便携式多功能化学实验装置的制作方法

专利名称：便携式多功能化学实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于化学实验的装置。尤其涉及便携式多功能化学实验装置。
背景技术：
在现有技术中，中学化学教材上原实验装置涉及多种仪器(参阅图6～16)；它不但操作繁锁，而且组装均较麻烦；有的化学实验还需要用酒精灯加热，从总体上来计算，全国要消耗为数不少的酒精来用于化学实验的教学；有的化学实验，在实验过程中还会产生有害气体而污染环境；有的化学实验要有支撑装置，，需涉及多种仪器，也不便老师携带。原用于教学的化学实验装置请参阅图6的制取二氧化碳的实验装置；图7的二氧化碳的实验；图8的二氧化碳灭火的实验；图9的制取氨的实验装置；图10的白磷的燃烧实验；图11的铜与硝酸反应的实验；图12的渗析实验；图13的制取氯化氢的实验装置；图14的制取氯气的实验装置；图15的制取氧气的实验装置；图16的氢气的燃烧及氢气与空气混合的爆炸实验装置。本实用新型的目的是提供用于教学的结构简单，操作方便，不污染教学环境，不使用酒精灯加热的便携式多功能化学实验装置。
技术方案本实用新型所述的一种便携式多功能化学实验装置，其特点是它包括一个外管，外管的底端有与外管构成一体的并封住底管口的底座，外管的上端是与外管构成一体的内壁为磨砂面的锥形管口，外管上端偏下处有与外管相通的侧管，外管内有从锥形管口插入的底端封闭的内管，内管的上段在处于外管口段是与外管锥形管口内锥面相吻合的有磨砂面的膨大段，膨大段的上端是与内管构成一体的内壁为磨砂面的锥形管口，锥形管口盖有下端段为锥形体的表面为磨砂面的管口塞，内管的壁上在低于外管的侧管以下处有通孔。
有益效果下面通过具体的化学实验来体现本实用新型的有益效果。
二氧化碳的制取和性质实验往图1所示实施例1便携式多功能化学实验装置的内管3放入有石灰石碎块，在离内管气孔上下约1.5cm处，各贴上湿蓝色石蕊试纸，向外管2内注入5ml新制的澄清石灰水，将内管3插入外管2，向内管3加入2mlHCl溶液(1∶4)便有二氧化碳生成，此时塞紧管口塞7，0.5min后气孔之下的蓝试纸变红，1min后气孔之上的蓝试纸变红。这可证明CO2密度比空气大、同时证明CO2是酸性氧化物，它的水溶液显酸性，片刻可见石灰水变浑浊。将内管慢慢取出，用燃着的木条伸进外管，火焰熄灭，即可证明CO2具有灭火性。把内管上变红的试纸条取下来，用热水冲洗又变蓝，这是由于碳酸很不稳定，很容易分解成二氧化碳和水，所以能使变红的试纸又变蓝。它用一套实验装置，连续做完了CO2的制取和CO2性质的实验。省去了图6、图7、图8所示的由多套实验装置完成的实验，方便、节时、省药。
快速集氨实验往图1所示实施例1便携式多功能化学实验装置的外管2放入5gNaOH，从外管2的上口将内管3装进外管2，向内管3注入饱和NH4CI溶液，从小孔10流出适量的NH4CI溶液与外管底部的NaOH反应产生氨气，只要向内管增添NH4CI溶液，即可多次集氨。在侧管9管口部套一段乳胶管可做教材上氨性质的分组实验。
该装置利用NaOH的溶解热，代替用酒清灯加热。克服了使用原图9所示实验装置，利用熟石灰与铵盐装入大试管加热，容易损坏大量试管的弊端。若需大量快速集氨，可把饱和的NH4CI溶液换成浓氨水。
