实验仪器是进行化学实验的重要工具。实验工具的齐备与否,直接影响到实验的成功与失败。根据不同的实验目的,应选择相应的实验方法,用不同的实验仪器才能进行实验。而实验仪器的构造和性能又决定了它特有的操作方法和不同的适用范围。所以必须对化学仪器的有关知识及功能有一个完整的了解,才能掌握它、正确地使用它,进而在熟练基础上达到得心应手,完成好各种实验。中学化学实验室中用于实验教学的仪器很多,本章对常用的四十多种进行归类和介绍。
第一节常见仪器分类
在中学化学实验室中,一般是根据仪器的主要用途的不同,可将常见化学实验仪器分为下列几类:
一、贮存仪器
1.较长时间贮存的有:①贮存固体试剂的有广口瓶;②贮存液体试剂的有细口瓶;③贮存气体的有储气瓶。
2.暂时贮存(或收集)的有:储水的有水槽;储试液的有试管、锥形瓶、滴瓶;储气的有集气瓶。
二、反应容器
1.可直接加热的有:试管、蒸发皿、燃烧匙、硬质玻璃管、坩埚等。
2.垫石棉网加热的有:烧杯、锥形瓶、圆底烧瓶、蒸馏烧瓶等。
3.不能加热的有:钟罩、启普发生器、培养皿、表面皿、吸滤器、集气瓶等。
三、固定仪器
1.支撑、夹持、固定的有:铁架台(包括铁夹、铁圈、十字螺丝)、三角架、试管架、漏斗架、试管夹、坩埚钳等。
2.承垫、放置的有:石棉网、泥三角等。
四、转移仪器
1.用于固体取用、添加的有:药匙、镊子等。
2.用于液体移取、添加的有:①移取添加粗略量的有胶头滴管、分液漏斗、长颈漏斗、三角漏斗、滴定管、蒸馏烧瓶等;②移取添加较准确量的有移液管、量筒、量杯等。
五、计量仪器
1.用于质量计量的有:托盘天平(包括砝码)、电子天平等。
2.用于体积计量的有:量杯、量筒、滴定管、移液管等。
3.用于温度测量的有:温度计。
4.用于酸度测定的有:酸度计、pH计等。
六、加热仪器
用于加热的仪器有酒精灯、酒精喷灯、热水浴等。
七、配套仪器
单孔橡皮塞、双孔橡皮塞、乳胶管、导气管、止气夹、尖嘴导管等。
八、其它用途仪器
1.用于干燥的有:干燥器、球形干燥管、U形管等。
2.用于洗气的有:洗气瓶。
3.用于冷凝的有:冷凝器。
4.用于研磨的有:研钵。
5.用于洗刷的有:毛刷、试管刷。
6.用于沾取、搅拌、引流的有:玻璃棒。
7.用于盖子、塞子的有:玻璃片、无孔橡皮塞、表面皿等。
第二节常用仪器简介
一、储存仪器
1.试剂瓶
(1)种类性能
试剂瓶是实验室里专门用来盛放各种液体、固体试剂的容器,形状主要有细口、广口之分。因为试剂瓶只用做常温存放试剂使用,一般都用钠钙普通玻璃制成。为了保证具有一定强度,所以瓶壁一般较厚。试剂瓶除分细口、广口外,还有无色,茶色(棕色)2种,有塞、无塞两类。其中有玻璃塞者,无论细口、广口,均应有内磨砂处理工艺。无塞者可不做内磨砂,而配以一定规格的非玻璃塞,如橡胶塞、塑料塞、软木塞等。近年来各类实用的塑料试剂瓶纷纷面市,使这类容器丰富多彩。
(2)常见规格
试剂瓶的规格以容积大小表示,小至30mL、60mL,大至几千至几万毫升不等。
(3)使用注意
①有塞试剂瓶不使用时,要在瓶塞与瓶口磨砂面间夹上纸条,防止粘连。如前所述,所有试剂瓶都不能用于加热。
②根据盛装试剂的理化性质选用所需试剂瓶的一般原则是:盛装固体试剂一般选用广口瓶,盛装液体试剂一般选用细口瓶,盛装见光易分解或变质的试剂一般选用棕色瓶,盛装低沸点易挥发的试剂一般选用有磨砂玻璃试剂瓶,盛装碱性试剂一般选用带橡胶塞试剂瓶等。若试剂具有上述多项理化指标时,则可根据以上原则综合考虑,选用适宜的试剂瓶。
③有些特殊试剂,如氢氟酸等不能用任何玻璃试剂瓶而选用塑料瓶盛装。
④所贴标签,固体就注明物质的纯度,液体要注明溶液的浓度。
2.水槽
(1)种类性能
水槽有玻璃和塑料两种制品。水槽是用来贮水的容器,它常与集气瓶配合使用进行排水法收集气体。水槽常为圆柱形,由于具有透明度,便于排水法收集气体时进行观察。为克服其易碎易损坏的缺点,现在已有各种塑料水槽面市。
(2)常见规格
水槽的规格以口径大小表示,常用为150mm、180mm、210mm、250mm、300mm等多种。
