(长文,可供中学化学实验指导教师和业余化学实验者参考) 中学化学实验,在器材和仪器方面,能改进的地方多了,试举几例: 1、气体发生装置的圆底烧瓶和大试管,如果用蒸馏烧瓶或者具支试管(带有支管的试管)代替,很多情况下要方便得多,塞子无需打孔,即使要打孔(例如安装分液漏斗、温度计等)也只需要打单孔,装置的气密性容易保证。 2、一般做粗称量用的托盘天平,完全可用厨房电子秤代替,1g精度的就可用,0.1g精度的已经可用于一些粗略定量实验,0.01g精度的廉价电子天平在中学化学实验阶段代替分析天平都基本足够。 3、洗气瓶可以直接买玻璃磨口的成品,气密性好,又耐用,也可以用大具支试管改造成洗气瓶,只需要单孔塞,不易损坏,气密性好,又容易维修。 4、过去橡胶导气管一般用黄色的乳胶管,目前可将乳胶管尽量用白色的硅胶管代替,耐酸性气体、氧化性气体和有机溶剂气体的性能要好得多,例如在乙酸乙酯合成实验中,连接两段导气管的橡胶管应该用硅胶管,如果用乳胶管,在热的乙酸乙酯蒸气中极易破裂。 5、不需要加热的烧杯,大可购买便宜的聚丙烯(PP)制品,除了不能直接加热之外,盛装沸水都是没有问题的,又不易碎,但尽量不要用于浓酸和有机溶剂。 6、一般固体药品和稀酸、稀碱等,用便宜的高密度聚乙烯(HDPE)塑料瓶长期盛放是没有问题的,甚至浓碱也可用HDPE塑料瓶存放,但浓酸、强氧化性药品(硝酸、氯酸钾、高锰酸钾、重铬酸钾等)和有机溶剂还是应该用玻璃瓶存放。 7、有条件的情况下,尽量不要用明火加热,可调万用电炉现在并不贵,封闭式的可调万用电炉更加安全实用,注意使用可调万用电炉加热也应该垫石棉网。 8、玻璃管材料有软质玻璃(钠钙玻璃)和硬质玻璃(硼硅酸盐玻璃)两类,前者俗称“白料”,后者俗称“九五料”或者“GG-17”、“17料”、“特硬料”等,粗略区分方法可以看断面颜色,断面颜色是绿色的一般是软质玻璃,浅黄色甚至几乎无色的是硬质玻璃,软质玻璃管的加工(例如弯管、拉尖嘴玻璃管等)用大号酒精灯即可加热软化加工,硬质玻璃管则必须用煤气灯或者酒精喷灯才能加热软化,中学化学实验的导气管用软质玻璃就足够了。 9、有些有机化学实验需要简单的回流,例如酚醛树脂的制取、乙酸乙酯的合成等,可用一般100ml标准24mm磨口圆底烧瓶配上200mm—300mm的标准24mm磨口空气冷凝管,组成代用回流装置,效果很好,尽量不要用橡皮塞,中学化学有机合成一般是少量—半微量级别的合成,反应物、生成物和蒸气量都较少,一般简单回流时无需使用球形水冷凝管。 10、蒸馏少量稀硫酸或者有机溶剂,以及制取少量的稀盐酸、稀硝酸等,尽量使用曲颈甑作为加热或者反应容器,最好不要使用橡皮塞和橡胶管(如果勉强使用,一般用过一次就会报废),也可以使用大学有机化学实验的标准磨口玻璃仪器,但成本高。 实验药品方面的改进和代用品也很多,试举几例: 1、市售饮用纯净水纯度很高,代替蒸馏水使用是可以的,南方夏天空调的冷凝水可用洁净容器收集,煮沸一次即可作为中学化学实验室的一般代用纯水。 2、硫酸氢钠的较浓溶液(3mol/L—4mol/L)可在大部分中学化学实验中代替稀硫酸,例如制取氢气,可以先配制3mol/L左右的硫酸氢钠溶液,微热后加入少量硫酸铜,趁热与锌粒反应就可较为满意地制取氢气(无需另行加热,因为反应本身是放热的),如果使用工业杂锌,甚至只需微热溶液,连硫酸铜都不用加。 3、药用高锰酸钾片或者高锰酸钾消毒片剂用于配制稀的高锰酸钾溶液检验还原性气体是毫无问题的,如果需要酸化,可加入少量固体硫酸氢钠酸化。但注意药用高锰酸钾片切勿试图研细后加热制取氧气,因为压片时加入的药用辅料可能含有有机物,加热时有引发爆炸的危险!如果要制取氧气,可以将药用高锰酸钾片与3%的双氧水消毒剂反应。 4、电解水实验的电极可用粗电源保险丝(铅合金)代用,为了增强导电性,可在纯水中加入碳酸钠,即食用纯碱,配制成5%—10%的碳酸钠溶液就有很好的效果。 5、在食用纯碱上滴加硫酸氢钠溶液,或者在药用碳酸氢钠片剂(小苏打片)上滴加硫酸氢钠溶液、柠檬酸溶液、酒石酸溶液等,用于制取二氧化碳,都有十分满意的效果,但不要用试管作为反应容器,宜用蒸馏烧瓶、平底烧瓶或者锥形瓶,因为容易产生大量泡沫,试管等小口径容器可能导致泡沫溢出。 