具有干燥功能气体发生器的制作

孟恬静

摘要： 针对现有气体发生器多数不具备干燥功能或具备干燥功能但操作复杂的不足，利用市售带茶仓的玻璃杯、漏斗等材料，设计制作了一套密封性好、可长期重复使用、操作简便的具有干燥功能的气体发生器，具有设计新颖、性能可靠、成本低等优点。

关键词： 玻璃杯; 气体干燥; 气体发生器; 实验改进

文章编号： 1005-6629（2019）12-0068-03            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

化学是实验学科，实验能力是学生科学素养的重要组成部分[1]。课堂实验能很好地帮助学生理解化学知识，但许多实验通常是验证性实验，学生在学习过程中缺少自主设计和探究，不利于培养学生“实验探究与创新意识”的核心素养。自主改进或创新设计实验装置具有重要意义，能让学生在享受实验给学习带来快乐的同时，又能培养学生的动手技能、节约意识和创新能力[2]，有助于提升学生的核心素养。在中学化学实验中，气体的制取有着特殊的地位[3]，但现有的气体发生器多数不具备干燥功能[4～6]，为制备干燥的气体需要连接外部干燥装置，使操作烦琐，同时占用宝贵的课堂教学时间。王发应等[7]研制了具有干燥功能的简易微型气体发生器，但该方案在使用时需要将密封塞拔出，多次使用后密封性变差，不能长期重复使用。为了解决上述问题，我们利用市售的带茶仓的玻璃杯、漏斗等材料，制作了一套密封性好、能长期重复使用、操作简便的具有干燥功能的气体发生器。

1  实验装置

图1  带茶仓的玻璃杯

图2  具有干燥功能气体发生器构造示意图

2  制作材料

带茶仓的300mL玻璃杯1个、加长管漏斗1支、玻璃管1支、橡胶手套1件、夹子1件、橡胶导管、502胶水。其中，带茶仓的玻璃杯、加长管漏斗、玻璃管、橡胶导管均为淘宝网上购买。

3  制作方法

3.1  杯盖的改装

根据需要，采购一带茶仓的玻璃杯（见图1），取下杯盖，按图2所示的构造示意图，进行如下操作：

（1） 用电钻在茶杯盖正中央钻一直径与漏斗管外径一致的通孔，然后在旁边钻一直径与玻璃管外径一致的通孔。

（2） 将漏斗管和玻璃管插入对应通孔并调整插入深度： 茶杯盖盖好后，漏斗管不能触到玻璃杯底（距离玻璃杯底约2～4mm）;玻璃管伸出茶杯盖约10mm，玻璃管处于茶杯盖外的一端套上橡胶导管，橡胶导管的另一端再接一玻璃管充当排气管，在排气管之前用一夹子夹住橡胶导管充当排气的开关。

（3） 在漏斗管与茶杯盖孔、玻璃管与茶杯盖孔接合处滴入502胶水进行密封和固定。

改造完毕的茶杯盖如图3所示。

3.2  干燥室的制作

将玻璃杯的茶仓取出，用电钻在茶仓中部钻一略大于漏斗管的通孔，使得漏斗管穿入该孔后茶仓能在漏斗管上自由滑动。再用剪刀从弹性较好的医用乳胶手套指部剪下大橡胶套和小橡胶套各一个，其中大橡胶套的宽度与茶仓大端的宽度一致，小橡胶套的宽度与茶仓小端的宽度一致（注： 本实验选用的300mL玻璃杯茶仓大端直径为40mm，从医用乳胶手套大拇指部裁剪大橡胶套刚好能套住茶仓大端，当茶仓大端直径更大时可改为从较大的乳胶气球上裁剪大橡胶套和小橡胶套）。将大橡胶套套在茶仓大端，后续使用过程中，大橡胶套起到茶仓与玻璃杯之间的密封作用;小橡胶套套住仓储小端侧壁，将茶仓侧壁的滤孔封住，然后再将茶仓套在漏斗管上即成（如图3所示）。

图3  干燥室组件示意图

3.3  发生器的组装

将图3所示的组件放入玻璃杯内并旋紧茶杯盖，茶仓被卡在玻璃杯口部，并将玻璃杯内部分为上下两层： 茶仓处于上层，内部盛放固体干燥剂，作为干燥室使用;玻璃杯内底部处于下层，该处作为固-液反应室。关闭排气管开关，然后通过漏斗向玻璃杯内加入水，如果装置气密性良好，则会观察到漏斗管内的液面比玻璃杯内的液面略高;如果装置漏气，漏斗管内的液面会与玻璃杯内的液面等高。如若出现漏气（通常情况下，装置第一次组装气密性均会很好，一般不会漏气），漏气点通常是漏斗管与茶杯盖接合处或玻璃管与茶杯盖接合处，则向该处滴入502胶水进行补漏密封即可。

