氢气在氯气中燃烧的一体化实验装置及方法与流程

[0001]
本发明属于化学实验设备技术领域，具体涉及到一种氢气在氯气中燃烧的一体化实验装置及方法。


背景技术：

[0002]
在中学的化学教科书中，“氢气在氯气中燃烧实验”是一个重要的经典课堂演示实验。一般的中等化学教材中都采用一种方法，即将氢气点燃后插入盛满氯气的集气瓶中，氢气在氯气中安静的燃烧，观察火焰的颜色及其实验现象。教材中的实验方法尽管现象明显，但却存在很多缺点：第一，氯气通常采用浓盐酸和二氧化锰加热反应来制取，由于浓盐酸在加热条件下易挥发出大量的氯化氢气体，使得产物氯气中含有的杂质会干扰燃烧实验；第二，燃烧所需的氢气和氯气，都需要用复杂制备系统，存在反应物消耗量大、不便于装卸清洗等问题；第三，氢气在氯气中燃烧时，瓶内的氯气及其燃烧时生成的氯化氢气体容易从集气瓶口外逸，会造成室内环境污染。这些问题为实验教学带来了较大的困难，增加了实验准备的工作强度，也不符合绿色化学和环境保护的理念。
[0003]
针对上述情况，我们对该实验仪器和装置进行了改进，研究设计了氢气在氯气中燃烧的一体化实验装置及方法，改进后的实验装置能够使氢气、氯气的制取以及氢气在氯气中燃烧实验在封闭空间进行，避免有害气体的逸出，有效解决了实验对环境的污染问题，克服了教材中及其有关改进实验中的不足。


