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    (長文,可供中學化學實驗指導教師和業餘化學實驗者參考)

    中學化學實驗,在器材和儀器方面,能改進的地方多了,試舉幾例:

    1、氣體發生裝置的圓底燒瓶和大試管,如果用蒸餾燒瓶或者具支試管(帶有支管的試管)代替,很多情況下要方便得多,塞子無需打孔,即使要打孔(例如安裝分液漏斗、溫度計等)也只需要打單孔,裝置的氣密性容易保證。

    2、一般做粗稱量用的托盤天平,完全可用廚房電子秤代替,1g精度的就可用,0.1g精度的已經可用於一些粗略定量實驗,0.01g精度的廉價電子天平在中學化學實驗階段代替分析天平都基本足夠。

    3、洗氣瓶可以直接買玻璃磨口的成品,氣密性好,又耐用,也可以用大具支試管改造成洗氣瓶,只需要單孔塞,不易損壞,氣密性好,又容易維修。

    4、過去橡膠導氣管一般用黃色的乳膠管,目前可將乳膠管儘量用白色的矽膠管代替,耐酸性氣體、氧化性氣體和有機溶劑氣體的效能要好得多,例如在乙酸乙酯合成實驗中,連線兩段導氣管的橡膠管應該用矽膠管,如果用乳膠管,在熱的乙酸乙酯蒸氣中極易破裂。

    5、不需要加熱的燒杯,大可購買便宜的聚丙烯(PP)製品,除了不能直接加熱之外,盛裝沸水都是沒有問題的,又不易碎,但儘量不要用於濃酸和有機溶劑。

    6、一般固體藥品和稀酸、稀鹼等,用便宜的高密度聚乙烯(HDPE)塑膠瓶長期盛放是沒有問題的,甚至濃鹼也可用HDPE塑膠瓶存放,但濃酸、強氧化性藥品(硝酸、氯酸鉀、高錳酸鉀、重鉻酸鉀等)和有機溶劑還是應該用玻璃瓶存放。

    7、有條件的情況下,儘量不要用明火加熱,可調萬用電爐現在並不貴,封閉式的可調萬用電爐更加安全實用,注意使用可調萬用電爐加熱也應該墊石棉網。

    8、玻璃管材料有軟質玻璃(鈉鈣玻璃)和硬質玻璃(硼矽酸鹽玻璃)兩類,前者俗稱“白料”,後者俗稱“九五料”或者“GG-17”、“17料”、“特硬料”等,粗略區分方法可以看斷面顏色,斷面顏色是綠色的一般是軟質玻璃,淺黃色甚至幾乎無色的是硬質玻璃,軟質玻璃管的加工(例如彎管、拉尖嘴玻璃管等)用大號酒精燈即可加熱軟化加工,硬質玻璃管則必須用煤氣燈或者酒精噴燈才能加熱軟化,中學化學實驗的導氣管用軟質玻璃就足夠了。

    9、有些有機化學實驗需要簡單的迴流,例如酚醛樹脂的製取、乙酸乙酯的合成等,可用一般100ml標準24mm磨口圓底燒瓶配上200mm—300mm的標準24mm磨口空氣冷凝管,組成代用迴流裝置,效果很好,儘量不要用橡皮塞,中學化學有機合成一般是少量—半微量級別的合成,反應物、生成物和蒸氣量都較少,一般簡單迴流時無需使用球形水冷凝管。

    10、蒸餾少量稀硫酸或者有機溶劑,以及製取少量的稀鹽酸、稀硝酸等,儘量使用曲頸甑作為加熱或者反應容器,最好不要使用橡皮塞和橡膠管(如果勉強使用,一般用過一次就會報廢),也可以使用大學有機化學實驗的標準磨口玻璃儀器,但成本高。

    實驗藥品方面的改進和代用品也很多,試舉幾例:

