微型化学实验——学习笔记(1)

微型化学实验简介

微型化学实验,是20世纪80年代兴起的一种化学实验的新方法和新技术。微型化学实验是指 “以微小量的试剂,在微型化的仪器装置中进行的化学实验”,其药品的用量约是常规实验的数十分之一至千分之一。

微型化学实验不是常规实验的简单微缩,也不是对常规实验的补充,而是在绿色化学思想指导下,用预防化学污染的新思想、新方法和新技术对常规实验进行改革和发展的必然结果,是可持续发展战略在化学实验中的具体体现。

配套微型实验仪器

“中学化学微型实验仪器箱(ML-Ⅱ)”,仪器精巧新颖、配置合理、组装灵活,具有较强实用性。

ML-Ⅱ微型化学仪器具体如下特点

  (1) 仪器具有多功能性,能以不多的仪器种类和数量获得较多的实验用途。

(2) 仪器连接部位采用简易标准接口(非磨口)设计(专利号:0125856 8.8 ;ZL20152023386.0),但又具有与磨口仪器一样组装方便的特点。

(3) 仪器组装成的具有启普原理的微型气体发生器(专利号:0125856 9.6),兼有固-液反应、液-液反应和固-固反应等多种用途。

  (4) 仪器在加热防液体倒吸和喷液方面有较佳的效果(专利号:ZL20152 0235088.5),能够有效地保证学生在实验操作时的安全性和成功率。

(5) 微型实验操作台为双柱子配置(专利号:01258570.X),可根据需要取舍,能方便地安装较为复杂的化学实验装置。配套的仪器夹为不锈钢弹簧式设计,使用时不需旋螺母固定,易装、易调、易拆卸。

(6) 便携式塑料仪器箱(24cm×13cm×11cm),盛装全部玻璃仪器及实验操作台,体积小,使用方便,携带和保管便利。   

仪器体积小,功能性与实用性集于一体,符合科学原理,形成特色。可以作为学生的学具实现人手一套,能在普通课堂上边授课边实验,进行探究性教学。也可以在课外和家庭中随时进行科学探究。使以学生为“主体”的各种学习活动得以开展,从根本上改变了传统实验教学模式,为培养具有创新精神和实践能力的人才创造条件,为基础教育课程改革提供了强有力的课程资源。

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微型实验常用仪器介绍

ML-Ⅱ微型实验仪器各部件的名称、用途和使用注意事项等介绍

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仪器的组装与使用

1. 微型仪器的连接

(1) 套乳胶管连接法 

微型仪器的简易标准接口分别由统一管径的玻璃仪器外接口(A)和内接口(B)组成(见表1仪器图中的A、B),其中内接口(B)的管壁吹制成稍比外接口(A)内径小且有一定锥度的球状。仪器连接时,先在需要连接仪器的内接口(B)处(用水使之润滑),套上一段长约1.5 cm~2 cm的乳胶管(规格:4×6 mm),然后再插入到需连接的另一仪器的外接口(A)处,利用乳胶管的弹性使两仪器能紧密连接,如图4所示。

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(2) 通孔连接塞连接法 

  将需要连接仪器的内接口(B)处(或与内接口直径相类似的部位处),穿过通孔连接塞的中间通孔,然后把通孔连接塞的斜口端(或塞冠端),塞在需连接的另一仪器的外接口(A)处,而实现两仪器的紧密连接,如图5、图6所示。

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2. 操作台与仪器夹

操作台配套齐全,操作方便、结构简单、所占空间小。主铁夹和仪器夹全部用弹簧夹代替螺母,装拆方便、调节灵活,能满足安装各种微型化学实验装置的需要。

(1) 操作台 

操作台由底座和两根支柱组成,底座有两个插孔,支柱用插孔式安装固定,能同时插上双支柱,使较复杂的实验装置能固定在同一操作台上进行实验。可以根据实验装置的复杂程度选择单柱或双柱组成操作台。

(2) 主铁夹

  主铁夹由圆圈状把柄的大铁夹与垂直方向的小铁夹构成。大夹用来夹住操作台的支柱,可沿支柱任意旋转360°,能上下滑动,以调节所夹仪器的角度与高度。其垂直的小夹用来固定仪器夹,它们也可以在小夹上作360°旋转。大夹把柄上的两个圆圈状可以放置小试管、具支试管等仪器,如图7所示。

