一种改进的启普发生装置及其在硝酸性质实验的应用的制作方法

本发明涉及化学实验装置技术领域，更为具体地说是指一种改进的启普发生装置及其在硝酸性质实验的应用。

背景技术：

启普发生器，是一种气体发生器，常被用于固体颗粒和液体反应的实验中以制取气体，典型的实验就是利用稀硫酸和锌粒反应制取氢气。启普发生器是由球形漏斗、葫芦形底座容器和导气管三部分组成，使用时，扭开导气管活塞，反应液由球形漏斗流到底座容器的底部，再上升到中部跟固体颗粒接触而发生反应，产生的气体从导气管放出。不用时关闭导气管的活塞，容器内继续反应产生的气体使容器内压强加大，把反应液压回球形漏斗，使反应液与固体颗粒脱离接触，反应自行停止。使用启普发生器制取气体十分方便，可以及时控制反应的发生或停止。

然而，现有的启普发生器，其葫芦形底座为平底型，且材质为普通玻璃材质，不适合采用明火加热，导致一些需要加热的气体制备实验受到限制。而且，启普发生器的设计常用隔板放置在底座中部实现固液分离功能，但无法更换固体颗粒、液体反应物，导致启普发生器的使用较为局限。为此，我们提供一种改进的启普发生装置，并以其在硝酸性质实验的应用说明其使用方法及优点。

技术实现要素：

本发明提供一种改进的启普发生装置及其在硝酸性质实验的应用，其主要目的在于克服现有的启普发生器不适合采用明火加热，无法更换固体颗粒、液体反应物，导致启普发生器的使用较为局限等缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种改进的启普发生装置，包括圆底烧瓶和球形漏斗，所述圆底烧瓶采用硼硅酸盐玻璃制成，该圆底烧瓶的侧壁相通连接一个支管一，所述支管一上设有一个活塞开关一，所述球形漏斗的下管中下部外侧壁上设有一个用于盛放固体反应物的玻璃漏槽，该玻璃漏槽中设有若干使反应液流出的漏孔，所述球形漏斗上还设有一与所述圆底烧瓶上管口紧密结合的管套，所述管套的上部相通连接一个支管二，所述支管二设有一个活塞开关二。

进一步地，所述圆底烧瓶的上管口为磨口结构，所述管套的下部也为磨口结构。

进一步地，所述漏槽位于所述圆底烧瓶的中上部。

进一步地，所述漏槽为碗状结构，该漏槽的底部及侧壁均开设有漏孔。

进一步地，本发明一种改进的启普发生装置还包括一残液处理容器，所述残液处理容器内装有残液处理溶液，所述支管一通过橡皮管插入至所述残液处理容器内的残液处理溶液中。

进一步地，所述支管二通过橡皮管连接一个倒扣三角漏斗，所述倒扣三角漏斗设于所述残液处理溶液上。

进一步地，本发明一种改进的启普发生装置还包括一个三角漏斗，所述三角漏斗套在所述球形漏斗顶端，该三角漏斗中放有用于吸收有毒气体的棉花。

本发明一种改进的启普发生装置在硝酸性质实验的应用，包括演示硝酸的挥发性、演示碳与浓硝酸反应、演示过氧化氢与二氧化氮的反应、演示铜与浓硝酸反应、演示铜与稀硫酸反应以及演示一氧化氮与氧气的反应。

由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：

1、本发明的圆底烧瓶采用硼硅酸盐玻璃制成，由于硼硅酸盐玻璃有高含量的sio2与b2o3，使得其网络完整性和致密度较好，具有优良的热学性能,可用明火加热，而圆底烧瓶侧壁还增设支管，可方便液体从该支管处流出，以保留反应液可多次换用的功能。而球形漏斗下管中下部设有玻璃漏槽，漏槽中装固体反应物，可通过将球形漏斗取出更换固体反应物，玻璃漏槽中设计有多个漏孔，可及时使反应液流出，达到固液分离的目的。故本发明改进的启普发生装置，可用明火加热，且可以更换固体颗粒及液体反应物。

