CN102394021A - 一种环保冒烟实验装置及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学化工基础理论研究及基础应用领域，具体涉及一种环保冒烟实验装置及操作方法。本发明装置包括一个瓶口向下固定于铁架台上的蒸馏瓶，其瓶口紧塞的双孔塞中插有两根玻璃管；两个抽滤瓶分别装有浓氨水和浓硝酸，其瓶口紧塞有单孔塞，一个三通玻璃管的两支管分别插入两个抽滤瓶的单孔塞中，三通玻璃管的另一支管联通有一个双链球，两个抽滤瓶的支管分别通过橡胶管与蒸馏瓶双孔塞中的两根玻璃管联通；一装有强碱的试管放置于一个广口瓶中，试管中插有的玻璃管通过橡胶管与蒸馏瓶的支管联通，试管口则塞有不浸有硫酸的棉团。通过本发明装置的实验，能观察并分析NH₃(g)与HNO₃(g)在常温生成NH₄NO₃(s)，操作便捷、环保、现象明显。

Description

一种环保冒烟实验装置及操作方法

技术领域

本发明属于化学化工基础理论研究及基础应用领域，具体涉及一种环保冒烟实验装置及操作方法。

背景技术

在化学教学中，为了说明氯化氢气体与氨气常温就能直接反应生成氯化铵固体，通常方法是，用一根玻璃棒沾上浓盐酸，另一根玻璃棒沾上浓氨水，然后将沾有不同溶液的两根玻棒尽量接近(不是接触)，同时引导学生观察实验现象。这种实验方法虽然操作简单，然而存在几点不足：现象既不够明显，又不能持久，还无法收集和检测反应产物，缺乏强有力的说服力，更严重的是污染了环境，这对培养学生的环保意识带来了极大的负面影响。因此，研究设计出一种采用封闭装置以及快速、安全、有效的环保冒烟实验的方法，成为一种必要。

发明内容

本发明的第一个目的在于针对现有冒烟实验方法的不足，提供一种操作便捷、安全性强、结构简单的环保冒烟实验装置。

本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的：该环保冒烟实验装置，它包括一个瓶口向下倒立着固定于铁架台上的蒸馏瓶，其瓶口紧塞有双孔塞，双孔塞中插有两根玻璃管；两个抽滤瓶分别装有浓氨水和浓硝酸，其瓶口紧塞有单孔塞，一个三通玻璃管的两支管分别插入两个抽滤瓶的单孔塞中，三通玻璃管的另一支管联通有一个双链球，两个抽滤瓶的瓶颈上的支管分别通过橡胶管与所述蒸馏瓶的双孔塞中的两根玻璃管联通；一装有强碱的试管放置于一个广口瓶中，试管中插有一根玻璃管，该玻璃管通过橡胶管与所述蒸馏瓶的支管联通，试管口则塞有不浸有硫酸的棉团。

更具体地说，所述强碱液是氢氧化钠溶液或是醋酸钠溶液。

本发明的第二个目的在于提供一种基于上述环保冒烟实验装置的操作方法，它包括如下顺序的步骤：

(1)将一个紧塞有双孔塞的蒸馏瓶瓶口向下倒立着固定在铁架台上，双孔塞中插入两根玻璃管；

(2)另取两个抽滤瓶，分别加入20ml浓氨水、浓硝酸后，再分别紧塞单孔塞；

(3)将一个三通玻璃管的两支管分别插入两个抽滤瓶的单孔塞中，三通玻璃管的另一支管与一个双链球联通，再将两个抽滤瓶的瓶颈上的支管分别通过橡胶管与蒸馏瓶双孔塞中的两根玻璃管联通；

(4)取一支试管，加入20ml强碱液后，插入一个广口瓶中；

(5)将一玻璃管插入试管中，并通过橡胶管将试管中的玻璃管与蒸馏瓶的瓶颈上的支管联通，再在试管口放一浸有硫酸的棉团；

(6)平缓挤压一下双链球，马上就能清楚观察到蒸馏瓶中有浓浓的白烟产生，若多挤几下双链球，当浓烟消失后，在蒸馏瓶壁上可观察到小的白色颗粒；

(7)当蒸馏瓶壁上粘有可观的白色颗粒时，停止挤压双链球，拆下蒸馏瓶，向蒸馏瓶吹入足量空气以排除未反应完的NH₃(g)与HNO₃(g)，再加5mL蒸馏水于蒸馏瓶中，转动蒸馏瓶将白色颗粒溶解后，把溶液分成两份，以鉴定铵根离子