本装置在实验室制氨用药量少、实验快捷、节能、操作方便。
银镜反应实验往图1所示实施例1便携式多功能化学实验装置的内管3注入新制的银氨溶液1.5ml，向外管2注入70℃的热水，其液面低于内管3的小孔10，将内管3装入外管2，然后往内管3滴入3滴乙醛后充分振荡，静置，1min后内管出现光亮的银镜。用甲醛代替乙醛实验现象更好。往内管3滴加浓硝酸可以很快除去银镜。选用一套相同的实验装置向洁净的内管3内注入1ml10％的NaOH溶液，滴加5％的CuSO4溶液2-3滴，再加1ml10％的葡萄糖溶液，振荡，然后放入盛有90℃热水，液面低于内管3上的小孔10的外管2内，3-4min在内管壁上出现砖红色的沉淀。
采用最简便的水浴，所用热源由热水提供不耗酒精，不用支架支撑装置，特别节省药品，实验过程现象明显、安全，减少实验教师的劳动强度，提高了工作效率。
白磷在水中燃烧的实验取图4所示的便携式多功能化学实验装置做白磷燃烧实验，取图1所示的便携式多功能实验装置做制氧装置。由图4、图1所示的两个装置组装成完成本实验的联合装置。
操作步骤及实验过程如下将图4所示的内管3取出。用镊子将新切的白磷碎块(黄豆粒大小)放进内管3，向内管3加入1.5ml水，内管的上口6塞上带玻璃导管15插入孔的橡胶塞7，从橡胶塞7的插入孔插入玻璃导管15，使玻璃导管15的锥形嘴到达内管3的底部，向外管2内注入40～50℃的热水，再放入5gNaOH，摇匀使NaOH溶解，此时将准备好的内管3插入外管2内。
把图1所示的内管3取出，横放外管2，向外管2内加入1gMnO2粉末后直立放稳。把内管3插入外管2，打开内管3管口6上的带有磨砂面的管口塞7，把30％的H2O2加入内管3，液面控制在内管3上的小孔10以下。
向图1所示的内管3内继续加入30％的H2O2。使H2O2液面上升从小孔10流出与外管2内的MnO2反应，用管口塞7盖住内管3的上管口6。此时立刻将图4所示导管15上的胶管16与图1所示的外管2上的侧管9接通，H2O2与MnO2反应所生成的氧气通过胶管16进入导管15，氧气到导管15底部后与白磷充分接触，立刻发生反应产生耀眼的白光，且有大量的白烟产生(即生成P2O5)。迅速冒出水面从小孔10流出进入内管3与外管2之间的空腔内。
为消除有毒的P2O5，将图4所示装置倾斜，使NaOH浓溶液从内管3小孔10进入内管，并不断振荡，使NaOH浓溶液与生成的P2O5充分反应，生成无毒物质。最后用水冲洗干净，使装置复原。
教学效果一、本实验深刻揭示出物质燃烧的两个充分条件1、需达到着火点的温度2、要与氧气的充分接触。只要能满足上述这两个条件，哪怕在水中也能燃烧，这样学生对燃烧的概念拓宽了知识面。
二、改变了图10所示的原白磷的燃烧实验中用热水加热白磷的实验，白磷直接在空气中燃烧生成大量有毒的P2O5污染了教学环境。
三、教材中实验室制氧，往往采用加热KMnO4或KCIO3与MnO2混合物的常规方法。利用便携式多功能化学实验装置，采用H2O2与MnO2反应，不用酒精灯，不用排水集气，还减少了组装仪器的麻烦。
渗析实验向图2所示的便携式多功能化学实验装置内管3注入氯化钠饱和溶液和淀粉胶体的混合溶液，向外管2内注入蒸溜水20ML，将内管3插入外管2，静置3min；从外管2的侧管9倒出渗出混合溶液，均匀分装在两支试管里。向其中一支加入2％AgNO3溶液，白色的沉淀生成。向另一支试管里加碘水，溶液不变蓝。从而证明了CI-能透过砂芯片的微孔，淀粉则不能。砂芯片能起到半透膜的作用，能使离子从胶体中分离出去。
