生成红棕色的二氧化氮气体，无色一氧化氮、红棕色的二氧化氮泾渭分明，教科书上传统的试验操作存在弊端，造成稀硝酸与铜反应生成无色一氧化氮气体有颜色的罪魁祸首是反应器中的空气，所以微热后生成的一氧化氮气体会很快变为二氧化氮气体，干扰了试验观察效果，这直接影响学生感性认识，达不到教学的预期效果。此外，化学反应放出的二氧化氮气体以及一氧化氮气体对环境污染严重，且反应不能控制，同时，在演示的过程中，在试管31口不易观察到红棕色气体，为了更加直观，不影响学生感性认识，就要使用大量的化学试剂，而这样就造成浪费，污染严重，不利于形成环保意识，长期进行试验，操作员很可能会出现呼吸道感染等病症，影响身心健康。

专利号为cn201620227003的专利公开了一种浓、稀硝酸与铜反应的对比实验装置，解决了现有的实验装置存在的缺点，但其也存在一些不足之处，实验装置中没有将氧气或空气排尽，生成的一氧化氮气体会很快变为二氧化氮气体，干扰了实验观察效果，也不能确保浓硝酸与铜反应只生成二氧化氮，稀硝酸与铜反应只生成一氧化氮，实验准确度不高，不能更加直观上区分两者反应及反应物理化性质的不同，该实验中仅限于金属铜，没有其他金属，不能使得学生了解和掌握其他金属与稀、浓硝酸发生反应生气何种气体。

技术实现要素：

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种化学反应气体的实验装置。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种化学反应气体的实验装置，包括气体发生装置和气体验证装置；

所述气体发生装置包括第一容器，所述第一容器上端口安装有第一密封塞，所述第一密封塞插装有第一连接管和第一棒杆，所述第一棒杆的下端插入第一容器内，所述第一连接管的一端伸入第一容器上端口、另一端连接有透明无色气球，所述第一连接管与透明无色气球之间设置有控制气体流通的第一铁夹，所述第一棒杆的下端部固装有第一金属丝；

所述气体验证装置包括第三容器，所述第三容器上端口安装有第三密封塞，所述第三密封塞插装有第三连接管和试管，所述第三连接管连接推进容器，所述第三连接管与推进容器之间设置有控制气体流通的第三铁夹；

所述透明无色气球连接气体验证装置的第三连接管，所述透明无色气球与第三连接管之间设置有控制气体流通的第四铁夹。

作为上述技术方案的改进，所述实验装置还包括预处理装置，所述预处理装置包括第二容器，所述第二容器上端口安装有第二密封塞，第二密封塞插装有第二连接管和第二棒杆，所述第二棒杆的下端部固装有第二金属丝，所述第二连接管上设置有控制气体流通的第二铁夹；所述第二连接管连接气体发生装置中的第一密封塞。

作为上述技术方案的改进，所述第一金属丝为不活泼金属丝，所述第一容器内盛装有稀硝酸溶液，所述第一容器的下方设置有第一酒精灯。

作为上述技术方案的改进，所述第一金属丝为铜丝。

作为上述技术方案的改进，所述第一金属丝为活泼金属丝，所述第一容器内盛装有稀硝酸溶液。

作为上述技术方案的改进，所述第一金属丝为铁丝。

作为上述技术方案的改进，所述第一金属丝为不活泼金属丝，所述第一容器内盛装有浓硝酸溶液。

作为上述技术方案的改进，所述第一金属丝为铜丝。

作为上述技术方案的改进，所述第一金属丝为活泼金属丝，所述第一容器内盛装有浓硝酸溶液，所述第一容器的下方设置有第二酒精灯。

作为上述技术方案的改进，所述第一金属丝为铁丝。

作为上述技术方案的改进，所述第三容器为弹性容器。

作为上述技术方案的改进，所述第三容器内盛装有硫酸铜溶液。

作为上述技术方案的改进，所述第三连接管为t字形连接管。

作为上述技术方案的改进，所述试管为l形通孔状，试管两端分别放置有湿润的脱脂棉和活性炭。

作为上述技术方案的改进，所第三容器的下方设置有振荡器。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本发明所述一种化学反应气体的实验装置，使得学生更加清晰直观地观察金属与浓、稀硝酸反应过程和反应物，并且反应物能够集中到透明无色气球内，能更加清楚的观察到无色的一氧化氮和红棕色的二氧化氮，不易将两者反应物混淆。

