启普发生器.doc

启普发生器蔡奇渊 启普发生器是一个简单、有趣的组合仪器，由荷兰人启普1864年发明。说它简单首先是构造简单，由两部分厚壁玻璃仪器组成，一部分称为球形漏斗，一部分称为容器。 球形漏斗就是长颈漏斗的美化，功能是一样的，只不过将缩脖歪嘴的丑鹬，变化成了匀称雅致的仙鹤。 容器是特制的，上部是圆球，下部是半球，它们弧顶相连，连接处有一个开口，球形漏斗通过开口处时，正好可以堵住，液体可以自由通过，大块固体则不行。 简单还体现在它的操作上，首先是气密性的检查，启普发生器是厚玻璃制成，不宜受热，检查气密性时也不必加热，只需在仪器组装好之后，关闭导管上的活塞（或止水夹），向球形漏斗中注水，待漏斗口淹没后继续注水，若在漏斗中形成稳定的液柱，说明气密性好。 原理很简单：容器内气体的压强如果大于（或小于）大气压强，就能证明容器气密性好。在这次日本核泄漏事故中，曾用压力容器中的气体压强大于大气压强的结论，证明压力容器还是完好的，两者的原理是一样的。球形漏斗中液柱所产生的压强，作用于容器内的气体，容器内气体的压强等于大气压强加上水柱所产生的压强，大于大气压，所以可以用水柱来说明气密性好。 启普发生器气密性检查简单，使用起来也很简单。它适于块状固体和液体反应制气体的实验。使用时，容器的圆球中放块状固体，放好后插入球形漏斗，块状固体被留在圆球中，液体由球形漏斗中加入。需要气体时，只需打开活塞，让容器与气体收集装置连通，容器内气体逸出，压强下降，漏斗中的液体进入容器，淹没固体，开始反应，产生气体。 气体够用后，关闭活塞，此时液体和固体依然在反应，产生的气体无法排出，容器中气体的量增加，根据克拉珀龙方程（PV=nRT)，其他条件不变时，气体的压强与气体物质的量成正比。容器内气体物质的量增加，气体的压强也增大，推动容器内的液体向漏斗中运动，漏斗中的液面上升，容器中的液面下降，当液面降到固体以下时，固体和液体脱离接触，反应停止。从而实现“随开随用，随关随停”的效果，一个典型的自反馈机制。 启普发生器常用于块状固体和液体制气体且不需要加热的反应，如锌粒（块状固体）和稀硫酸制氢气，大理石（块状）与稀盐酸制二氧化碳，硫化亚铁与盐酸反应制硫化氢等。 既然启普发生器不宜受热，需要加热的反应不能用，产生大量热的反应也不能用，如二氧化锰和浓盐酸制氯气需加热，不能用。电石和水反应制乙炔，由于产生大量的热，也不能用。反应物为粉末状固体也不能用，因为粉末会进入容器的下半球中，关闭活塞时，液体不可能与固体脱离接触，反应不会停止，达不到“随开随用，随关随停”的效果。如过氧化氢在二氧化锰的作用下分解，二氧化锰是粉末，不能用，如果用水泥将它制成小块，就可以用的。说它有趣，“随开随用，随关随停”，像个有趣的玩具，可不是吗？打开活塞，漏斗中的液体流下去，固体上的气泡升起来。关上活塞，容器中的液面降下去，漏斗中的液面升起来。打开，关上，关上，打开，看升升降降自动进行，不是很有趣吗？真有点像孩子的一个新玩具。如果不小心，固体落到了下半球中，关闭活塞，液体和固体不能脱离接触，反应不会停止，它会一直工作下去，一个很有意思的现象就产生了，当容器中的液面降到漏斗口以下时，漏斗中就会形成间歇喷泉：隔一段时间会有一个大气泡从漏斗中喷出，模拟了自然界的间歇泉。了解了启普发生器的原理，U型管、干燥管、甚至是破试管都模拟进行“随开随用，随关随停”的实验，变化一下仪器，乙炔也行。4