氫氯混合氣體見光爆炸實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

　　一、設(shè)計(jì)意圖：

　　氫氯混合氣體見光爆炸實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備到課堂演示步驟煩瑣，實(shí)驗(yàn)成功率低，并且實(shí)驗(yàn)過程中有毒氣體的污染嚴(yán)重。本設(shè)計(jì)是利用常規(guī)儀器及簡(jiǎn)單自制儀器實(shí)現(xiàn)制備氣體——混合氣體——見光爆炸——尾氣處理的一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以簡(jiǎn)單的裝置、靈活的控制、最小的污染、最明顯的爆炸效果完成實(shí)驗(yàn)演示，并達(dá)到裝一次藥品重復(fù)進(jìn)行多次爆炸的實(shí)驗(yàn)效果。

　　二、實(shí)驗(yàn)器材：

　　1、儀器：具支玻璃管（自制） 串聯(lián)藥匙（自制） 廣口瓶（2個(gè)） T型管（2個(gè)） 止水夾（2個(gè)） 帶活塞的玻璃導(dǎo)管 安全管 橡皮管 小氣球 閃光燈

　　2、藥品：KMnO4固體、MnO2固體、Zn粒、濃NaOH溶液、濃鹽酸

　　3、自制儀器的簡(jiǎn)介：

　　具支玻璃管：利用銼刀銼掉具支試管底部即可(如圖一)。

　　串聯(lián)藥匙：取兩個(gè)大小適合的塑料瓶蓋,在瓶蓋測(cè)面上規(guī)則鉆上一些小孔,用一根鐵絲將兩個(gè)瓶蓋穿起,調(diào)節(jié)好間距并固定(如圖二)。

　　三、裝置及原理：

　　1、裝置圖： 圖三

　　2、原理：

　　2KMnO4 + 16HCl ＝ 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑+ 8H2O

　　Zn + 2HCl ＝ ZnCl2 + H2↑

　　MnO2 + 4HCl(濃)＝ MnCl2 + Cl2↑+ 2H2O

　　H2 + Cl2 ＝ 2HCl

　　Cl2 + 2NaOH ＝ NaCl + NaClO + H2O

　　實(shí)驗(yàn)過程中并不需加熱，我們可以利用鋅與鹽酸反應(yīng)、高錳酸鉀與鹽酸反應(yīng)的熱量促使二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)，以補(bǔ)充反應(yīng)過程中不斷消耗的氯氣�？梢赃_(dá)到裝一次藥品重復(fù)進(jìn)行多次爆炸的實(shí)驗(yàn)效果。

　　四、操作步驟：

　　1、檢查氣密性：連接裝置，在爆炸管管口套上小氣球。打開K1、K2、K3，擠壓氣球，廣口瓶Ⅱ中有氣泡產(chǎn)生，松手后，T型管中有一段液柱上升，證明氣密性良好。

　　2、裝藥品：先在廣口瓶Ⅰ中倒入約80mL濃鹽酸，再在廣口瓶Ⅱ中倒入約80mL濃氫氧化鈉溶液，然后在串聯(lián)藥匙的A匙中加入約2克KMnO4，在B匙中加入約3克Zn粒，并在Zn粒上面加入約2克MnO2，調(diào)節(jié)好串聯(lián)藥匙使固液反應(yīng)物間不發(fā)生接觸，連接裝置。

　　3、排空氣：關(guān)閉K3，打開K1和K2，擠壓氣球，調(diào)節(jié)串聯(lián)藥匙，使A匙浸入濃鹽酸中，當(dāng)爆炸裝置中出現(xiàn)明顯黃綠色時(shí)，再將氣球慢慢捏扁，排出所有空氣。

　　4、混合氣體：關(guān)閉K2，調(diào)節(jié)串聯(lián)藥匙，使B匙也浸入濃鹽酸中，當(dāng)有大量白霧出現(xiàn)在爆炸管時(shí)，迅速調(diào)節(jié)藥匙使A、B匙均脫離液面，關(guān)閉K1并打開K3。輕輕擠壓氣球，調(diào)節(jié)氣球大小并使氣體充分混合。

　　5、混氣爆炸：將充電的閃光燈對(duì)著爆炸管，距離3—5厘米，按下閃光按鈕，混合氣體爆炸。

　　6、在爆炸管管口套上小氣球，重復(fù)3—5步操作，可觀察到多次爆炸現(xiàn)象。

　　五、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)：

　　1、實(shí)現(xiàn)了制備氣體——混合氣體——見光爆炸——尾氣處理的一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置，降低了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的工作量，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性和成功率。

　　2、本實(shí)驗(yàn)通過調(diào)節(jié)自制的串聯(lián)藥匙，能靈活地控制固液反應(yīng)物的接觸與分離，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可控制性。

　　3、實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的氣流控制在一個(gè)回路中，并有專門的尾氣處理裝置，最大限度地減小了氯氣對(duì)環(huán)境的污染。

　　4、實(shí)驗(yàn)過程中巧妙地利用鋅粒與鹽酸及高錳酸鉀與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的熱量促使二氧化錳與濃鹽酸在不用酒精燈加熱的條件發(fā)生反應(yīng)，以補(bǔ)充不斷消耗的氯氣。

　　5、本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后安全性強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間短，爆炸現(xiàn)象明顯，特別是能實(shí)現(xiàn)裝一次藥品重復(fù)進(jìn)行多次爆炸實(shí)驗(yàn)的效果，非常適合課堂演示。

　　六、注意事項(xiàng)：

　　1、實(shí)驗(yàn)過程中如果使用普通玻璃材料的具支玻璃管須在鐵夾內(nèi)側(cè)墊上一層防震海綿或泡沫，并選用薄壁的小氣球。

　　2、實(shí)驗(yàn)利用氣球混合氣體時(shí)，要注意調(diào)節(jié)氣球大小，一般混合氣體剛剛充滿小氣球即可，如氣球中氣體過大，則有可能爆炸威力太大而導(dǎo)致爆炸管震裂。有條件的話，最好使用透明度高的具支有機(jī)玻璃管。

　　3、使用閃光燈時(shí)，強(qiáng)光只能對(duì)準(zhǔn)具支玻璃管，不能對(duì)準(zhǔn)氣體發(fā)生裝置。

　　4、當(dāng)觀察到具支玻璃管中充滿氯氣后，再出現(xiàn)較多白霧時(shí)是混合氣體第一次見光爆炸的最佳時(shí)機(jī)