教学效果此种理想成型的仪器，填补中学理科配备目录的一项空白。该仪器做渗析实验准备容易，演示时操作简单。现象明显。实验完毕，洗净复原，能久置还能重复使用。
本实验装置克服了图12所示原实验中用动物膀胱或肠衣作半透膜所遇到的油腻腥臭的弊端，还解决了没有专用实验仪器的困难。
铜与浓硝酸的反应取出图3所示的便携式多功能化学实验装置的内管3，往外管2内注入10％NaOH溶液20ml，将内管3插入外管2；向内管3注入65％HNO3溶液1.5ml；把铜丝12插入内管3内，使螺旋头达到内管的底端，铜丝12的上段3插进内管3管口橡胶塞7小孔内。当铜丝底端的螺旋头14浸没在浓HNO3溶液中时，立刻产生红棕色NO2；同时，还有绿色的Cu(NO3)2生成。若将铜丝底端的螺旋头提起离开浓HNO3时，反应即停止。
将本装置倾斜不断振荡，让NaOH溶液从小孔进入管内管3，能消除NO2，且有蓝色的Cu(OH)2生成。最后用水冲洗干净本装置。
图11所示的原铜与硝酸的反应实验，在实验过程中会产生污染环境的NO2、NO有害气体，操作也显得苯拙。本装置克服了原实验中的弊端。
快制氯气实验取出图1所示的便携式多功能化学实验装置的内管3，往外管2放5gKMnO4，插入内管3，打开内管3上磨口塞7，加入5mlHCI36％，立刻产生黄绿色的氯气。可从外管2的侧管9的管口接上弯导管，采用向上排空气集气法收集氯气。这样得到的氯气能做教材上的氯气性质的各种实验。
实验效果使用本装置做快制氯气实验，克服图14现行教材上采用的在实验室中制取氯气组装麻烦；可省去酒精灯及一些支撑装置。
制取H2S和SO2及该气体氧化一还原反应实验取出图1所示的便携式多功能化学实验装置的内管3，用红胶头封闭外管2侧管9管口，外管2内放FeS碎块，加入1∶4的HCI10ml，产生H2S后迅速将内管3插入外管2，内管3放入Na2SO3和1∶4 H2SO4产生SO2，对两气体检验之。然后对本装置稍作振荡，管壁上迅速覆盖一层淡黄色硫，将灌有10％的NaOH溶液用注射器的针头刺入红胶头注入NaOH溶液使其反应，来消除没反应完的毒害气体。最后，再用新制的石灰水浸泡冲洗附着在多用管上的硫。
二氧化硫的制取和性质实验取出图1所示的便携式多功能化学实验装置的内管3，在紧挨内管3小孔10的上方，贴一层湿品红试纸圈在离内管小孔10两厘米处，各贴一层湿蓝石蕊试纸圈，往内管3放入1gNa2SO3结晶粉未，向外管2内放NaOH，然后小心的将内管3插入外管2，从内管3的管口注入2mlH2SO4溶液(1∶4)，塞紧磨口塞7，立刻产生SO2气体。随着反应的继续进行，H2SO3的量越来越大，况且此反应是一个放热反应。
H2SO3只能存在于溶液中，它很不稳定，容易分解成为H2O和SO2。SO2溶于水的反应是一个可逆反应，，由于[H2SO3]＞[SO2]，所以平衡左移，SO2的量越来越大，一部分SO2在内管2ml的溶液里进行可逆反应而大量SO2脱离了液面进入外管2至内管3之间的空腔内，且能于湿的试纸上的水反应，生成H2SO3。而，H+使蓝石蕊试纸变红，由下而上，这说明ρSO2＞ρ空气。
