巧用洗气装置改进两实验

发表时间:2011/2/18   来源:《学习方法报·教研周刊》2010年第25期供稿   作者:肖文中
[导读] 一个广口瓶、一个双孔塞及两个直角导管就可组成如图1的洗气装置。

湖南省洞口县第九中学  肖文中
        一个广口瓶、一个双孔塞及两个直角导管就可组成如图1的洗气装置。混有杂质的气体从a口进入,通过瓶内能吸收其杂质的相应液体,从b口排出,就能净化该气体。设想,若图1容器中装满水,从b口进入气体,即可收集难溶于水的气体(排水法)。再设想,若图1容器中预装部分水(设A%体积水),从b口通入某气体(难溶于水)至刚好排尽水,密封a、b口,那么,瓶内混合气体(该气体与瓶内空气)中含该气体的体积百分数即为A%。由此可见,利用洗气瓶可将某难溶于水的气体与空气定量混合。因此,笔者巧用洗气瓶很成功地改进了如下实验。
        一、验证可燃性气体已知的“爆炸极限”
        下面以氢气的爆炸极限(4% ~74.2%)为例进行验证。
        1.将图1洗气瓶装置的橡皮塞插入一个电子点火枪,同时将玻璃广口瓶改为容积为250mL的塑料瓶,并在瓶上确定氢气爆炸极限的两个刻度线(如图2)。
        ①往塑料瓶中倒入10mL水(即占瓶内容积的4%),记下瓶内水与空气界面刻度线,标记为A。
        ②往塑料瓶中倒入185.5mL(即占容积的74.2%),水与空气的界面标记为B。
        2.集气点火验证氢气爆炸极限
        ①使塑料瓶内水略低于刻度线A,从b口通入氢气至刚好排尽水,密封a、b口,此时氢气在瓶内混合气中所占体积百分数小于4%,充分混合后扣动电子枪点火未发生爆炸现象。
        ②使塑料瓶内水在A、B刻度线之间,通氢气排水,即氢气在瓶内混合气中所占体积百分数在4%~74.2%之间,此时点火,砰然爆炸。
        ③与上同样操作方法,使氢气体积百分数大于74.2%,点火即无爆炸现象发生。
        上述关于氢气已知“爆炸极限”的验证既简单,又安全,且富有说服力。下面进一步探讨某可燃性气体未知“爆炸极限”的测定方法。
        二、研制可燃性气体未知“爆炸极限”测定器
        将图2装置中250mL塑料瓶容积10等分(即先注入25mL水,其界面处记刻度线10%,再每增加25mL水,刻度线数据则增加10%,直到该瓶容积10等分)。便制得可燃性气体“爆炸极限”测定器(如图3)。
以测定甲烷的“爆炸极限”为例,操作方法如下:
        1. 使塑料瓶内装10%体积水,从b口通入甲烷至刚好排完水,密封a、b口,即甲烷在混合气中占10%体积,充分混合后点火,砰然爆炸,即初步测得甲烷爆炸低限≤10%。
        2.使瓶内装20%体积水,通入甲烷排水,甲烷在混合气中占20%体积,点火后未发生爆炸,即初步测得甲烷爆炸高限<20%。
        3.上述已初步测得甲烷爆炸低限≤10%,10%刻度处能容25mL水,逐减2.5mL水(即1%体积水),分别使瓶内存22.5mL水、20mL水……,分别通气排水,使甲烷在瓶内混合气中占体积百分数分别为9%、8%……,并分别点火测试,结果测得甲烷爆炸低限为5%。同样操作原理测得甲烷爆炸高限为15%。故综合测得甲烷的爆炸极限为5%~15%(精确到1%)。
        图3可燃性气体“爆炸极限”测定器更是初三教材中氢气爆鸣实验的最佳演示器。其操作方法十分简单:塑料瓶中装入约半瓶水,从b口通入氢气至刚好排尽水,密封a、b口,充分混合后对着安全方向,扣枪点火,砰然爆炸,并弹射塑料瓶。安全可靠,趣味性强,且实验成功率达100%。
        三、注意事项 
        1.用图3装置测定某可燃性气体未知“爆炸极限”时,最好使用储气装置提供该气源,以便定量掌控、平缓通气排水。
        2.图3装置可不标体积百分比刻度线,用量筒量取相应体积百分比的水倒入即可。
        3.该装置关键是确保塑料瓶口特别是点火枪口处气密性。

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