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(3) 仪器夹

仪器夹的夹柄为圆柱状,将其固定在主铁夹的垂直小夹上,能绕柄轴旋转360°,从不同角度夹持各种仪器。也可用手拿着圆柱柄,夹持试管进行加热操作。

3. 实验装置与组装

(1) 试管架的组装

试管架可以由主铁夹与操作台组成,如图8所示。能同时放置4支小试管,方便进行化学性质的对比实验,有利于对小而轻的仪器进行固定操作而避免翻倒。

(2) 洗气装置的组装

① 用直角形通气管和装有小许洗涤剂的侧泡具支试管(或球形具支试管)可组装为一个洗气装置(见图4)。

② 用装有小许洗涤剂的双球V形管,连接在气体的出口处,可组装成一个尾气吸收装置(见图6),并能有效防止液体的喷出和倒吸现象。

(3) 微型气体发生器

微型气体发生器可由U形管、内套管、球形具支试管、滴管等仪器组装而成。该气体发生器可以作为液体-固体、液体-液体、固体-固体等各类型的试剂反应来制取气体,也可以进行明火加热。

  ① 启普原理的气体制备装置:由U形管和内套管(底部有小孔)两仪器组成,装置如图9所示。将颗粒状的固体反应物放置在内套管中,然后往U形管里加液体试剂至刚浸到内套管里的固体处,在U形管的粗管端塞上胶塞(注:U形管的细管端不能塞胶塞,否则将不能有启普 原理的作用),即可进行液-固反应制取气体。当要暂时停止制气时,关闭止水夹,因U形管的粗端内压力增大,将液体试剂从内套管的底部小孔处排出而与固体试剂分离,以达到终止反应。当要继续反应时,再打开止水夹使大气压从U形管的细管端把液体试剂压回到粗管端,让液体试剂与固体试剂接触继续反应而制取气体。该装置具有启普发生器的功能,在实验中可以使反应随时开始与停止。

启普发生器

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② 通过滴管加液的气体制备装置:在图10(a)和(b)所示的微型气体制备装置中,加入一种固态或液态反应物于U形管或球形具支试管内,再用滴管吸取另一液体反应物,然后插在U形管的细管端或球形具支试管里,根据实验需要,控制胶头滴管滴下一定量的液体反应物,使两种反应试剂接触而进行液体-固体或液体-液体反应制取气体。

  4.多用滴管 

多用滴管由有弹性的聚乙烯吹塑而成,质地柔软,易弯曲,是一个圆筒形具有弹性的吸泡连接一根细长径管构成,如图11所示。多用滴管具有许多功能,在实验中根据需要可以灵活应用。

(1) 作为移取工具

多用滴管可用于吸取液体也可以滴加液体,具有滴管的功能。多用滴管的吸泡和径管连体,不易漏气漏液,且可以密封,能方便地取用液体试剂。

(2) 作储液储气容器

多用滴管吸入液体(装满约3 mL),贴上标签可作储存容器来使用,如图12所示,少量气体也可用吸泡暂时储存。根据需要可以在径管口上,套着一个自制的盖子来密封。也可采取将径管口放在酒精灯的火焰上烧软,然后用镊子压扁进行熔封,当要使用试剂时,再用剪刀把封口剪开。

  一般浓度的无机酸、碱、盐溶液可长时间储于吸泡中,但不宜长时间储存浓硝酸、浓硫酸及强氧化性试剂,也不宜储存苯、甲苯、松节油、丙酮、石油醚等有机试剂。

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(3) 作反应容器

  多用滴管的吸泡可以作为一些化学反应的容器来使用。在其中可作微型电解槽进行电解实验,也可以进行某些液体-液体反应、气体-气体反应或气体-液体反应的容器。装载反应物的吸泡还可以通过不高于80℃的水浴来加热调节温度来完成实验,如合成乙酸乙酯、阿司匹林等。若要在多用滴管内进行液体-液体反应的实验,应先将多用滴管吸入一种试剂,然后把多用滴管竖起来使径管口朝上,再用手缓缓捏挤出吸泡的上部(注意不能把已经吸入在吸泡内的试剂挤出),使空气排出,接着把径管插入到将要进行反应的另一种试剂中来吸取,使两种液体试剂在多用滴管内发生反应。

(4) 作滴定管

  一般未经加工的多用滴管的液滴体积约为0.04 mL /滴。如果将多用滴管的液滴体积事先进行标定,一个较为精准的微型的液体计量器便诞生了。通过计算每滴液体的体积与液滴数量,便可得知实验中所用的试剂的体积,从而可方便地开展简易的微型滴定实验操作。如果在多用滴管的径管端套上市售的移液器吸头,如图13所示,就能成为一支控制每滴液体约0.02 mL体积(约50滴/ mL)的微量滴头滴定管。若把多用滴管的径管端拉细至尖嘴,如图14所示,则可成为一支可控制每毫升液体约为70~80滴的微型滴定管。

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(5) 作离心管

  多用滴管的吸泡吸入待离心的悬浮液或乳浊液,然后放置于离心机上进行离心操作,可进行固液和液液分离。

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