附图说明

图1为本发明一种化学反应气体的实验装置的结构示意图；

图2为本发明所述实验装置中一氧化氮实验过程的结构图；

图3为本发明所述实验装置中二氧化氮实验过程的结构图；

图4为本发明实施例一的化学反应实验装置结构图；

图5为本发明实施例二的化学反应实验装置结构图；

图6为本发明实施例三的化学反应实验装置结构图；

图7为本发明实施例四的化学反应实验装置结构图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

如图1所示，为本发明所述一种化学反应气体的实验装置的结构示意图，包括预处理装置、气体发生装置和气体验证装置，所述预处理装置包括第二容器20，所述第二容器20的上端口安装有第二密封塞25，第二密封塞25插装有第二棒杆21和第二连接管22，第二棒杆21的下端部固装有第二金属丝24，第二连接管22上设置有控制气体流通的第二铁夹23；所述气体发生装置包括第一容器10，所述第一容器10的上端口安装有第一密封塞16，第一密封塞16插装有第一棒杆11和第一连接管12，第一棒杆11的下端插入第一容器10内，第一连接管12的一端伸入第一容器10上端口、另一端连接有透明无色气球15，第一连接管12与透明无色气球15之间设置有控制气体流通的第一铁夹13，第一棒杆11的下端部固装有第一金属丝14；所述气体验证装置包括第三容器30，所述第三容器30的上端口安装有第三密封塞36，第三密封塞36插装有第三连接管32和试管31，第三连接管32连接推进容器35，第三连接管32与推进容器35之间设置有控制气体流通的第三铁夹33；所述第二连接管22连接气体发生装置中的第一密封塞16，所述透明无色气球15连接气体验证装置的第三连接管32，所述透明无色气球15与第三连接管32之间设置有控制气体流通的第四铁夹34。

所述第一容器10的上端口安装有第一密封塞16，便于取放容器内的液体，及清洗容器。

所述第二容器20的上端口安装有第二密封塞25，便于取放容器内的液体，及清洗容器。

所述第三容器30的上端口安装有第三密封塞36，便于取放容器内的液体，及清洗容器。

所述第三容器30为弹性容器，能够对其进行挤压处理，气体进入其内部后还可复原，更利于直观性的观察。

所述第三容器30内盛装有硫酸铜溶液301，用于观察及利于验证所发生反应生成的气体，强化对反应物性质的认识，易于学生理解掌握要点。

所述第三连接管32为t字形连接管，缩短氧气行走路径，加快反应时间。

所述试管31为l形通孔状，氢气、氧气等气体能够排出容器，而氧气不会进入，试管31两端分别放置有湿润的脱脂棉311和活性炭312，用于检测及吸附二氧化氮，避免进入外界，造成环境污染，脱脂棉为白色，利于观察，活性炭312用于吸附，主要用于吸附试管31内的少量有害气体，防止污染环境以及对实验者造成伤害。

所述第三容器30的下方设置有振荡器37，便于观察反应现象，了解反应过程，学生能够更加直观认识，以及强化对反应物性质的认识。

推进容器35内充满氧气，用于验证实验，氧气与一氧化氮气体发生反应生成红棕色的二氧化氮，而氧气与二氧化氮不发生反应，便于观察反应现象及反应过程，学生能够更加直观认识，以及强化对反应物性质的认识。

所述第二容器20内盛装有稀盐酸溶液或稀硫酸溶液，第二棒杆21的下端部固装有第二金属丝24，第二金属丝24为活泼金属丝，如铁、铝等，能够保证铁、铝等这些与稀盐酸溶液或稀硫酸溶液反应只生成相对应的金属盐溶液和氢气，且反应过程较为温和，不易出现意外，第二金属丝24为不活泼金属丝，如铜等，铜与稀盐酸溶液或稀硫酸溶液反应只生成相对应的金属盐溶液和氢气，且反应过程较为温和，不易出现意外，以上实验试剂较为常用，容易购买，价格低。