6、少量氢氧化钠溶液(5%—10%)可用纯碱与石灰的“苛化法”制取,但需要加入过量的石灰,加热一段时间并不断搅拌,直到取少量上层清液加入稀酸不再出现气泡为止,静置后取上层清液即为稀氢氧化钠溶液,少量氢氧化钾溶液也可以用类似的方法制取,只需要将纯碱改为碳酸钾,碳酸钾是一种食品添加剂,可以买到。 7、中药紫草用80%左右的酒精浸泡,紫色浸出液可代替石蕊指示剂,效果与石蕊指示剂基本相同;酚酞是一种常见泻药,取一两片药用酚酞片研细,用60%—80%的酒精溶解,可作为酚酞指示剂使用。如果买不到紫草,那么紫(红)萝卜皮的浸出液(注意这里说的红萝卜不是胡萝卜)、紫色卷心菜(甘蓝)浸出液、紫(红)菜薹皮的浸出液等均含有花青素,也都可以作为指示剂使用,这些代用指示剂在酸中一般显红色,在碱中可能显蓝色、绿色、黄色等。紫薯的紫色实际也是花青素导致的,红心火龙果的红色素在碱中变成黄色。 8、如果要获得少量氯气,可用市售84消毒液或者有效氯浓度较高的衣物漂白剂(次氯酸钠溶液)与最便宜的洁厕灵(以稀盐酸为主要成分)反应,做氯气漂白实验或者制取少量氯水都是可以的,注意反应时最好慢慢将洁厕灵滴加到次氯酸钠溶液中,必要时可微热。 9、市售家用“衣柜除湿桶”中如果是白色小球状颗粒物,则主要成份一般是工业无水氯化钙,买最便宜的“衣柜除湿桶”(不要“加香型”的),将白色小球状颗粒物倒出即可作为干燥剂使用,在要求不高的情况下也可以代替氯化钙试剂。失效“衣柜除湿桶”中的液体主要成份是氯化钙的浓溶液,将其倒出,用水适当稀释后过滤,可回收氯化钙溶液或者作为制备沉淀碳酸钙粉末的原料。 10、用焦亚硫酸钠(Na2S2O5,是亚硫酸氢钠NaHSO3的脱水产物)代替亚硫酸钠制取SO2有着用酸量少,原料易获得的优点,焦亚硫酸钠是一种食品添加剂,只需要在焦亚硫酸钠固体上滴加稀释后的磷酸或者硫酸氢钠浓溶液,即可方便地制得大量SO2气体,反应速度减缓时可微热。 11、将SO2通入3%双氧水消毒剂,注意反应是较强的放热反应,双氧水浓度切勿过高!直到SO2过量,向溶液中投入几粒沸石(碎瓷片),将溶液在通风处加热到沸腾并沸腾一段时间,待液体体积减少1/10—1/5时,即得10%左右的稀硫酸,可用于硫酸氢钠溶液不能替代的场合,例如制备硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸铜等。 12、很多旧资料提到从废干电池中可回收锌片、碳棒和二氧化锰,试验证明,回收锌片和碳棒是可行的,但废干电池中的黑色物质并非纯二氧化锰,而是二氧化锰、水合三氧化二锰、碳粉、氯化铵等的复杂混合物,可能还含有淀粉之类的粘合剂,水洗多次都难于将氯化铵等可溶性物质完全除去,混杂在混合物中的碳粉空气中燃点较高,高温灼烧也难以烧尽,一旦将混有碳粉的二氧化锰用于催化氯酸钾分解,就有引发爆炸的可能性,即使高温灼烧将碳粉烧尽,得到的也只是二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰等的混合物,二氧化锰纯度很低,用于制取氯气都不适合,因此尽量不要从废干电池中回收二氧化锰。另外,只有最普通的锌锰干电池,即“碳性电池”才能回收锌片和碳棒,碱性电池中没有碳棒,外壳也不是锌筒,而且一旦碱性电池外壳被破坏,溢出的电解液中含有高浓度的KOH,有强烈的腐蚀性,因此不要随意拆解废碱性电池。中学化学实验中的二氧化锰只要购买工业品就可以了,工业品二氧化锰多直接使用天然软锰矿加工,价格并不高。工业品二氧化锰用于催化氯酸钾分解也应事先高温灼烧一段时间,以除去可能混杂的有机物杂质。 13、伏打电池(铜锌原电池)实验,可用电线中的粗铜丝代替铜片作为电池正极,将粗铜丝一端绕成螺旋状,并事先将粗铜丝螺旋表面烧黑形成一薄层氧化铜,再将粗铜丝螺旋和锌片一起浸入稀硫酸,这样可以减少氢气泡在正极上的积聚,使得电池寿命延长一些。 