2、使用本发明改进的启普发生装置，仅用一份中等浓度的硝酸，配合其它反应物，即可在一节课时间里演示六个硝酸的重要性质实验。该发明的仪器巧妙，操作简单、过程可控、现象明显，特别是设计了过氧化氢与二氧化氮的演示实验，在明显观察的黄色溶液褪色的同时，还为下一环节固体反应物的更换提供了充满氧气的安全环境，有利于环保意识和创新精神的培养。

附图说明

图1为本发明圆底烧瓶的结构示意图。

图2为本发明球形漏斗的结构示意图。

图3为本发明的装配示意图。

图4为本发明演示硝酸六个性质实验的设计流程图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。

一种改进的启普发生装置，参照图1至图3，包括圆底烧瓶10和球形漏斗20。其中，圆底烧瓶10采用硼硅酸盐玻璃制成，硼硅酸盐玻璃有高含量的sio2与b2o3，使得其网络完整性和致密度较好，具有优良的热学性能,可用明火加热。保留反应液可多次换用的功能，参照图1，该圆底烧瓶10的侧壁相通连接一个支管一11，所述支管一11上设有一个活塞开关一12，方便反应液体从该处流出。圆底烧瓶10的上管口设计为磨口，用于提高球形漏斗插入后装置的气密性。

参照图2，球形漏斗20的下管中下部外侧壁上设有一个玻璃漏槽21，玻璃漏槽21中盛放固体反应物，通过将球形漏斗取出即可更换固体反应物。该玻璃漏槽21中设有若干使反应液流出的漏孔210，漏孔210可及时使反应液流出，达到固液分离的目的。为了与底部圆底烧瓶紧密结合，该球形漏斗20上设有磨口结构的管套22，管套22的上部相通连接一个支管二23，支管二23设有一个活塞开关二24。

将以上改进后的球形漏斗20插入圆底烧瓶10的上管口，即可组装出可明火加热的启普发生装置，配以酒精灯、尾气处理装置等即可在课堂上使用。

参照图3，以演示碳与浓硝酸性质为例，具体说明装置的用途及设计目的。酒精灯1用于明火加热，设计后的圆底烧瓶10中装浓硝酸，烧杯2中装有氢氧化钠溶液，支管一11连接橡皮管插入烧杯2中的氢氧化钠溶液，用于实验中将部分浓硝酸流出以稀释得到稀硝酸及后期残液处理。球形漏斗20下管中部的玻璃漏槽21中装有焦炭，反应后产生的二氧化氮等气体通过支管二23连接的橡皮管插入氢氧化钠溶液中进行吸收。反应开始后，球形漏斗20瓶口套上一个三角漏斗3，三角漏斗3中放蘸有氢氧化钠溶液的棉花，用于吸收可能外逸的有毒气体。

本发明改进的启普发生装置在硝酸性质实验中的应用。

硝酸的性质涉及面广，如硝酸的挥发性、强氧化性、氮氧化物的转换等，学习硝酸的性质对于提高学生的学科素养具有重要意义。使用本发明改进的启普发生装置，仅用一份中等浓度硝酸，即可完成硝酸的挥发性演示、碳与浓硝酸反应、过氧化氢与二氧化氮反应、铜与浓硝酸反应、铜与稀硝酸反应、一氧化氮的检验等六个演示实验，设计流程如图4。

1、演示硝酸的挥发性

将仪器装配好后，先进行气密性检查。关闭活塞开关一12和活塞开关二24，往球形漏斗20中倒入一定量水，一段时间后，圆底烧瓶10中有气体存在且球形漏斗中液面高度保持不变，说明气密性良好。实验开始后，打开活塞开关二24，往球形漏斗20中加入60ml中等浓度硝酸（浓硝酸与蒸馏水体积比为3:1，浓度太低无法观察到红棕色气体），关闭活塞开关一12和活塞开关二24。在球形漏斗20瓶口放入三角漏斗3，三角漏斗3中放蘸有氢氧化钠溶液的棉花。使用酒精灯加热圆底烧瓶，一段时间后，产生无色气体将硝酸压入球形漏斗20。加热过程中溶液不变黄色且液面能够上升，说明在该加热条件下硝酸不会分解，无二氧化氮生成，产生的气体是硝酸蒸气。设计本实验的目的作为后续有二氧化氮气体生成的对照实验，说明二氧化氮不是硝酸受热分解生成的。