技术实现要素：

[0004]
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种提高氢气在氯气中燃烧实验的可操作性，避免有害气体的逸出，降低污染和试剂消耗的氢气在氯气中燃烧的一体化实验装置及方法。
[0005]
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在支架上设置有储液杯，储液杯内装有液体反应试剂，储液杯通过流量调节器与接输器联接，支架上通过夹子设置有位于接输器下方的反应器，反应器内设置有筛板，筛板上装有固体反应试剂，反应器上设置有气压平衡管，反应器底部设置有排液阀，底座上设置有位于反应器下方的烧杯，在支架上通过夹子设置有燃烧喷嘴，接输器通过导气管与设置于燃烧喷嘴内的内管相联通，支架上设置有位于燃烧喷嘴上方的锥形瓶，锥形瓶内设置有海绵垫，支架上通过夹子分别设置有第一试管、第二试管、第三试管，第一试管、第二试管、第三试管上端分别设置有橡胶塞盖，第一试管内设置有海绵条，第一试管通过设置有三通阀门的三通导管与第二试管相联通，第一试管上端的橡胶塞盖上设置有出气管，第二试管通过三通导管与燃烧喷嘴相联通，第二试管通过导管与第三试管相联通，第三试管上端橡胶塞盖上设置有胶头滴管，第三试管通过导管与单向鼓气球相联通。
[0006]
使用上述实验装置的方法，它由以下步骤组成：
[0007]
(1)制备氢气与氢气验纯
[0008]
打开流量调节器，调节储液杯内的硫酸溶液滴速为2～3滴/秒，硫酸溶液与锌粒反应产生氢气，采用排水法将氢气收集到试管中，靠近酒精灯火焰对氢气进行验纯，点燃氢气时，发出尖锐爆鸣声表明气体不纯，声音小表示气体纯，验纯后，产生的氢气通过导气管进入内管，点燃燃烧喷嘴的出气口的氢气；
[0009]
(2)制备氯气
[0010]
打开三通导管上的三通阀门，使第二试管通过三通导管与燃烧喷嘴相联通，关闭第一试管和三通导管的联通，将胶头滴管中2～3ml浓盐酸逐滴滴加到第三试管中，与第三试管中的高锰酸钾发生反应产生氯气，挤压单向鼓气球，将气体吹出第三试管，收集于第二试管中的饱和食盐水溶液上方，等待与氢气发生反应；
[0011]
(3)氢气在氯气中燃烧
[0012]
步骤(2)反应产生的氯气进入燃烧喷嘴与步骤(1)点燃的氢气发生燃烧反应，蓝色的火焰变成苍白色，在锥形瓶内观察到有白色烟雾生成；
[0013]
(4)检验产物
[0014]
关闭流量调节器，打开三通导管上的三通阀门，关闭第二试管与燃烧喷嘴的联通，使第一试管通过三通导管与燃烧喷嘴相联通，反应结束后，取出锥形瓶中的海绵垫，将锥形瓶中残留液体滴于蓝色石蕊试纸上，试纸由蓝色变为红色，证明产物显酸性，在锥形瓶中滴加滴硝酸银溶液，产生不溶于稀硝酸的白色沉淀，证明产物是氯化氢。
[0015]
本发明采用了氢气发生装置反应产生的氢气进入内管与氯气发生装置反应产生的氯气进入燃烧喷嘴中发生燃烧反应，在锥形瓶内观察火焰的颜色和实验现象，使氢气、氯气的制取以及氢气在氯气中燃烧实验在封闭空间进行，避免有害气体的逸出，有效解决了实验对环境的污染问题，能够提高氢气在氯气中燃烧实验的可操作性，有利于课堂演示，方便学生动手操作，提升教学质量，在教学过程能达到直观、形象、生动、有趣的教学效果。本发明具有成本低、制作容易、简单易行的优点。本发明适用于氨气在氧气中的燃烧实验、乙炔在氧气中的燃烧实验、硫化氢在氧气中的燃烧实验、二氧化硫气体与硫化氢气体反应、氨气与氯化氢气体反应等的实验装置。
附图说明
[0016]
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0017]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]
如图1所示，本实施例的氢气在氯气中燃烧的一体化实验装置由储液杯1、锥形瓶2、海绵垫3、内管4、燃烧喷嘴5、三通阀门6、三通导管7、支架8、胶头滴管9、夹子10、底座11、单向鼓气球12、第三试管13、第二试管14、出气管15、第一试管16、海绵条17、烧杯18、排液阀19、反应器20、筛板21、气压平衡管22、固体反应试剂23、接输器24、导气管25、流量调节器26、液体反应试剂27联接构成。
[0019]
在支架8的上端板的孔中安装有储液杯1，储液杯1内装有液体反应试剂27，液体反
应试剂27为20％的h
2
so
4
溶液，储液杯1通过流量调节器26与接输器24联接，流量调节器26能够控制反应液的滴加速度，调节气体的产生速度。在支架8上通过夹子10安装有位于接输器24下方的反应器20，反应器20内安装有筛板21，筛板21上装有固体反应试剂22，固体反应试剂22为在cuso
4
溶液中浸过的锌粒，反应器20上安装有气压平衡管22，反应器20底部安装有排液阀19，底座11上放置有位于反应器20下方的烧杯18，筛板21上部的反应器20与筛板21下部的反应器20之间通过气压平衡管22平衡上下气压，当筛板21下部的反应器20内液面高度高于气压平衡管22的下端口时，打开排液阀19将废液排入烧杯18中。在支架8上通过夹子10安装有燃烧喷嘴5，接输器24通过导气管25与内管4相联通，燃烧喷嘴5内安装有内管4，在支架8的上端板的另外一个孔中安装有位于燃烧喷嘴5正上方的锥形瓶2，锥形瓶2内放置有蒸馏水润湿的海绵垫3，支架8通过夹子10分别安装有第一试管16、第二试管14、第三试管13，第一试管16、第二试管14、第三试管13上端分别盖有橡胶塞盖，第一试管16内装20％naoh溶液和液面上部均匀填充的浸润过naoh溶液的海绵条17，海绵条17和naoh溶液能够更好的吸收尾气。第一试管16通过三通导管7与第二试管14相联通，三通导管7上安装有三通阀门6，第一试管16上端橡胶塞盖上安装有出气管15，第二试管14通过三通导管7与燃烧喷嘴5相联通，第二试管14中装有饱和食盐水，饱和食盐水能够不消耗氯气同时除去气体中的氯化氢气体，净化氯气。第二试管14通过导管与第三试管13相联通，第三试管13上端橡胶塞盖上设置有胶头滴管9，第三试管13通过导管与单向鼓气球12相联通，第三试管13内装有高锰酸钾粉末，单向鼓气球12用于鼓吹第三试管13中产生的氯气，保证氯气不泄露。
[0020]
本实施例的操作步骤如下：
[0021]
(1)制备氢气与氢气验纯
[0022]
打开流量调节器26，调节储液杯1内的硫酸溶液滴速为2～3滴/秒，硫酸溶液与锌粒反应产生氢气，采用排水法将氢气收集到试管中，靠近酒精灯火焰对氢气进行验纯，点燃氢气时，发出尖锐爆鸣声表明气体不纯，声音小表示气体纯，验纯后，产生的氢气通过导气管25进入内管4，点燃燃烧喷嘴5的出气口；
[0023]
(2)制备氯气
[0024]
打开三通导管7上的三通阀门6，使第二试管14通过三通导管7与燃烧喷嘴5相联通，关闭第一试管16和三通导管7的联通，将胶头滴管9中2～3ml浓盐酸逐滴滴加到第三试管13中，与第三试管13中的高锰酸钾发生反应产生氯气，挤压单向鼓气球12，将气体吹出第三试管13，收集于第二试管14中的饱和食盐水溶液上方，等待与氢气发生反应；
[0025]
(3)氢气在氯气中燃烧
[0026]
步骤2反应产生的氯气进入燃烧喷嘴5与步骤1点燃的氢气发生反应，蓝色的火焰变成苍白色，在锥形瓶2内观察到有白色烟雾生成；
[0027]
(4)检验产物
[0028]
关闭流量调节器26，打开三通导管7上的三通阀门6，关闭第二试管14与燃烧喷嘴5的联通，使第一试管16通过三通导管7与燃烧喷嘴5相联通，反应结束后，取出锥形瓶2中的海绵垫3，将锥形瓶2中残留液体滴于蓝色石蕊试纸上，试纸由蓝色变为红色，证明产物显酸性，在锥形瓶2中滴加滴硝酸银溶液，产生不溶于稀硝酸的白色沉淀，证明产物是氯化氢。
[0029]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。