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实验室制取二氧化碳气体发生装置的创新设计摘要：创新实验教学是化学新课程改革的主要内容,本文从教材中实验室制取二氧化碳发生装置的不足之处,对该装置进行了创新设计。
详细阐述了该装置的设计原理,制作方法,使用方法及实践效果。
关键词:二氧化碳发生装置创新设计创新是指创造新的东西,创新是社会进步的不竭之力,是一个国家繁荣昌盛的推动力和根本保障。
也是素质教育的主要内容之一。
这一目标的实现有赖于在学校的各学科教育教学活动中推行创新性教育,培养学生的创新能力。
化学是一门实验科学。
特别是在中学教育阶段,创新性和探索性实验在激发学生的创新欲望,培养他们的创新意识和创新能力等方面所具有的作用是其他常规实验无法取代的。
在中学化学的实验中,二氧化碳的制取具有很重要的地位。
但在实际应用中,教材中选用的装置有很多不足之处,笔者根据化学实验的要求出发和多年的教学实践,对实验室制取二样化碳的装置进行了创新设计,具体设计方案如下:一、原装置的不足之处原装置如图1所示:图1这两套装置,反应不能随时发生,也不能随时停止,只要稀盐酸溶液加入到试管或锥形瓶内,反应不能控制,固液不能真正分离;不能自动排泄液体,使用很不方便。
二、发生装置的创新设计根据实验需要,以及克服图1装置的不足,新设计的制取二氧化碳的发生装置如图2所示:图2该装置克服了原装置的缺点,并有两点创新之处。
从性能上看,反应能随时发生,能随时停止,固液能彻底分离,排泄液体非常方便。
由于在反应瓶B中,玻璃弯管的创新设计,固体颗粒不能进入弯管,当需停止反应时,夹上止水夹B, 能使液体全部自动回流到漏斗A甁中,实现固液真正分离。
这是利用了物理学中的连通器和气压原理设计的,这是该装置的点睛之处。
另外,在排泄出反应余下的液体设计上,也是应用了物理上的连通器原理和大气压的作用设计的。
三、装置的制作该装置制作的材料采用250毫升的雪碧瓶为主材料,漏斗甁A是截取饮料瓶的瓶口部分,倒置安装而成,在盖子上打孔,倒插Y型玻璃管。
实验室制取气体装置的创新设计（一）——固液不加热装置泗水县杨柳初级中学张辉磊一、教学目标1、知识与技能（1）、具备评价实验方案的能力。
（2）、认识固液制取气体的几套装置及气密性的检查。
（3）、培养学生设计实验的能力。
2、过程与方法（1）、通过对固液发生装置的研究与实验，初步掌握实验方案的评价，及对实验的设计。
（2）、通过小组合作，体验科学的探究学习。
3、情感态度与价值观（1）、培养学生创新和小组合作精神，及设计实验的能力。
（2）、培养学生实验设计的兴趣和习惯。
二、教学重点1、学生设计实验和进行实验能力的培养。
2、培养学生评价实验方案的能力。
三、教学难点1、如何让学生掌握客观、准确的实验方案的评价能力。
2、如何培养学生设计实验的能力。
四、教学方法1、实验探究2、小组合作3、学案导学五、教学仪器、药品铁架台、锥形瓶、试管、底部带破洞的试管、矿泉水瓶、玻璃管、球形干燥管、U形管、长颈漏斗、分液漏斗、水槽、橡皮塞、玻璃导管、橡皮管、粗铁丝、粗铜丝、细铜丝、塑料网、镊子、注射器、输液器、集气瓶、玻璃片、火柴、废液缸、石灰石、稀盐酸等。
五、教学过程学案实验室制取气体装置的创新设计（一）——固液不加热装置一、学习目标：（1）、认识固液制取气体的几套发生装置。
（2）、检查气密性的常见方法。
（3）、具备评价实验方案的能力。
二、小组活动：活动一：讨论交流：对比以下三套固液发生装置，你认为各有什么优点？①②③活动二：1、各小组同学依据提供的仪器、材料，共同讨论设计一套能控制反应的发生装置。
2、某同学实验室制取二氧化碳时，没收集到二氧化碳，请你帮他分析原因：_____________________________________________________.3、想到哪些方法检查你所设计装置的气密性？活动三：1、用本组装置制取并收集一瓶二氧化碳。
2、讨论：结合你们的实验，请你对各个小组的装置和实验效果进行一下评价。