【实施例一】，如图4所示，所述第一金属丝14为不活泼金属丝，如铜丝141等，第一容器10内盛装有稀硝酸溶液101，所述气体发生装置还包括酒精灯，且第一酒精灯102位于第一容器10的下方，用于加热，因为反应速率太低而需要加热，来加快反应过来，铜与稀硝酸的化学反应方程式为：3cu+8hno3≜3cu(no3)2+2no↑+4h2o，以上化学反应方程式中可知，铜与稀硝酸加热反应生成一氧化氮。

【实施例二】，如图5所示，所述第一金属丝14为活泼金属丝，如铁丝142等，第一容器10内盛装有稀硝酸溶液101，反应时不需要加热，即可发生化学反应，铁与过量的稀硝酸的化学反应方程式为：fe+4hno3=fe(no3)3+no↑+2h2o，过量的铁与稀硝酸的化学反应方程式为：3fe+8hno3=3fe(no3)2+2no↑+4h2o，以上化学反应方程式中可知，铁与稀硝酸反应生成一氧化氮，且该反应过程不需要加热，生成的一氧化氮与铁的多少无关，与稀硝酸的多少也无关。

【实施例三】，如图6所示，所述第一金属丝14为不活泼金属丝，如铜丝141等，第一容器10内盛装有浓硝酸溶液103，反应时不需要加热，即可发生化学反应，铜与浓硝酸的化学反应方程式为：cu+4hno3==cu(no3)2+2no2↑+2h2o，以上化学反应方程式中可知，铜与浓硝酸加热反应生成二氧化氮。

【实施例四】，如图7所示，所述第一金属丝14为活泼金属丝，如铁丝142等，第一容器10内盛装有浓硝酸溶液103，反应时需要加热，第一容器10的下方设置有第二酒精灯104，活泼金属，如铁在浓硝酸中会发生钝化，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，从而阻止了内部金属的继续反应，加热后，氧化膜会被破坏，反应可以继续进行，铁与过量的浓硝酸的化学反应方程式为：fe+6hno3≜fe(no3)3+3no2↑+3h2o，过量的铁与稀硝酸的化学反应方程式为：fe+4hno3≜fe(no3)2+2no2↑+2h2o，以上化学反应方程式中可知，铁与浓硝酸反应生成二氧化氮，且该反应过程需要加热，生成的二氧化氮与铁量的多少无关，与浓硝酸量的多少也无关。

本发明所述实验装置，其工作过程如下：

（1）一氧化氮实验过程

首先进行预处理试验，目的是除去容器中的氧气，避免影响学生直观认识，如图2所示，第一容器10内盛装有稀硝酸溶液101，第一棒杆11下端部的第一金属丝14位于第一容器10内液面的上方，关闭第三铁夹33，防止推进容器35内的氧气进入容器中，并对第三容器30进行挤压处理，使其处于压缩状态，打开第二铁夹23、第一铁夹13、第四铁夹34，下移第二棒杆21，使其下端部的第二金属丝24浸没在第二容器20内的稀盐酸或稀硫酸溶液中，这时发生反应生成氢气，最终氢气会充满第三容器30，且第三容器30鼓起，这样能将各个容器中空气尽数排出，以此达到除氧的目的，上移第二棒杆21，使其下端部的第二金属丝24位于第二容器20内液面的上方，停止发生化学反应，关闭第二铁夹23、第四铁夹34，挤压第三容器30，使其处于压缩状态，再打开第四铁夹34，避免透明无色气球15内充满气体而鼓起，防止影响后续操作及判断。

其次，关闭第四铁夹34，下移第一棒杆11，使其下端部的第一金属丝14浸没在第一容器10内的溶液中，两者发生化学反应，透明无色气球15变大，无颜色，即有无色气体产生，得出该无色气体不是二氧化氮，然后上移第一棒杆11，关闭第一铁夹13，打开第四铁夹34，无色气体进入第三容器30，只能够观察到第三容器30慢慢鼓起，振荡器37震荡第三容器30，溶液颜色无变化，关闭第四铁夹34，打开第三铁夹33，第三容器30内逐渐有红棕色气体生成，得出无色气体在第三容器30内与空气中氧气作用变成红棕色气体二氧化氮，随着红棕色气体的生成，能够观察到第三容器30溶液逐渐变为绿色，湿润的脱脂棉311变成黄色，振荡器37再次震荡第三容器30，第三容器30溶液颜色变为蓝色，第三容器30虽有鼓起的现象，但仍处于挤压状态，而铜离子呈蓝色，二氧化氮溶解在水中呈黄色，两者混合色为绿色，因此振荡器37震荡第三容器30后，溶液中的二氧化氮很快消失，能够得出该红棕色气体为二氧化氮，再根据化合价守恒，得出第三容器30中的二氧化氮遇水生成硝酸和一氧化氮，从而再次验证了金属与稀硝酸反应生成无色的一氧化氮，而不是二氧化氮，并且一氧化氮遇到氧气反应生成二氧化氮。