    1、市售飲用純淨水純度很高,代替蒸餾水使用是可以的,南方夏天空調的冷凝水可用潔淨容器收集,煮沸一次即可作為中學化學實驗室的一般代用純水。

    2、硫酸氫鈉的較濃溶液(3mol/L—4mol/L)可在大部分中學化學實驗中代替稀硫酸,例如製取氫氣,可以先配製3mol/L左右的硫酸氫鈉溶液,微熱後加入少量硫酸銅,趁熱與鋅粒反應就可較為滿意地製取氫氣(無需另行加熱,因為反應本身是放熱的),如果使用工業雜鋅,甚至只需微熱溶液,連硫酸銅都不用加。

    3、藥用高錳酸鉀片或者高錳酸鉀消毒片劑用於配製稀的高錳酸鉀溶液檢驗還原性氣體是毫無問題的,如果需要酸化,可加入少量固體硫酸氫鈉酸化。但注意藥用高錳酸鉀片切勿試圖研細後加熱製取氧氣,因為壓片時加入的藥用輔料可能含有有機物,加熱時有引發爆炸的危險!如果要製取氧氣,可以將藥用高錳酸鉀片與3%的雙氧水消毒劑反應。

    4、電解水實驗的電極可用粗電源保險絲(鉛合金)代用,為了增強導電性,可在純水中加入碳酸鈉,即食用純鹼,配製成5%—10%的碳酸鈉溶液就有很好的效果。

    5、在食用純鹼上滴加硫酸氫鈉溶液,或者在藥用碳酸氫鈉片劑(小蘇打片)上滴加硫酸氫鈉溶液、檸檬酸溶液、酒石酸溶液等,用於製取二氧化碳,都有十分滿意的效果,但不要用試管作為反應容器,宜用蒸餾燒瓶、平底燒瓶或者錐形瓶,因為容易產生大量泡沫,試管等小口徑容器可能導致泡沫溢位。

    6、少量氫氧化鈉溶液(5%—10%)可用純鹼與石灰的“苛化法”製取,但需要加入過量的石灰,加熱一段時間並不斷攪拌,直到取少量上層清液加入稀酸不再出現氣泡為止,靜置後取上層清液即為稀氫氧化鈉溶液,少量氫氧化鉀溶液也可以用類似的方法制取,只需要將純鹼改為碳酸鉀,碳酸鉀是一種食品新增劑,可以買到。

    7、中藥紫草用80%左右的酒精浸泡,紫色浸出液可代替石蕊指示劑,效果與石蕊指示劑基本相同;酚酞是一種常見瀉藥,取一兩片藥用酚酞片研細,用60%—80%的酒精溶解,可作為酚酞指示劑使用。如果買不到紫草,那麼紫(紅)蘿蔔皮的浸出液(注意這裡說的紅蘿蔔不是胡蘿蔔)、紫色捲心菜(甘藍)浸出液、紫(紅)菜薹皮的浸出液等均含有花青素,也都可以作為指示劑使用,這些代用指示劑在酸中一般顯紅色,在鹼中可能顯藍色、綠色、黃色等。紫薯的紫色實際也是花青素導致的,紅心火龍果的紅色素在鹼中變成黃色。

    8、如果要獲得少量氯氣,可用市售84消毒液或者有效氯濃度較高的衣物漂白劑(次氯酸鈉溶液)與最便宜的潔廁靈(以稀鹽酸為主要成分)反應,做氯氣漂白實驗或者製取少量氯水都是可以的,注意反應時最好慢慢將潔廁靈滴加到次氯酸鈉溶液中,必要時可微熱。

    9、市售家用“衣櫃除溼桶”中如果是白色小球狀顆粒物,則主要成份一般是工業無水氯化鈣,買最便宜的“衣櫃除溼桶”(不要“加香型”的),將白色小球狀顆粒物倒出即可作為乾燥劑使用,在要求不高的情況下也可以代替氯化鈣試劑。失效“衣櫃除溼桶”中的液體主要成份是氯化鈣的濃溶液,將其倒出,用水適當稀釋後過濾,可回收氯化鈣溶液或者作為製備沉澱碳酸鈣粉末的原料。