14、小型发光二极管通过几毫安的电流即可看到明显发光,但使得发光二极管能够正向导通发光的电压较高,红色发光二极管都在1.6V以上,其它颜色的发光二极管可能更高,因此如果用发光二极管代替小灯泡、电流表等验证原电池电流,效果是很好的,但一般需要两个以上的原电池串联。 15、电镀锌实验如果直接用氯化锌溶液作为电镀液,效果很差,镀上的锌用手指一抹可能就脱落,可以在70ml纯水中加入25g氯化铵溶解,再加入3g氯化锌和8g醋酸钠溶解,稀释到100ml,测量pH值,如果不在6—7之间,可用少量稀盐酸或者稀氢氧化钠溶液调整到6—7之间,再加入几滴最普通的家用合成洗涤剂(洗衣液、餐具洗洁精等都可以),混匀后作为简易电镀液,效果要好得多。电镀电源用两节电池即可,最好串入一个物理电学实验用的滑线变阻器或者大功率电位器控制电镀电流,不要过大。 16、明矾在大多数情况下可代替硫酸铝使用,明矾溶液与碳酸钠溶液反应后,将沉淀洗涤干净再烘干(切勿高温灼烧),即得活性氧化铝,可作为很多有机化学实验的催化剂。 17、市售工业品氧化铁红颜料是Fe2O3,氧化铁黄颜料是Fe2O3·H2O或者FeO(OH),氧化铁黑颜料则是Fe3O4,只要不是假冒伪劣产品(假冒伪劣产品常掺杂有泥土等),都可以代替实验室的试剂使用。 18、硫酸铜也是一种食品添加剂(用于制作无铅皮蛋等),因此并不难买,食品添加剂硫酸铜的纯度是比较高的。 19、市售碱石灰主要用途是作为CO2吸收剂,因此成分不是NaOH和CaO的混合物,而是NaOH、Ca(OH)2和少量水的混合物,其中NaOH含量可能只有百分之几,这种碱石灰用来制取甲烷几乎肯定失败,需要将这种碱石灰研碎,再加入一定量的固体NaOH一起研细,在铁坩埚中煅烧到没有水气放出才能用于制备甲烷。作为CO2吸收剂的市售碱石灰都加入了指示剂,例如加入了达旦黄(也叫陶土黄)指示剂的碱石灰颗粒,未吸收CO2时是粉红色的颗粒,吸收足量的CO2后就变成了浅黄色,表示碱石灰已失效。 20、活性氧化铝作为乙醇脱水制乙烯的催化剂效果很好,但需要在硬质玻璃管中将活性氧化铝加热到340℃以上的温度,再通入乙醇蒸气。可以用长硬质玻璃试管,底部塞入浸透乙醇的脱脂棉,水平固定后在试管中部装入活性氧化铝,将活性氧化铝加热到一定温度后再微热试管底部浸有乙醇的脱脂棉,让乙醇蒸气通过加热后的活性氧化铝。 21、在大试管中注入约20ml饱和碳酸钠溶液,滴加2%硫酸铜溶液数滴(3—5滴即可),会出现少量蓝绿色的碱式碳酸铜沉淀,用力摇振大试管,碱式碳酸铜沉淀会溶解,生成碳酸根离子与二价铜离子的络离子,溶液变成较深的亮蓝色,这种络离子可以代替新制氢氧化铜,用于检测醛基或者还原糖,相当灵敏,反应只需水浴加热,即可得到黄色到砖红色的沉淀物。 22、乙酸乙酯的合成可用85%浓磷酸或者固体一水硫酸氢钠(NaHSO4·H2O)代替浓硫酸作为催化剂,既安全,效果又好。在大试管中加入4ml冰醋酸和6ml乙醇,再加入2ml 85%浓磷酸或者2g一水硫酸氢钠晶体,摇振片刻,最后投入2—3粒沸石(碎瓷片),用小火微热,让反应物微沸一段时间即可收集蒸气冷凝物,主要成分是乙酸乙酯,用饱和碳酸钠溶液洗涤后即得粗乙酸乙酯。 23、乙酸乙酯主要用途实际不是香料,而是溶剂。乙酸乙酯可用于粘接有机玻璃(亚克力)制品,也可以作为去除指甲油的洗甲水,还可以除去衣物上的食用油污渍。 24、市售的白砂糖(蔗糖)一般早已部分水解,用这种白砂糖验证蔗糖不具有还原性往往会得出相反结果,最好用市售大块单晶冰糖,并用水洗去表面一层,实验效果可能会准确一些。 25、用食用淀粉代替实验室的可溶性淀粉,在定性实验中是可以的,但要注意食用淀粉来源复杂,往往含有较多支链淀粉,遇碘水或者碘酒可能会变成紫红色、蓝紫色甚至接近黑色等颜色,这都属于正常现象。 26、维生素C的还原性比还原糖更强,可以试验用药用维生素C片研细后还原新制氢氧化铜,效果比醛类或者还原糖还要好。 27、做聚苯乙烯塑料溶解实验时,可用包装箱中的白色聚苯乙烯硬质泡沫塑料(软质泡沫塑料不能用)做溶解实验,溶解速度非常快,溶剂最好用二甲苯,苯的毒性太大,沸点又低,很不安全。
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