2、演示碳与浓硝酸反应

硝酸的挥发性演示结束后，熄灭酒精灯1，取下球形漏斗20，将三角漏斗3（内有棉花）迅速插入圆底烧瓶10瓶口，防止硝酸蒸气外逸。在球形漏斗20下管的玻璃漏槽中装入一块焦炭，插进圆底烧瓶10让焦炭接触到浓硝酸。明火加热，碳与浓硝酸反应，溶液变为黄色，产生的红棕色气体将反应液压入球形漏斗直至与碳脱离，反应结束。打开活塞开关二24，反应液下降与碳接触继续反应，并把二氧化氮气体排出到氢氧化钠溶液中吸收。由于在该加热条件下，硝酸不分解，说明红棕色二氧化氮是碳与浓硝酸反应得到的产物，溶液变为黄色是由于二氧化氮溶解在硝酸中导致的，工业浓硝酸显黄色可用此演示解释原因。

3、演示过氧化氢与二氧化氮反应

上述反应二氧化氮溶解在硝酸中导致溶液呈黄色影响后续铜与硝酸反应溶液的颜色观察，二氧化氮气体充满启普发生装置中部如不赶出就取下球形漏斗20时会逸出污染空气，本实验利用过氧化氢溶液解决以上两个问题。在碳与浓硝酸实验演示结束后，往球形漏斗20中加入少量过氧化氢溶液，打开活塞开关二24，过氧化氢进入圆底烧瓶10反应液中，与二氧化氮反应生成硝酸，溶液由黄色变为无色。同时，过氧化氢遇热的反应液迅速分解，产生大量的氧气将发生器中部的二氧化氮赶入氢氧化钠溶液中吸收。用带火星的木条检验装置中的无色气体，木条复燃，说明装置中充满氧气。

4、演示铜与浓硝酸的反应

在以上环境中取下球形漏斗20装铜片，再插进圆底烧瓶10中，整个更换固体的过程中装置充满氧气，操作安全无有毒气体逸出。往球形漏斗20中加少量蒸馏水至没过铜片，铜与浓硝酸剧烈反应，溶液变为绿色，生成的红棕色气体将反应液压入球形漏斗20直至与铜片脱离。打开和关闭活塞开关二24，可以控制反应的开始和结束。

5、演示铜与稀硫酸反应

在上述实验结束后，打开活塞开关一12，让一半体积的反应液流入烧杯2的氢氧化钠溶液中。关闭活塞开关一12，打开活塞开关二24，加水至没过球形漏斗20底部，关闭活塞开关二24。加水后，反应液被稀释，溶液变为蓝色，铜与稀硝酸继续反应（课堂演示需要，可加热节约反应时间），开始时有淡黄色气体生成，控制活塞开关二24使气体反复被赶出再继续生成，最后可以观察到接近无色的气体生成。

6、演示一氧化氮与氧气的反应

往球形漏斗20中滴入过氧化氢溶液，关闭活塞开关二24，打开活塞开关一12，过氧化氢进入圆底烧瓶10中与反应液接触，由于cu²⁺的催化作用，过氧化氢分解产生的氧气遇无色气体后变为红棕色，证明该无色气体为一氧化氮。

上述六个实验演示可以在一节课中完成，通过打开与关闭活塞开关二可以控制后五个反应的开始与结束，使整个课堂可以在有条不紊中进行，充分发挥了该装置临时贮存气体的作用。演示完成后，打开活塞开关一12，让装置中的溶液流入烧杯3进行残液处理。关闭活塞开关一12，加水至充满球形漏斗20，打开活塞开关二24，液面下降将装置中的气体全部赶入氢氧化钠溶液进行尾气处理。反复处理残液和尾气，直至启普发生装置中溶液变为无色，实验结束。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。