气体的制取、净化与收集——实验装置的设计【情境】用图1所示的装置和药品制取并验证二氧化碳，观察到锥形瓶和集气瓶中的导管口均有大量气泡产生，但集气瓶中的澄清石灰水没有出现浑浊现象，这是为什么呢？图1 图2一、实验室制取气体的装置【思考】图2右边装置和我们以前学习实验室制取气体的装置有何不同呢？二、常见的气体发生装置（固液常温型）三、装置气密性检查方法“气密性检查三部曲”：第一步：________；第二步：_______；第三步：______________。
【典例1】下列检查装置气密性的方法，正确的是 ( )【变式1】如下图所示装置的气密性检查中，漏气的是 ( )【变式2】右图为制取H2并还原Fe3O4的微型实验装置，检查此装置气密性的具体操作是__________________________；若现象为______________________________________ ，则气密性良好。
四、常见气体的净化1.常用的气体净化装置【思考】①装置A一般装哪种状态的干燥剂？使用时气体流向为：_______________。
②装置B一般装哪种状态的干燥剂？使用时气体流向为：_______________。
2.常见气体的净化方法如：除去CO（或者O2）中的CO2可将混合气体通入装有________________的试剂瓶。
如：除去CO2中的CO气体可将混合气体通入灼热________________中。
如: 除去H2中的HCl气体可将混合气体通入装有________________的试剂瓶。
【典例】除去下列物质中的杂质(括号内为杂质)，所选用的试剂与方法正确的是( ) A. CO(水蒸气)：通过浓硫酸洗气B. CO2(HCl)：通过饱和NaHCO3溶液洗气C. NaCl固体(沙子)：溶于水、过滤、洗涤、干燥D. 铁粉(锌粉)：加入稀H2SO4溶液充分反应后过滤【变式】氢化钙(CaH2)常温下能与水反应生成H2，是野外工作人员便携燃料的来源。
常见气体的实验室制备气体实验装置的设计1、装置顺序:制气装置→净化装置→反应或收集装置→除尾气装置2、安装顺序：由下向上，由左向右3、操作顺序：装配仪器→检验气密性→加入药品→进行实验→拆除裝置气体发生装置的类型设计原则：根据反应原理、反应物状态和反应所需条件等因素来选择反应装置。
装置气密性的检验①把导管一端浸入水中，用双手捂住烧瓶或试管，借手的热量使容器内的空气膨胀（或用酒精灯加热），容器内的空气则从导管口形成气泡冒出,把手（酒精灯)拿开,过一会，水沿导管上升，形成一小段水柱，说明装置不漏气。
启普发生器：关闭活塞后，从漏斗注入一定量的水，使漏斗内的水面高于容器内的水面，停止加水后，漏斗中与容器中的液面差保持不再变化，说明启普发生器不漏气。
几种常见气体制备装置：（如何检查装置的气密性）ABCDEFG制氧气:2H2O22H2O+O2↑ 2Na2O2+2H2O＝4NaOH+O2↑制氨气:NH3·H2ONH3↑+H2O制氯化氢:向浓硫酸中滴加浓盐酸制氯气：2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O净化、干燥与反应装置1、杂质产生原因：①反应过程中有挥发性物质，如用盐酸制取的气体中一般有HCl；从溶液中冒出的气体中含有水气.②副反应或杂质参加反就引起，如制乙烯时含SO2；乙炔中的H2S 等.选择气体吸收剂的依据：气体的性质和杂质的性质的差异。
主要考虑的是吸收效果，而不是现象。
选择一种与杂质反应快而且反应完全的除杂剂.一般情况下:①易溶于水的气体杂质可用水来吸收；②酸性杂质可用碱性物质吸收;③碱性杂质可用酸性物质吸收;④水分可用干燥剂来吸收;⑤能与杂质反应生成沉淀(或可溶物）的物质也可作为吸收剂。
选用吸收剂的原则：①只能吸收气体中的杂质，而不能与被提纯的气体反应。
②不能引入新的杂质。
在密闭装置中进行,要保持装置气体畅通.4、气体干燥剂的类型及选择常用的气体干燥剂按酸碱性可分为三类：①酸性干燥剂，如浓硫酸、五氧化二磷、硅胶。