当品红溶液里通入SO2后，相互接合而生成不稳定的无色化合物，改变了发色基团的结构，品红的试纸逐渐退色，这就是二氧化硫的漂白性。
打开磨口塞7，往内管3内加热水，从内管3小孔流出与外管2内的NaOH反应产生了溶解热。热碱溶液至小孔10下方停止加水。此时，内管3上退了色的品红试纸受热又变成了红色，这说明二氧化硫跟某些有色物质化合生成无色物质的不稳定性，容易分解而恢复原来有色物质的颜色。
而内管3小孔10之下已变红的石蕊试纸，在碱液中又变蓝；小孔10上已变红的石蕊试纸，在没有接触碱液时还是红的。这说明，外管还有大量的SO2存在，为消除这一毒害有刺激性的气体，可将本装置倾斜振荡，用浓碱液消除毒气。
实验效果使用本装置除能完成教材上的二氧化碳的漂白性实验外，还有明显的五项进步1、可测ρSO2＞ρ空气2、揭示出H2SO3的不稳定性及SO2与H2O反应生成H2SO3可逆反应原理。3、用增大生成物[H2SO3]又升高温度，促使平衡左移，可生成大量的SO2。4、本装置即是气体SO2的发生器，又是这一毒害刺激性气体的消除器。5、可培养学生分析、综合、创新能力。
快速集氧不加热实验把图1所示的便携式多功能化学实验装置的内管3取出，往外管2放入1gMnO2粉末，插入内管3，打开磨口塞7，向内管3注入30％的H2O2溶液，从内管3中部小孔10流出，与MnO2反应，塞紧磨口塞，在外管2的侧管9的管口上连接导管，即可用集气瓶收集氧气备用。
实验效果使用本装置制氧不加热，快捷、安全，便携。改变了实验室用KMnO4或KCIO3与MnO2加热制氧的常规做法，它使用的仪器多，组装麻烦。
安全爆鸣实验先取出图1所示的便携式多功能化学实验装置的内管3，往外管2内加入少量锌粒(4粒)，接着向外管2内注入1∶9的H2SO4溶液1.5ML，为加速反应，再加入几滴CuSO4溶液，然后往内管3内加入少量的豆粒大小的MnO2，再加入3％的H2O2溶液2ML，将内管3插入外管2，塞紧磨口塞。在外管2的侧管9管口接上一个带有玻璃管19的软管，使玻璃管19的喇叭口通入盛发泡液的水槽里，能吹出大量的气泡，移出玻璃19管再持燃着的木条点燃，会产生响亮的爆鸣声。还能吹起升空的气球，可证明氢气的密度比空气小。
图16所示教材上的实验装置不足之处(1)启普发生器延用多年，用药量大；(2)做氢气与空气混合爆炸实验，师生都会产生畏惧心理，又因所用气体无色，直观上不易掌握，成功率往往不高；(3)氢气吹肥皂泡，还需经过干燥器，组装麻烦。
实验效果使用本装置制氧不加热，快捷、安全，便携。改变了实验室用KMnO4或KCIO3与MnO2加热制氧的常规做法，使用的仪器多，组装麻烦。
制取氯化氢及性质验证实验1、实验的准备在一洁净的漏斗内侧中上部，贴一湿润的蓝色石蕊试纸，倒扣在盛有150ml0.01mL/LAgNO3溶液的烧杯中。还需在漏斗颈接一段乳胶管。
2、HCI制取及性质验证取出图1所示的便携式多功能化学实验装置的内管3，往外管2注入20ml 37％的盐酸，在外管2的侧管9口上接通上述准备好了的乳胶管。插入内管3，打开磨口塞，向内管3内注入液面高于内管3小孔的98％H2SO4。很快产生氯化氢气体，它能使湿蓝色试纸变红，说明显酸性，有H+存在。氯化氢气体通过乳胶管进入烧杯内，使烧杯内的AgNO3溶液产生白色的沉淀，这说明有CI-存在，该反应的原理是浓H2SO4溶于水放出大量的热，致使盐酸中的HCI的溶解度减小，有大量HCI挥发出来。浓盐酸中有水被浓硫酸所吸收，由于溶剂的减少，也有HCI挥发出来，此时，可明显地观察到在倒扣漏斗里水面迅速上升，当升到1/2体积且能停止，证明HCI极易溶于水。