与硝酸根离子

的存在；

(8)在步骤(7)所得的一份溶液中用硫酸酸化后，加入尿素并加热以消除的干扰，再加入二苯胺的浓硫酸溶液，溶液由无色变为深蓝色，表明试液中确实有

的存在；

(9)在步骤(7)所得另一份溶液中加入强碱后，再加入奈氏试剂K₂HgI₄，溶液立即产生红棕色沉淀，说明试液中有

的存在。

步骤(4)所述强碱液是氢氧化钠溶液或是醋酸钠溶液，步骤(9)所述的强碱是氢氧化钠。

本发明的有益效果在于：

(1)整个实验装置封闭，无有害气体污染空气，对环境非常友好，实现了实验绿色化，有利于培养学生的环保意识和环保责任感。

(2)仪器简单，材料易得，操作方便，现象明显，成功率高(100％)，效果好，能反复多次操作，安全性强。

(3)能方便地收集白烟并能快速检验其组成，大大地增强了实验的说服力和可信度。

(4)为如何将课堂教学与科学研究有机地结合起来发挥积极的促进作用，也是对学生进行个性化教育，拓展良好个性和创造性思维的有效方法。

附图说明

图1是本发明实施例的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图1，本实施例装置中，蒸馏瓶6瓶口向下倒立着固定于铁架台5上，紧塞于其瓶口的双孔塞中插有两根玻璃管13。从图中可见，两个抽滤瓶7中分别装有浓氨水1和浓硝酸3，三通玻璃管9的左右两支管分别插入两个抽滤瓶7的单孔塞中，三通玻璃管9的另一中间支管联通双链球2，两个抽滤瓶7的瓶颈上的支管分别通过橡胶管12与蒸馏瓶6的双孔塞中的两根玻璃管13联通。试管11放置于广口瓶10中，试管11中装有强碱液氢氧化钠溶液4，试管11中插有玻璃管13，玻璃管13通过橡胶管12与蒸馏瓶6瓶颈上的支管联通，试管11的管口塞有浸有硫酸的棉团8。

本发明的操作过程如下：

(1)在蒸馏瓶6的瓶口紧塞一插有玻璃管13的双孔塞后，瓶口朝下固定在铁架台5上。

(2)另取两个抽滤瓶7，分别加入20ml浓氨水、浓硝酸后，再分别紧塞插有玻璃管的单孔塞。

(3)两个单孔塞中的玻璃管是连有双链球2的三通玻璃管9的两支管，再将两个抽滤瓶7的支管通过橡胶管12与固定在铁架台5上蒸馏瓶6瓶口塞的玻璃管13接通。

(4)取一支试管11，加入20ml氢氧化钠溶液4后，插入广口瓶10中。

(5)固定于铁架台5上的蒸馏瓶6的支管通过橡胶管12与插入试管11的玻璃管13联通，再在试管11的管口放一浸有硫酸的棉团8。

(6)参见图1，当一切准备就绪后，平缓挤压一下双链球2，马上就能清楚观察到固定在铁架台5上的蒸馏瓶6中有浓浓的白烟滚滚。

(7)若多挤几下双链球2，当浓烟消失后，在蒸馏瓶6的瓶壁上可观察到小的白色颗粒。

(8)当蒸馏瓶6的瓶壁上粘有可观的白色颗粒时，停止挤压双链球2，拆下蒸馏瓶6，向蒸馏瓶6吹入足量空气以排除未反应的完的NH₃(g)与HNO₃(g)，再加5mL蒸馏水于蒸馏瓶6中，转动蒸馏瓶6将白色颗粒溶解后，把溶液分成两份，以鉴定铵根离子