化学实验小型化训练——常见气体的制备及实验装置的连接一、常见气体的实验室制法所用试剂、反应原理：气体所用试剂反应原理H2O2Cl2NH3C2H4C2H2CO2SO2NONO2二、常见气体的实验室制取、净化、收集及尾气处理装置：1、制备装置的选择：根据反应物的状态、反应条件进行选择固+固气固+液→气固（或液）+液气制、制、、制、、、制、、。
【思考】上图制Cl2右侧替代装置中的玻璃管起到什么作用？2、气体的除杂和干燥：干燥装置一般放在其它除杂装置之后洗气瓶（盛装液态试剂）干燥管（盛装固态试剂）3、防倒吸装置吸收易溶于水的气体时防倒吸气体连接装置中的防倒吸装置（安全瓶）【思考】以下装置能防倒吸的是：（）A B C D4、气体收集装置：根据气体密度、溶解性及能否与空气中的某种成分反应等方面进行选择。
排水（或其它液体）法向上排空气法向下排空气法可收集气体有：可收集气体有：可收集气体有：5、量气装置排水（或其它液体）法测体积测吸收装置的增重量洗气瓶或干燥管等装置读取气体的体积之前必须①使试管和量筒（或量气管）内的气体都冷却至室温；②调整量筒（或量气管）内外液面高度使之相同【思考】在盛水的广口瓶和量筒之间的导管中应该先充满水，为什么？6、尾气处理装置：需要处理的气体为有毒、有害及可燃性气体在水中溶解度较小的气体易溶于水的气体可燃性气体贮气瓶处理气体：三、实验方案的设计和仪器的连接：综合实验制备题的一般思考顺序：反应原理→反应物的选择→除杂试剂的选择→仪器的选择→完整实验的组合。
1、连接仪器：一般顺序为气体发生装置→除杂装置→干燥装置（是否必需）→性质检验装置→气体收集装置（如有必要）→尾气处理装置，具体实验会有不同的步骤组合。
【注意】导管在装置连接中的使用方法2、检查装置的气密性：①先要审清题目是检测全套装置，还是其中部分装置气密性；②操作时一定要先将被检测装置变成一个密封体系（如关闭开关、导管出口插入水中等），然后改变气压（如加热、注水等），观察现象；③回答问题时应先叙述操作方法、步骤，再说观察到的现象，最后由现象得出结论。
教学·策略自制实验装置，探究理想气体的状态方程文|龚丽霞物理实验是一个探索过程，是一种认识和理解世界的方式。
物理教学对学生而言较为抽象、复杂，实验教学则凭借自身的探究性、趣味性、直观性特点弥补了这一缺陷。
一、实验原理1.一定质量的气体，在温度T恒定的情况下，气体的压强p与体积V的关系变化，叫作气体的等温变化。
科学家玻意耳和马略特各自通过实验研究发现，一定质量的稀薄气体（可以忽略气体分子之间的势能），近似认为是理想气体；在温度T恒定的情况下，气体压强p与体积V的关系是：p邑1V，即pV=C（C为比例常数）；我们把它叫作玻意耳定律（如图1）。
1V图12.在气体质量一定、压强不变的情况下，气体体积V随其温度T变化的过程称之为气体的等压变化。
通过实验研究发现，低压稀薄气体在质量、压强不变的情况下，其体积与温度成线性关系。
实验表明，在V-T（T是热力学温度）图象中，等压线是一条过原点的直线。
法国科学家盖—吕萨克首先通过实验发现了这一线性关系，这个规律可以表述为：在气体质量、压强不变的情况下，V=CT其中C是比例常数，与气体的种类和质量有关。
该式反映了一定质量的低压稀薄气体的等压变化规律，我们把它叫作盖—吕萨克定律（如图2）。
图23.在低压稀薄气体的质量恒定、体积不变时，气体压强p随体积V的变化过程称之为气体等容变化。
物理学家通过对其实验研究绘制出如图3所示的气体等容变化时的压强随温度变化的关系图象。
通过对图3甲的分析，可以看出，在气体的等容变化过程中，压强p与摄氏温度t成线性关系，但不是正比关系。
如果把图象A B延长使之与横轴t相交（如图3乙）。
如果我们把交点作为坐标系的原点O，建立新的坐标系（如图3丙），那么，此时气体的压强就正比于气体的摄氏温度有关的一个新参量了。
科学家查理通过对实验事实的分析发现，当气体的质量、体积一定时，各类稀薄低压气体的压强与温度都是一次函数的关系。
可以证明，对于质量一定的气体，当它的压强不太大、温度不太低时，图3丙中的坐标原点实际就是热力学温度的0K，也称绝对零度。