（2）二氧化氮实验过程

首先进行预处理试验，目的是除去容器中的氧气，避免影响学生直观认识，如图3所示，第一容器10内盛装有浓硝酸溶液103，第一棒杆11下端部的第一金属丝14位于第一容器10内液面的上方，关闭第三铁夹33，防止推进容器35内的氧气进入容器中，并对第三容器30进行挤压处理，使其处于压缩状态，打开第二铁夹23、第一铁夹13、第四铁夹34，下移第二棒杆21，使其下端部的第二金属丝24浸没在第二容器20内的稀盐酸或稀硫酸溶液中，这时发生反应生成氢气，最终氢气会充满第三容器30，且第三容器30鼓起，这样能将各个容器中空气尽数排出，以此达到除氧的目的，上移第二棒杆21，使其下端部的第二金属丝24位于第二容器20内液面的上方，停止发生化学反应，关闭第二铁夹23、第四铁夹34，挤压第三容器30，使其处于压缩状态，再打开第四铁夹34，避免透明无色气球15内充满气体而鼓起，防止影响后续操作及判断。

其次，关闭第四铁夹34，下移第一棒杆11，使其下端部的第一金属丝14浸没在第一容器10内的溶液中，两者发生化学反应，透明无色气球15变大，同时能够观察到变成红棕色，即有红棕色气体产生，然后，上移第一棒杆11，关闭第一铁夹13，打开第四铁夹34，红棕色气体进入第三容器30，第三容器30鼓起，第三容器30内的溶液变为绿色，湿润的脱脂棉311变成黄色，关闭第四铁夹34，打开第三铁夹33，第三容器30内前后无明显现象，第三容器30的压缩状态也无明显变化，说明第三容器30内无一氧化氮，即得出上述反应中不产生一氧化氮，而是二氧化氮，关闭第三铁夹33，振荡器37震荡第三容器30，第三容器30中的溶液变蓝，红棕色气体逐渐消失，再次打开第三铁夹33，第三容器30中逐渐出现红棕色气体，再次验证上述反应中不产生一氧化氮，而是二氧化氮，同时得出二氧化氮遇水生成硝酸和一氧化氮，最后得出金属与浓硝酸反应生成红棕色二氧化氮，而不是无色的一氧化氮。

以上可知，金属材质与稀硝酸反应生成一氧化氮，而不是二氧化氮，同时，金属材质与浓硝酸反应生成二氧化氮，而不是一氧化氮，使得学生更加清晰直观地观察反应过程及反应物，以及反应物的性质，不易将两者混淆，易于学生理解掌握要点，所述发生装置结构简单，易于操作，便于区分，能够合理处理上述反应中所产生的有害气体一氧化氮和二氧化氮，不会进入外界环境，避免造成环境污染，而且实验人员也不会吸入一氧化氮和二氧化氮有害气体，不会危害其身体健康，安全性好，可放心进行试验，还能控制实验反应过程，获得更多的观察时间，节省试剂，

本发明所述一种化学反应气体的发生装置，使得学生更加清晰直观地观察金属与浓、稀硝酸反应过程及反应物，并且反应物能够集中到透明无色气球内，能更加清楚的观察到无色的一氧化氮和红棕色的二氧化氮，不易将两者反应物混淆，以及强化了对反应物性质的认识，易于学生理解掌握要点，而且本发明结构简单，易于操作，无环境污染，安全性好，成本低，节省试剂，易于控制实验反应过程，增强了实验的趣味性和直观性，有效激发学生的学习兴趣。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。