与硝酸根离子

的存在。

(9)在上述所得的一份溶液中用硫酸酸化后，加入尿素并加热以消除

的干扰，再加入二苯胺的浓硫酸溶液，溶液由无色变为深蓝色，表明试液中确实有

的存在。

(10)向另一份溶液中加入氢氧化钠后，再加入奈氏试剂(K₂HgI₄)，溶液立即产生红棕色沉淀，说明试液中有

本发明的实验原理是：

白烟产生的化学热力学原理：

${\mathrm{\ΔG}}_r^o=-184.01-(-16.636)-(-73.60)$

$=-93.8(\mathrm{kJ}\·{\mathrm{mol}}^{-1})$

上述计算清楚表明，生成硝酸铵白烟的反应吉布斯自由能小于零，且是一个很负的值，说明NH₃(g)与HNO₃(g)在常温是完全可以反应生成NH₄NO₃(s)的。

尾气试管中碱液的作用主要是用来吸收因挤压双链球太快而未反应完的HNO₃(g)。

HNO₃+NaOH＝NaNO₃+H₂O

棉团上硫酸的作用主要是用来吸收因挤压双链球太快而未反应完的氨气NH₃(g)。

H₂SO₄+NH₃＝NH₄HSO₄

因此挤压双链球时不宜太快。若条件不允许，也可用洗耳球代替双链球。实在没条件就直接用嘴向三通玻管支管吹气也可。

尽管白烟的生成会使反应管内产生负压，但因挤压双链球鼓气时使试管内的气压大于外压，因而不会发生倒吸现象。反复实验的结果充分证实了这一推断。

Claims (4)

1.一种环保冒烟实验装置，其特征在于：它包括一个瓶口向下倒立着固定于铁架台上的蒸馏瓶，其瓶口紧塞有双孔塞，双孔塞中插有两根玻璃管；两个抽滤瓶分别装有浓氨水和浓硝酸，其瓶口紧塞有单孔塞，一个三通玻璃管的两支管分别插入两个抽滤瓶的单孔塞中，三通玻璃管的另一支管联通有一个双链球，两个抽滤瓶的瓶颈上的支管分别通过橡胶管与所述蒸馏瓶的双孔塞中的两根玻璃管联通；一装有强碱的试管放置于一个广口瓶中，试管中插有一根玻璃管，该玻璃管通过橡胶管与所述蒸馏瓶的支管联通，试管口则塞有不浸有硫酸的棉团。

2.根据权利要求1所述的环保冒烟实验装置，其特征在于：所述强碱液是氢氧化钠溶液或是醋酸钠溶液。

3.一种基于权利要求1所述环保冒烟实验装置的操作方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：

（1）将一个紧塞有双孔塞的蒸馏瓶瓶口向下倒立着固定在铁架台上，双孔塞中插入两根玻璃管；

（2）另取两个抽滤瓶，分别加入20 ml浓氨水、浓硝酸后，再分别紧塞单孔塞；

（3）将一个三通玻璃管的两支管分别插入两个抽滤瓶的单孔塞中，三通玻璃管的另一支管与一个双链球联通，再将两个抽滤瓶的瓶颈上的支管分别通过橡胶管与蒸馏瓶双孔塞中的两根玻璃管联通；

（4）取一支试管，加入20 ml强碱液后，插入一个广口瓶中；

（5）将一玻璃管插入试管中，并通过橡胶管将试管中的玻璃管与蒸馏瓶的瓶颈上的支管联通，再在试管口放一浸有硫酸的棉团；

（6）平缓挤压一下双链球，马上就能清楚观察到蒸馏瓶中有浓浓的白烟产生，若多挤几下双链球，当浓烟消失后，在蒸馏瓶壁上可观察到小的白色颗粒；

（7）当蒸馏瓶壁上粘有可观的白色颗粒时，停止挤压双链球，拆下蒸馏瓶，向蒸馏瓶吹入足量空气以排除未反应完的NH₃(g)与HNO₃(g)，再加5 mL蒸馏水于蒸馏瓶中，转动蒸馏瓶将白色颗粒溶解后，把溶液分成两份，以鉴定铵根离子NH                                               

与硝酸根离子NO

的存在；

（8）在步骤（7）所得的一份溶液中用硫酸酸化后，加入尿素并加热以消除NO

的干扰，再加入二苯胺的浓硫酸溶液，溶液由无色变为深蓝色，表明试液中确实有NO

的存在；

（9）在步骤（7）所得另一份溶液中加入强碱后，再加入奈氏试剂K₂HgI₄，溶液立即产生红棕色沉淀，说明试液中有NH

的存在。

4.根据权利要求3所述的基于权利要求1所述环保冒烟实验装置的操作方法，其特征在于：步骤（4）所述强碱液是氢氧化钠溶液或是醋酸钠溶液，步骤（9）所述的强碱是氢氧化钠。