气体实验装置的设计【要点精讲】1.一般来说，物质的实验室制法（尤其是中学）所要求的条件大致为：反应尽可能快一些，反应条件尽可能简单，操作比较易行，尽量使制备的产物单一．．．．易于分离；而对反应物的成本、能耗，可以较少考虑，尽可能使用常用的仪器设备，如试管、烧瓶、烧杯等等。
反应较为安全或安全性可控。
2.气体制备实验操作的一般步骤：组装(从上到下、从左到右)→检验气密性→加入药品→排尽装置内的空气→验纯→性质实验或反应→拆除装置。
3.若气体产生需加热，应先用酒精灯加热产生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热。
例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO，再用CO还原Fe2O3，实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯，生成的CO赶走空气后，再点燃Fe2O3的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是：在还原性气体中冷却Fe可防止灼热的Fe再被空气中的O2氧化，并防止石灰水倒吸。
4.实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑停止加热或通气的顺序，如对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后才能停止通氢气，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化，或形成可爆气；拆卸用排水法收集需加热制取气体的装置时，需先把导气管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸；拆卸后的仪器要清洗、干燥、归位。
【典例评析】例1.某研究性学习小组为探究Cu(OH)2受热分解产物及产物性质，设计如下实验。
（1）取0.98g Cu(OH)2固体加热，质量随温度变化的曲线如图1所示，产物A、B的化学式分别为和。
（2）取少量产物B加入足量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在，该反应的离子方程式为。
（3）为证明产物A在加热时能与NH3反应，某同学设计了如图Ⅱ(夹持装置未画出)所示实验装置。
①简述检查该装置气密性的方法。
②实验过程中观察到两个明显现象：i直玻璃管中固体由黑色变为红色；ii装置乙中固体由白色变为蓝色。
能证明产物A与NH3发生了反应的判断依据是 (填选项字母)。
a．只有i可以 b．只有ii可以 c．i或ii都可以解析：此题主要通过实验数据和现象探究产物成分，主要考查学生的分析问题能力和解决问题能力。
（1）很明显A是CuO，n(CuO) ＝0.80g/80g·mol－1＝0.01mol，由A到B失去氧的（0.80g－0.72g）/16g·mol－1＝0.005mol，0.72gB中含有0.01molCu和0.005molO，物质的量为：Cu和O的物质的量之比为2:1，所以B的化学式为Cu2O。
（2）该反应生成了Cu2+和Cu，故该反应的离子方程式为Cu2O＋2H+＝Cu2+＋Cu＋H2O。
（3）②由图1知CuO受热分解生成红色的Cu2O，所以现象i不能说明CuO加热时能与NH3反应；现象ii说明有水生成，从而说明加热时CuO能与NH3反应，故b正确。
答案（1）CuO Cu2O （2）Cu2O＋2H+＝Cu2+＋Cu＋H2O （3）如图连接装置，关闭分液漏斗旋塞，将末端导管浸入水中；用热毛巾捂住烧瓶底部，若导管口有气泡连续冒出，撤掉热毛巾，冷却至室温后导管内形成一段液柱且持续不落，则证明装置气密性良好b 例2.某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按下图装置进行试验（夹持仪器已略去）。
实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。
由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