4  操作说明

本氣体发生器用于不需要加热的固-液反应制取气体的实验，如制取CO2、 O2、 H2等。当制取的气体需要进行干燥时，实验时在茶仓中加入对应的干燥剂即可。当制取的气体不需要干燥时，可直接在反应器添加反应物进行反应。下面，以制取干燥的H2为例，详细介绍本气体发生器的工作原理（如图4所示）及操作。

图4  气体发生器工作原理示意图

（1） 将茶杯盖旋离玻璃杯，取出茶仓，将足量的Zn粒小心加入到玻璃杯内，将茶仓套住固定在茶杯盖上的漏斗管上，然后将适量的无水氯化钙干燥剂装入茶仓内，最后将茶杯盖与茶仓一起装回杯内，旋紧茶杯盖（在此操作过程中，注意茶仓不能从漏斗管上滑脱，否则，干燥剂会从茶仓中心的大孔掉落），关闭排气开关。

（2） 打开排气开关，向漏斗内加入适量稀硫酸，稀硫酸下落至玻璃杯内，与杯中的Zn粒接触发生反应，生成的H2经由茶仓底部的小孔进入茶仓内部并穿过无水氯化钙后进入玻璃管，由导管导到排气管排出，H2在经过无水氯化钙时被干燥，由排气管排出时是干燥的气体。

（3） 当实验过程中不需要气体排出时，则关闭排气开关，此时杯内的稀硫酸与Zn粒继续反

应，但生成的H2无法排出，导致杯内压力增大，稀硫酸将被压回漏斗内与Zn粒分离，反应中止;当再次需要干燥的气体时，打开排气开关，稀硫酸再次下落与Zn粒接触反应。

（4） 实验结束时，再次将茶杯盖和茶仓取出，将玻璃杯内的反应物倾倒出，对玻璃杯进行清洗，即可存放至下次实验。采用该气体发生器可制取常用的CO2、 O2、 H2等气体。

5  结语

实验设计理念决定实验设计的合理性、科学性和实用性[8]，本着环保理念及简单化思想设计的这套具有干燥功能的气体发生器具有如下优点：

（1） 制作简单。

主要实验原材料为日常使用的玻璃杯、漏斗、橡胶导管等，这些物品均能通过淘宝网顺利购得。改制时，需要在玻璃杯杯盖上打孔，然后再进行组装，整个操作过程简单易行。

（2） 性能可靠。

装置由密封性良好的玻璃杯改制而成，密封性好，性能可靠，体积小，存储方便。

（3） 使用方便。

采用模块化思想进行设计，漏斗、排气管、茶仓等与茶杯盖组成一整体模块，实验时，只需加入固体药品，旋紧杯盖，然后加入液体药品即可，实验装置连接简单，省时省力;反应结束后器材清洗亦较方便。

（4） 成本低。

主要实验器材均为日常用品及实验室普通仪器，采购方便，价格低，装置一旦改造组装完毕，可重复使用，制作和使用成本均较低，易于推广。

参考文献：

[1]李静雯， 陈懿. 吸热反應实验创新设计[J]. 化学教学， 2015， （4）： 53～55.

[2]马桂萍， 刘俊. 多功能简易气体发生器[J]. 中学化学教学参考， 2017， （22）： 54.

[3]曹健雄， 何芳春， 黄俊. 自制“多功能气体发生器”[J]. 实验教学与仪器， 2015， （4）： 55.

[4]王发应. 自制“启普发生器”[J]. 实验教学与仪器， 2015， （4）： 53～54.

[5]徐善龙， 于兰， 王锦化. 自制中途可排废液的微型气体发生器[J]. 教学仪器与实验， 2012， （3）： 37～38.

[6]代其龙. 简易启普发生器的制作[J]. 实验教学与仪器， 2008， （11）： 42.

[7]王发应. 具有干燥功能的简易微型气体发生器[J]. 化学教育， 2017， （3）： 62～64.

[8]梁胜金. 吸热反应实验的新设计[J]. 化学教学， 2018， （11）： 80～81.