    10、用焦亞硫酸鈉(Na2S2O5,是亞硫酸氫鈉NaHSO3的脫水產物)代替亞硫酸鈉製取SO2有著用酸量少,原料易獲得的優點,焦亞硫酸鈉是一種食品新增劑,只需要在焦亞硫酸鈉固體上滴加稀釋後的磷酸或者硫酸氫鈉濃溶液,即可方便地製得大量SO2氣體,反應速度減緩時可微熱。

    11、將SO2通入3%雙氧水消毒劑,注意反應是較強的放熱反應,雙氧水濃度切勿過高!直到SO2過量,向溶液中投入幾粒沸石(碎瓷片),將溶液在通風處加熱到沸騰並沸騰一段時間,待液體體積減少1/10—1/5時,即得10%左右的稀硫酸,可用於硫酸氫鈉溶液不能替代的場合,例如製備硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、硫酸銅等。

    12、很多舊資料提到從廢乾電池中可回收鋅片、碳棒和二氧化錳,試驗證明,回收鋅片和碳棒是可行的,但廢乾電池中的黑色物質並非純二氧化錳,而是二氧化錳、水合三氧化二錳、碳粉、氯化銨等的複雜混合物,可能還含有澱粉之類的粘合劑,水洗多次都難於將氯化銨等可溶性物質完全除去,混雜在混合物中的碳粉空氣中燃點較高,高溫灼燒也難以燒盡,一旦將混有碳粉的二氧化錳用於催化氯酸鉀分解,就有引發爆炸的可能性,即使高溫灼燒將碳粉燒盡,得到的也只是二氧化錳、三氧化二錳、四氧化三錳等的混合物,二氧化錳純度很低,用於製取氯氣都不適合,因此儘量不要從廢乾電池中回收二氧化錳。另外,只有最普通的鋅錳乾電池,即“碳性電池”才能回收鋅片和碳棒,鹼性電池中沒有碳棒,外殼也不是鋅筒,而且一旦鹼性電池外殼被破壞,溢位的電解液中含有高濃度的KOH,有強烈的腐蝕性,因此不要隨意拆解廢鹼性電池。中學化學實驗中的二氧化錳只要購買工業品就可以了,工業品二氧化錳多直接使用天然軟錳礦加工,價格並不高。工業品二氧化錳用於催化氯酸鉀分解也應事先高溫灼燒一段時間,以除去可能混雜的有機物雜質。

    13、伏打電池(銅鋅原電池)實驗,可用電線中的粗銅絲代替銅片作為電池正極,將粗銅絲一端繞成螺旋狀,並事先將粗銅絲螺旋表面燒黑形成一薄層氧化銅,再將粗銅絲螺旋和鋅片一起浸入稀硫酸,這樣可以減少氫氣泡在正極上的積聚,使得電池壽命延長一些。

    14、小型發光二極體通過幾毫安的電流即可看到明顯發光,但使得發光二極體能夠正向導通發光的電壓較高,紅色發光二極體都在1.6V以上,其它顏色的發光二極體可能更高,因此如果用發光二極體代替小燈泡、電流表等驗證原電池電流,效果是很好的,但一般需要兩個以上的原電池串聯。

    15、電鍍鋅實驗如果直接用氯化鋅溶液作為電鍍液,效果很差,鍍上的鋅用手指一抹可能就脫落,可以在70ml純水中加入25g氯化銨溶解,再加入3g氯化鋅和8g醋酸鈉溶解,稀釋到100ml,測量pH值,如果不在6—7之間,可用少量稀鹽酸或者稀氫氧化鈉溶液調整到6—7之間,再加入幾滴最普通的家用合成洗滌劑(洗衣液、餐具洗潔精等都可以),混勻後作為簡易電鍍液,效果要好得多。電鍍電源用兩節電池即可,最好串入一個物理電學實驗用的滑線變阻器或者大功率電位器控制電鍍電流,不要過大。