可选药品：浓硝酸、3mo/L稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳；已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应：2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O（1）实验应避免有害气体排放到空气中。
装置③、④、⑥中盛放的药品依次．．是（2）滴加浓硝酸之前的操作是检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后（3）装置①中发生反应的化学方程式是（4）装置②的作用是，发生反应的化学方程式是（5）该小组得出的结论所依据的实验现象是（6）实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。
甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。
同学们分别设计了以下4个实验来判断两种看法是否正确。
这些方案中可行的是（选填序号字母）a.加热该绿色溶液，观察颜色变化b.加水稀释绿色溶液，观察颜色变化c.向该绿色溶液中通入氧气，观察颜色变化d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化。
解析：（1）装置⑥明显是避免有害气体排放到空气中的尾气吸收装置，氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应：2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O；⑥中盛放的药品是氢氧化钠溶液，装置①中产生的二氧化氮遇到水转化成一氧化氮，装置④中盛放的药品应该是浓硝酸，它将一氧化氮氧化成了二氧化氮，然后被氢氧化钠溶液吸收；装置⑤是排水法收集气体装置，二氧化氮不能用排水法收集，只有一氧化氮能用排水法收集，而稀硝酸不能氧化NO，装置③盛放的药品是稀硝酸。
（2）在装置系统内有还原性极强的一氧化氮，一氧化氮和氧气相遇会产生二氧化氮，在滴加浓硝酸之前检验装置的气密性的操作还必须具有排除空气中氧气的功效，从弹簧夹导入系统的气体一定不会和一氧化氮反应，选择二氧化碳气体，所以加入药品，打开弹簧夹后通入的气体CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中的导管末端伸入倒置的烧瓶内，烧瓶内有气泡产生。
（3）装置①中发生反应的化学方程式是Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
（4）装置②的作用是为探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱提供还原性物质NO，NO2转化为NO最简单的方法是NO2和水反应，发生反应的化学方程式是3NO2＋H2O=2HNO3＋NO。
（5）该小组得出的结论所依据的实验现象是：装置③中液面上方气体仍为无色，稀硝酸不能氧化一氧化氮；装置④中液面上方气体有无色变为红棕色，浓硝酸将无色的一氧化氮氧化成了红棕色的二氧化氮。
（6）硝酸铜受热分解，加热该绿色溶液，观察颜色变化，如果绿色消失，支持甲同学观点；向该绿色溶液中通入氧气，观察颜色变化；4NO2+O2+2H2O=4HNO3,二氧化氮和氧气按体积比4比1合成硝酸，二氧化氮消失，绿色褪去只有蓝色支持乙同学观点；向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化，如果出现绿色，支持乙同学观点。