(3)使用注意
①水槽不能加热,也不能盛装温度过高的热水。水槽内盛水不宜超过容积的2/3。
②收集气体时,也可根据气体的性质选用不同的液体。例如,可用排饱和食盐水法收集氯气等。
③若以硬脂酸为主要原料用单分子膜法测定阿伏加德罗常数的实验时,不用塑料水槽而用较规则的玻璃水槽为宜。
3.集气瓶
(1)种类性能
集气瓶专供收集气体的容器,常配磨砂玻片或叫毛玻片。集气瓶与广口瓶的形状相似,但为了增强集气瓶的气密性,玻片与瓶口应保证严密。所以集气瓶的瓶口要进行磨平处理,而广口瓶的瓶口则不需磨平。由于集气瓶一般不需要有塞,所以其瓶颈内沿不采用磨砂工艺。
(2)常见规格
集气瓶的规格以容积大小表示,常用为30mL、60mL、125mL和250mL等多种。
(3)使用注意
①使用集气瓶收集气体时,磨砂玻璃片与瓶口都应均匀薄涂一层凡士林。磨砂玻璃片应紧贴瓶口推拉进行开、闭操作。
②当集满气体待用时,有2种放置方式。若收集的气体密度比空气平均密度大时,瓶口应向上放置,反之,则向下放置。
③集气瓶不能加热。当进行某些燃烧实验时,瓶底还应辅一层细砂或盛少许水,以免高温固体生成物溅落瓶底引起集气瓶炸裂。
4.储气瓶
(1)种类性能
贮气瓶通常都是采用普通玻璃加工成型,形状各异。储气瓶或贮气瓶是实验室中用于短期内贮备较多量气体的专用仪器。贮气瓶常用的液封介质是水,则只能贮备难溶于水的气体。若需贮备能溶于水的气体时,可根据气体的性质选择合适的液封介质。例如:需贮备氯气时,可选用饱和食盐水做液封介质等,贮气瓶由带活塞的漏斗、下口瓶和用单孔橡胶塞与下口瓶相连的带活塞的导气管组成。若实验室暂无此种仪器,可选用现有的仪器根据贮气原理进行装配代用。
(2)常见规格
贮气瓶的规格以下口瓶容量来表示,常用为500mL、1000mL、3000mL等几种。
(3)使用注意
①不能加热,使用时也切忌骤冷骤热。
②进行贮气操作前首先要检查气密性。
③贮气时要先加液封介质,其方法是第一步用一个带玻璃导管的单孔橡胶塞(玻璃导管上已套接一段橡胶管,且用止水夹夹紧)塞紧下口瓶下方的排液孔,打开上方导气管的排气活塞后,由上部漏斗加满液体,再关闭排气活塞。第二步将橡胶管与气体发生器连接,打开止水夹,气体由下口瓶上方排气活塞通入,并将液体压入漏斗,从而使气体贮存。
二、反应容器
1.试管
(1)种类性能
试管是一种常用而简单的玻璃容器,常用于常温或加热条件下的少量试剂间的反应,发生或收集少量气体等。试管根据其用途常分为平口试管、翻口试管和具支试管等。平口试管适宜于一般化学反应,翻口试管适宜加配橡胶塞,具支试管可做气体发生器,也可做洗气瓶或少量蒸馏用。
(2)常见规格
试管的大小一般用管外径与管长的乘积来规定,常用为10×l00mm、12×l00mm、15×l50mm、18×180mm、20×200mm和32×200mm等多种。
(3)使用注意
①持拿试管应三指(拇指、食指、中指)握持试管的上部,无名指和小指拳向掌心,不可大把抓。
②试管盛装液体的量不应超过其容积的1/2,当振荡或加热试管中的液体时,液体的量不应超过其容积的1/3,以便于振摇和防止沸腾时液体溢出管外。
③振荡试管中的液体时,应用适当的腕力来回甩动试管,不能上下振荡,更不能用拇指堵住管口上下振荡。
④给试管加热前应将外壁擦干,以防因试管受热不匀而炸裂。不能用手直接持拿试管进行加热,应用试管夹夹持或把试管固定在铁架台上,夹持的位置距管口2~3cm处。
⑤液体加热要均匀,不可固定加热试管底部,以防液体喷出。加热时试管应与实验台面保持45度角,这样液体会有较大的受热面积和蒸发表面,减少爆沸现象。加热时试管口不可对人,更不能把眼睛对着正在加热的试管口张望,以防液体喷溅伤人。
⑥固体加热应先预热,然后固定加热。为防冷凝水回流到灼热的试管底部而引起炸裂,试管口要稍向下倾斜。
⑦加热后的试管要放在试管架或石棉网上,让其慢慢冷却,以免骤冷而引起炸裂。
2.烧杯
(1)种类性能