3、与图14教材中的实验装置比较(1)教材上实验装置，涉及的仪器有13种，组装麻烦。
(2)教材上的实验需要加热，使用酒精灯。
(3)本装置，简单易行不需加热，利用浓硫酸的溶于水放热，使盐酸中的HCI溶解度减少，有大量的HCI从盐酸中挥发出来，这是主要因素。浓硫酸吸收盐酸中的水，使HCI的溶解度减少，也能使HCI从盐酸中挥发出来。
(4)本装置在制氯化氢气体的同时，其性质验证实验也做完了。
碘升华及多相分子运动的试验取出图1所示的便携式多功能化学实验装置的内管3，往外管2内放入微量碘的细末，插入内管3，打开内管3上的磨口塞7，向内管3内注入酒精至内管3的小孔之下，燃着一根火柴，放在外管2底部均匀加热，片刻，受热后的碘变为碘的蒸气从外管2底部向上升起，且有碘的小晶体凝结在内管3底部，好象磁铁吸着的铁粉，这就是碘升华。同时还可看到内管里的酒精变黄。这说明碘分子不但能在气相中运动，而且也能运动到液相中去。若不小心散落到橡胶台布上，还能运动到固相中去。用酒精棉球可以拭去污迹。将本装置倾斜，酒精能从内管流出，振荡后，能把附着在管壁上的碘晶体溶解，制成碘酒溶液，这样可以除消碘的毒害，还配成了碘酒。
实验效果本装置操作简单，现象明显，加深了学生对升华、分子运动和溶解概念的理解，拓宽了知识面。


图1是便携式多功能化学实验装置实施例1的结构图。
图2是便携式多功能化学实验装置实施例2的结构图。
图3是便携式多功能化学实验装置实施例3的结构图。
图4是便携式多功能化学实验装置实施例4的结构图。
图5是便携式多功能化学实验装置实施例5的结构图。
图6是原实验室制取二氧化碳的实验装置。
图7是原实验二氧化碳物理性实验装置。
图8是原实验室二氧化碳物理性质实验装置。
图9是原实验制取氨的装置示意图。
图10是原实验室白磷燃烧的实验装置图。
图11是原实验室铜与硝酸反应的实验过程示意图。
图12是原实验室渗析实验装置图。
图13是原实验制取氯化氢的实验装置图。
图14是原实验制取氯气的实验装置。
图15是原制取氧气的实验装置。
图16是原氢气的燃烧及氢气与空气混合的爆鸣实验装置图。
具体实施方案实施例1在图1所示实施例中，一种便携式多功能化学实验装置，其特点是它包括一个外管2，外管2的底端有与外管2构成一体的并封住底管口的底座1，外管2的上端是与外管2构成一体的内壁为磨砂面的锥形管口4，外管2上端偏下处有与外管2相通的侧管9，外管2内有从锥形管口4插入的底端封闭的内管3，内管3上段在处于外管锥形管口段是与锥形管口4内锥面相吻合的有磨砂面的膨大段5，膨大段的上端是与内管3构成一体的壁为磨砂的锥形管口6，锥形管口6盖有下端段为锥形体的磨砂面的管口塞7，内管的壁上在低于外管的侧管9以下处有通孔10。
实施例2在图2所示实施例中，一种便携式多功能化学实验装置，其特点是它与图1所示实施例相比，其结构没有根本性的改变，为了适用于化学课的渗析实验，内管3的底部设计有管口，管口内熔结有片状的有微孔的砂芯滤片11。