答案：（1）3mol·L-1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液；（2）通入CO2一段时间，关闭弹簧夹，将装置⑤中的导管末端伸入倒置的烧瓶内；（3）Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O（4）将NO2转化为NO，3NO2＋H2O=2HNO3＋NO；（5）装置③中液面上方气体仍为无色，装置④中液面上方气体有无色变为红棕色；（6）acd【巩固训练】1．下图所示是用于气体制备、干燥(或除杂质)、性质验证、尾气处理的部分仪器装置(加热及夹持固定装置均已略去,各装置可以不用,但不可重复使用)。
请根据下列要求回答问题。
(1)若用A —D —B —E 组合进行探究氨气与氧化铜的反应,则分液漏斗中应加入的试剂是 ,E 装置的作用是 。
(2)为了进行氨的催化氧化实验,若锥形瓶中盛装足量的Na 2O 2粉末,分液漏斗中盛装浓氨水,慢慢打开分液漏斗的活塞,产生的气体通过红热的铂粉,各仪器装置按气流方向从左到右连接顺序是(填字母) ;装置B 中发生反应的化学方程式为 。
(3)若用A —C —D —B 组合进行氢气还原氧化铜实验。
分液漏斗中的试剂是盐酸,C 中试剂是水,其作用是 ;A 中反应开始后,加热B 之前的实验操作是 ,加热后B 中将观察到的现象是 。
2.某实验小组同学利用反应2CuO ＋2Cl 2=====△2CuCl 2＋O 2测定铜的近似相对原子质量，可供选择的装置如图所示。
方案一：通过测定反应物CuO 的质量m (CuO)和产物O 2的体积V (O 2)来测定铜的近似相对原子质量。
(1)按气流方向从左到右用胶管(图中未画出)将选择的仪器组合成一套实验装置，连接顺序如下(用导管口的序号填写)：a →( )( )→( )( )→( )( )→( )( )→b(2)装置B 是由干燥管和碱式滴定管改造而成的测量气体体积的装置，实验前滴定管液面最初的读数为V 1 L ，实验后恢复到室温，调节装置两侧液面相平后得到最终的读数为V 2 L ，则铜的近似相对原子质量的表达式为(设室温时气体摩尔体积为V m L·mol －1)________[用含m (CuO)、V 1、V 2、V m 的代数式表示]。
(3)若氧化铜中混有铜，则测定结果________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
(4)装置E 在实验过程中的主要现象为______________。
方案二：利用A、D、E、F四套装置(尾气由其他装置处理)完成测定任务。
(5)你认为测定的物理量有________(写出一组)，按你测定的物理量，写出铜的近似相对原子质量的表达式：______。
3.某研究小组利用如图装置探究温度对CO还原Fe2O3的影响(固定装置略)。
(1)MgCO3的分解产物为。
(2)装置C的作用是,处理尾气的方法为。
(3)将研究小组分为两组,按如图装置进行对比实验,甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置D加热,反应产物均为黑色粉末(纯净物)。
两组分别用产物进行以下实验。
①乙组得到的黑色粉末是。
②甲组步骤1中反应的离子方程式为。
③乙组步骤4中,溶液变红的原因为;溶液褪色可能的原因及其验证方法为。
④从实验安全考虑,如图装置还可采取的改进措施是。
4. 实验室用浓盐酸与MnO2反应制Cl2，再用Cl2和Ca(OH)2反应制少量漂白粉，已知用Cl2和Ca(OH)2制漂白粉的反应是放热反应，温度稍高时发生副反应：6Cl2＋6Ca(OH)2===Ca(ClO3)2＋5CaCl2＋6H2O。
现有三位同学设计的三套装置如图所示(U形管中放有玻璃纤维，可使气体顺利通过)：(1)请对上述丙装置的优缺点进行评价：_____________________________________。
(2)请从甲、乙、丙各套装置中选取合理的部分，按气体从左至右的流向组成一套较合理的装置________(填各部分仪器的字母编号)。
(3)部分学生认为上述组装装置仍存在缺点，他们指出在前两个仪器之间应增加如图所示装置，你认为H洗气瓶中所盛液体是________，其作用是________________，若无此装置，对制漂白粉的不利影响是______________。