烧杯通常用作反应物量较多时的反应容器,玻璃制品。此外也用来配制溶液,加速物质溶解,促进溶剂蒸发等。烧杯的种类较多,中学常用低型烧杯。为了在使用时便于添加一定量的液体,在一些烧杯外壁上印有白色的容积标线,这种烧杯叫印标烧杯,有的叫它刻度烧杯。其分度并不十分精确,允许误差一般在正负5%,因此,一般不做量器使用。
(2)常见规格
烧杯的规格以容积大小区分,常用为50mL、100mL、250mL、500mL、1000mL等多种。
(3)使用注意
①给烧杯加热时要垫上石棉网。不能用火焰直接加热烧杯。因为烧杯底面大,用火焰直接加热,只可加热到局部,使玻璃受热不匀而引起炸裂。烧杯不能干烧。
②用烧杯加热液体时,液体的量以不超过烧杯容积的1/3为宜,以防沸腾时液体外溢。加热时,烧杯外壁须擦干。
③加热腐蚀性药品时,可将一表面皿盖在烧杯口上,以免液体溅出。
④拿烧杯时,要拿外壁,手指勿接触内壁。拿加热时的烧杯,要用烧杯夹。需用玻璃棒搅拌烧杯内所盛溶液时,应沿杯壁均匀旋动玻璃棒,切勿撞击杯壁与杯底。
⑤不可用烧杯长期盛放化学药品,以免落入尘土和使溶液中的水分蒸发。用后应立即洗净、擦干、倒置存放。
3.烧瓶
(1)种类性能
烧瓶是用作反应物较多且需较长时间加热的、有液体参加反应的容器,玻璃制品。其瓶颈口径较小,配上塞子及所需附件后,也常用来发生蒸气或做气体发生器。烧瓶的用途广泛,因此型样也有多种,中学常用圆底烧瓶和平底烧瓶2种。圆底烧瓶一般用做加热条件下的反应容器。而平底烧瓶用于不加热条件下的气体发生器,也常用来装配洗瓶等。由于平底烧瓶底部平面较小,其边缘又有棱,因此,加热时容易炸裂。所以它一般不用于加热条件下的反应容器。
(2)常见规格
烧瓶的规格以容积大小区分,常用为150mL、250mL和500mL等多种。
(3)使用注意
①圆底烧瓶底部厚薄较均匀,又无棱出现,可用于长时间加热使用。
②加热时烧瓶应放置在石棉网上,不能用火焰直接加热。
③实验完毕后,应撤去热源,静置冷却后,再进行废液处理和洗涤。
4.蒸馏烧瓶
(1)种类性能
蒸馏烧瓶属于烧瓶类,不同处是瓶颈部位有一略向下倾斜的支管,它专用做蒸馏液体的容器。蒸馏烧瓶有减压及常压2类。常压蒸榴烧瓶也分支管在瓶颈上部、中部和下部的3种,蒸馏沸点较高的液体,选用支管在瓶颈下部的蒸馏烧瓶,沸点较低的则用支管在上部的蒸馏烧瓶。而支管位于瓶颈中者,常用来蒸馏一般沸点的液体。
(2)常见规格
蒸馏烧瓶的规格以容积大小区别,常用为150mL和250mL等几种。
(3)使用注意
①配置附件(如温度计等)时,应选用合适的橡胶塞,特别要注意检查气密性是否良好。
②加热时应放在石棉网上,使之均匀受热。
5.锥形瓶
(1)种类性能
锥形瓶又叫锥形烧瓶或称三角烧瓶,玻璃制品。锥形瓶瓶体较长,底大而口小,盛入溶液后,重心靠下,即便于手持振荡,故常用于容量分析中做滴定容器。实验室也常用它装配气体发生器或洗瓶。
(2)常见规格
锥形瓶的大小以容积区分,常用为150m1、250mL等几种。
(3)使用注意
①振荡时,用右手拇指、食指、中指握住瓶颈,无名指轻扶瓶颈下部,手腕放松,手掌带动手指用力,做圆周形振动。
②锥形瓶需振荡时,瓶内所盛溶液不超过容积的2/3。
③若需加热锥形瓶中所盛液体时,必须垫上石棉网。
6.启普发生器
(1)种类性能
启普发生器常称气体发生器,玻璃制品。因为是荷兰化学家启普发明(1862年)而得名。它用做不需加热、由块状固体与液体反应制取难溶性气体的发生装置。启普发生器由上部的球形漏斗、下部的容器和用单孔橡胶塞与容器相连的带活塞的导气管3部分组成。启普发生器使用非常方便,当打开导气管的活塞,球形漏斗中的液体落入容器与窄口上固体接触而产生气体;当关闭活塞,生成的气体将液体压入球形漏斗,使固、液体试剂脱离接触而反应暂行停止,可供较长时间反复使用。
(2)常见规格
启普发生器的规格以球形漏斗的容积大小区别,常用有250mL或500mL等几种。
(3)使用注意
①装配启普发生器时,要在球型漏斗与容器磨砂口间涂少量凡士林,以防止漏气。在容器中部窄口上面加一橡胶圈或垫适量玻璃棉,以防止固体落人容器下部,造成事故。