    16、明礬在大多數情況下可代替硫酸鋁使用,明礬溶液與碳酸鈉溶液反應後,將沉澱洗滌乾淨再烘乾(切勿高溫灼燒),即得活性氧化鋁,可作為很多有機化學實驗的催化劑。

    17、市售工業品氧化鐵紅顏料是Fe2O3,氧化鐵黃顏料是Fe2O3·H2O或者FeO(OH),氧化鐵黑顏料則是Fe3O4,只要不是假冒偽劣產品(假冒偽劣產品常摻雜有泥土等),都可以代替實驗室的試劑使用。

    18、硫酸銅也是一種食品新增劑(用於製作無鉛皮蛋等),因此並不難買,食品新增劑硫酸銅的純度是比較高的。

    19、市售鹼石灰主要用途是作為CO2吸收劑,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幾,這種鹼石灰用來製取甲烷幾乎肯定失敗,需要將這種鹼石灰研碎,再加入一定量的固體NaOH一起研細,在鐵坩堝中煅燒到沒有水氣放出才能用於製備甲烷。作為CO2吸收劑的市售鹼石灰都加入了指示劑,例如加入了達旦黃(也叫陶土黃)指示劑的鹼石灰顆粒,未吸收CO2時是粉紅色的顆粒,吸收足量的CO2後就變成了淺黃色,表示鹼石灰已失效。

    20、活性氧化鋁作為乙醇脫水制乙烯的催化劑效果很好,但需要在硬質玻璃管中將活性氧化鋁加熱到340℃以上的溫度,再通入乙醇蒸氣。可以用長硬質玻璃試管,底部塞入浸透乙醇的脫脂棉,水平固定後在試管中部裝入活性氧化鋁,將活性氧化鋁加熱到一定溫度後再微熱試管底部浸有乙醇的脫脂棉,讓乙醇蒸氣透過加熱後的活性氧化鋁。

    21、在大試管中注入約20ml飽和碳酸鈉溶液,滴加2%硫酸銅溶液數滴(3—5滴即可),會出現少量藍綠色的鹼式碳酸銅沉澱,用力搖振大試管,鹼式碳酸銅沉澱會溶解,生成碳酸根離子與二價銅離子的絡離子,溶液變成較深的亮藍色,這種絡離子可以代替新制氫氧化銅,用於檢測醛基或者還原糖,相當靈敏,反應只需水浴加熱,即可得到黃色到磚紅色的沉澱物。

    22、乙酸乙酯的合成可用85%濃磷酸或者固體一水硫酸氫鈉(NaHSO4·H2O)代替濃硫酸作為催化劑,既安全,效果又好。在大試管中加入4ml冰醋酸和6ml乙醇,再加入2ml 85%濃磷酸或者2g一水硫酸氫鈉晶體,搖振片刻,最後投入2—3粒沸石(碎瓷片),用小火微熱,讓反應物微沸一段時間即可收集蒸氣冷凝物,主要成分是乙酸乙酯,用飽和碳酸鈉溶液洗滌後即得粗乙酸乙酯。

    23、乙酸乙酯主要用途實際不是香料,而是溶劑。乙酸乙酯可用於粘接有機玻璃(亞克力)製品,也可以作為去除指甲油的洗甲水,還可以除去衣物上的食用油汙漬。

    24、市售的白砂糖(蔗糖)一般早已部分水解,用這種白砂糖驗證蔗糖不具有還原性往往會得出相反結果,最好用市售大塊單晶冰糖,並用水洗去表面一層,實驗效果可能會準確一些。

    26、維生素C的還原性比還原糖更強,可以試驗用藥用維生素C片研細後還原新制氫氧化銅,效果比醛類或者還原糖還要好。

    27、做聚苯乙烯塑膠溶解實驗時,可用包裝箱中的白色聚苯乙烯硬質泡沫塑膠(軟質泡沫塑膠不能用)做溶解實驗,溶解速度非常快,溶劑最好用二甲苯,苯的毒性太大,沸點又低,很不安全。

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