气体化学实验在人们正确认识物质世界中发挥了重要的作用。拉瓦锡用“二十天实验” 发现了氧气,同时还终结了盘踞在人们头脑中近100年的燃素说。气体的神秘性质激发了一代代化学家的好奇心。随着化学实验的进步,气体的面纱被逐渐揭开。近30年来出现的微型化学实验,大大地方便了老师和学生在课堂上认识一些有毒有害的气体。 微型化学实验(简写为ML),崛起于20世纪80年代,是国际公认的在微型化的条件下,对化学实验创新和变革的一种新技术和新方法,即用尽可能少的药品来获取最有效的实验信息。它具体是指药品用量少(一般为常规量的1/10~1/1000)、仪器容量小、成本低、基本无污染、操作简单、方便省时、现象明显,安全的化学实验。ML不是常规实验的简单的缩微或减量,而是在绿色化学理念指引下,化学实验创新性的变革。微型化学实验因良好的教学功能和效果,受到国内外化学界的青睐。 气体微型化学实验,顾名思义,就是研究气体的制备,性质和气体有关的的微型化学实验。气体实验在中学化学实验中占据了很大的比例。现在有多种气体微型化学实验方法,如Alyea,Viktor Obendrauf 和Bruce Mattson等人的针筒注射器法,Slater , Rayner-Canham,周怀宁等人的井穴板法,Kvittingen 和Verley的离心管法,Per-Odd Eggen和 Lise Kvittingen的培养皿电解法,Martin M.F. Choi(蔡明发)的培养皿法,James Kilroy 和Mary Virginia Orna的胶头滴管栅试管法,Andreas Kometz的微缩启普发生气单体法等。本文提出的三个培养皿气体微型实验,是以Martin M.F. Choi (蔡明发)的培养皿法为基础改进而成。它不仅能完成氯气的多种实验,而且还可以拓展到许多的气体实验,如SO2,H2S,NH3,CO2,NO,N2O4等。
一.培养皿气体微型实验的方法和现状
Martin M.F. Choi(蔡明发)在2002年首先提出了用培养皿做氯气微型实验的方法。该实验的主要仪器是一个带盖子的培养皿,如图1。培养皿的中间是一滴漂水,四周的反应物每样各一滴。向漂水中加入一滴H2SO4溶液后,盖上培养皿的盖子。该实验设计十分巧妙,在小小的培养皿中同时完成氯气制取和性质的反应。它颠覆了传统的操作烦琐污染严重的氯气实验方法,这是气体化学实验的一次重大创新和突破。然而该实验仍存在明显的不足:
首先,各种溶液滴在培养皿底部很容易混合,影响实验现象。其次,反应时,虽然盖住了培养皿,但因盖子密封不严,氯气仍有可能向外扩散。再次,处理多余的氯气时,必须掀开培养皿的盖子倒入NaOH溶液,易危害人和环境。 因此,在Martin M.F. Choi(蔡明发)实验的基础上,又不断涌现了许多改进实验。典型的方法有两种:
方法一.培养皿(表面皿)和玻璃片法,如图2。把KBr等反应溶液滴在玻璃片上,围成半径小于培养皿的圆形,圆心放置KClO3晶体,滴加浓盐酸后,立即将培养皿盖好。