实施例3在图3所示实施例中，一种便携式多功能化学实验装置，其特点是为了适用于做铜与浓硝酸反应的实验，将图1中有磨砂的玻璃7改选用橡胶塞，橡胶塞有一个竖向孔，内管3内从上口插入直达底部的铜丝12，铜丝12的底端为螺旋头，铜丝的上段穿入橡胶的竖向孔，侧管8上套有胶帽13。
实施例4在图4所示实施例中，一种便携式多功能化学实验装置，其特点是它将图1所示的磨砂面的管口塞7设计成橡胶塞，由橡胶做成的管口塞7的竖向孔插入直达内管3下端的玻璃管15，玻璃管1 5伸出管口塞7之上段向外侧偏下方弯折，端头段套有一段软管16，插入内管3的玻璃管15底端段为锥形嘴17。
实施例5在图5所示实施例中，一种便携式多功能化学实验装置，其特点是在图1所示的外管2的侧管9的管口段上连接有一根软管18，软管18的另一端管口内插接有插入段为锥形嘴17，露出段端头为喇叭口20的玻璃管19。
权利要求1.便携式多功能化学实验装置，其特征是它包括一个外管(2)，外管(2)的底端有与外管(2)构成一体的并封住底管口的底座(1)，外管(2)的上端是与外管(2)构成一体的内壁为磨砂面的锥形管口(4)，外管(2)上端偏下处有与外管(2)相通的侧管(9)，外管(2)内有从锥形管口(4)插入的底端封闭的内管(3)，内管(3)上段在处于外管锥形管口段是与锥形管口(4)内锥面相吻合的有磨砂面的膨大段(5)，膨大段的上端是与内管(3)构成一体的内壁为磨砂的锥形管口(6)，锥形管口(6)盖有下端段为锥形体的表面的管口塞(7)，内管的壁上在低于外管的侧管(9)以下处有通孔(10)。
2.根据权利要求1所述的便携式多功能化学实验装置，其特征是内管(3)的底端头是与内管(3)相通的的管口，管口处装有封住管口的有微孔砂芯滤片(11)。
3.根据权利要求1所述的便携式多功能化学实验装置，其特征是盖在内管(3)上端锥形管口(6)的管口塞(7)可以换橡胶塞，橡胶塞有一个竖向孔，内管(3)内有一根底端为螺旋头(14)，上端段穿过橡胶塞竖向孔的铜丝(12)，外管(2)的侧管(9)上套有胶帽(13)。
4.根据权利要求1所述的便携式多功能化学实验装置，其特征是管口塞(7)的竖向孔插入有直达内管(3)管筒内底部的端头段为锥形嘴玻璃管(15)，玻璃管(15)在处于管口塞(7)之上段向外下侧弯折，弯折段的管口段有一段软管(16)。
5.根据权利要求1所述的便携式多功能化学实验装置，其特征是外管(2)的侧管(9)的管口段上连接有一根软管(18)，软管18另一端口内插接有插入段为锥形嘴(17)，露出段端头为喇叭口(20)的玻璃管(19)。
专利摘要用于化学教学的便携式多功能化学实验装置，它由带底座的外管，从外管管口，外管的管壁上在锥形管口之下有与之相通的侧管，从外管管口装进外管的内管，内管上段在处于管口段有与锥形管口内锥面相吻合的膨大段，膨大段的上端为锥形管口，锥形管口盖有与之相吻合管口塞，该装置结构简单，操作方便，它单独或与相同装置组成联合装置，可做多项化学实验，做实验不需要用酒精灯加热，实验中克服了有害气体逸散的弊端，它是用于中学化学教学中做化学实验的理想的实验装置。
文档编号B01L99/00GK2691697SQ20032010667
公开日2005年4月13日 申请日期2003年10月28日 优先权日2003年10月28日
发明者杨荫川 申请人:杨荫川