專利名稱：排液集氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)用排液集氣裝置。
在初等、中等及高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，需要將氣體收集于集氣瓶、燒瓶、錐形瓶、試管等玻璃集氣容器里，供教師演示實(shí)驗(yàn)及學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)之用。有時要把氣體收集起來并貯存一段時間待用。目前，采用的收集方法有排氣集氣法和排液集氣法，而在排液集氣法中應(yīng)用較廣泛的是排水集氣法。
現(xiàn)行基礎(chǔ)化學(xué)教科書所述集氣法及其裝置(可參閱初中、高中、中師等統(tǒng)編教材)，雖然尤以排氣法及其裝置簡易，但存在四個方面的問題①、由于氣體的擴(kuò)散和互溶性，一般說來，收集到的氣體純度不高，影響氣體性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的效果。②、判斷一些無色氣體是否集滿集氣容器，需要采用檢驗(yàn)手段。③、為了便于檢驗(yàn)氣體是否收集滿和提高所收集氣體的純度，一般要通入比集氣容器容量稍多的氣體，如果該氣體有毒有害，逸出集氣容器外就會造成環(huán)境污染。④、能和空氣反應(yīng)的、密度和空氣接近的氣體不能采用排氣法收集，而只能采用排液集氣法。目前所采用的排液集氣法及其裝置收集氣體時，(甲)、要用手伸進(jìn)操作液(排液集氣所用的液體物質(zhì))中操作，加之有些操作液對皮膚、人體有害，不但操作不很方便，而且有違化學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)范。(乙)、若僅采用以水作操作液的排水法，則收集氣體的適用范圍小。(丙)、一般要邊收集邊用手扶持集氣容器，以防傾倒(除非采取其它措施)。(丁)、要耗用比集氣容器容量多幾倍的操作液，除水等少數(shù)操作液外，象二硫化碳、液體石蠟、四氯化碳等操作液的價格都不便宜。綜合考慮到上述因素，在中等、初等學(xué)校廣泛采用的是排水法，而排其它液體法的應(yīng)用受到條件限制。加之，有些操作液對皮膚有害(如四氯化碳)，也影響實(shí)際應(yīng)用。
《化學(xué)教育》雜志，一九八八年第三期第36頁載《介紹氣壓式排水集氣法》一文所述裝置①、用插有二支導(dǎo)管的橡皮塞密封容器，并要一支導(dǎo)管端伸至容器底部，以便排盡水。那么，不同規(guī)格的集氣容器，必須用插有不同長度導(dǎo)管的不同規(guī)格的膠塞。②、橡膠塞須塞進(jìn)集氣容器口一截，加之，導(dǎo)管里殘存空氣，將會影響所集得氣體的純度。③、通入的氣體應(yīng)有一定的壓強(qiáng)值，才能將集氣容器里的水排出，且集氣容器徑向越長，所需要克服集氣容器中水的靜壓強(qiáng)就越大。因此，倘若氣體發(fā)生器內(nèi)氣壓不足夠，排水集氣過程就不能進(jìn)行。④、集氣容器里收集到比空氣密度輕的氣體又需要暫時貯存時，不便換用毛玻璃片來覆蓋。
在化學(xué)教學(xué)中，當(dāng)前半節(jié)課或前一節(jié)課有關(guān)氣體的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)作完之后，由于某些制取氣體的發(fā)生裝置不能有效地使產(chǎn)生氣體的反應(yīng)暫時停止，為了便于下半節(jié)課或下節(jié)課作同樣氣體的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，為了節(jié)約時間和試劑，為了避免環(huán)境污染，要求實(shí)驗(yàn)者將后繼產(chǎn)生的氣體收集并貯存起來。就目前的實(shí)驗(yàn)儀器，這就要求另用貯氣裝置來完成，氣體發(fā)生器中殘存的有毒尾氣，往往還需要備裝置作凈化處理。
本實(shí)用新型是為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一種收集氣體且兼有貯氣、輸氣及吸收氣體功能的通用簡便教學(xué)儀器。實(shí)現(xiàn)了保證氣體純度，正常集氣不擇氣壓高低、降低操作液用量、避免用手伸進(jìn)操作液的要求。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的由導(dǎo)蓋、環(huán)桿(4)、支架(10)、活動卡(7)、螺旋彈簧(9)、大漏斗(14)、小漏斗(15)、支柱(13)等組成的排液集氣裝置，其中的導(dǎo)蓋，是用來導(dǎo)入氣體、排出液體和密封集氣容器口的蓋子，主體由彈性材料(1)和硬性材料(2)粘合而成的。蓋子之中央有二只導(dǎo)嘴(3)，導(dǎo)蓋固定在環(huán)桿(4)的圓環(huán)上。兩只安裝在環(huán)桿(4)上的支架(10)平行地直立于導(dǎo)蓋的彈性材料(1)面上的兩側(cè)。活動卡(7)的兩腳伸在支架(10)的槽中，可在槽中滑動和槽齒上固定?；顒涌?7)的橫梁中孔處內(nèi)側(cè)安裝了一壓力螺旋彈簧(9)。當(dāng)彈簧(9)之力作用在集氣容器底部上，容器口就被導(dǎo)蓋的彈性材料(1)密封。再將活動卡(7)的兩腳固定在支架(10)的槽齒中，則導(dǎo)蓋、集氣容器、活動卡(7)及彈簧(9)的緊固狀態(tài)得到保持。隨繼操作環(huán)桿(4)，則環(huán)桿(4)及其所安裝的部件和集氣容器都能繞環(huán)桿(4)的對稱軸線轉(zhuǎn)動，且每轉(zhuǎn)九十度環(huán)桿(4)都能被固定在支柱(13)上，使得集氣容器口向上向下或水平方向。當(dāng)要向集氣容器里注入操作液時，使容器口向上處于正置位置就可進(jìn)行注液排氣。繼兒要向集氣容器通入氣體時，使容器口向下處于倒置位置就可進(jìn)行排液集氣。
裝置中構(gòu)成導(dǎo)蓋的彈性材料是一塊表面閉孔的軟質(zhì)泡沫塑料圓板(1)，也可用彈性好的橡膠板。硬質(zhì)材料是一塊硬質(zhì)塑料圓槽(2)，也可用金屬和木板。將軟質(zhì)泡沫塑料圓板(1)嵌粘在硬質(zhì)塑料圓槽(2)的圓槽中，即成一面軟一面硬的圓形導(dǎo)蓋。在導(dǎo)蓋的軟面中央小圓區(qū)域是凹面的。在此凹面的頂部插有二只相距約0.5厘米的導(dǎo)嘴(3)。此導(dǎo)嘴(3)的一端未超出導(dǎo)蓋泡沫凹面頂部，而另端露出硬面一截，以便連接大漏斗(14)和小漏斗(15)。
裝置中活動卡(7)可用鋼制成。它的橫梁中點(diǎn)孔上焊接有一截鐵管(12)，細(xì)金屬栓(11)穿在鐵管(12)和壓力螺旋彈簧(9)中。細(xì)金屬栓(11)的下端固定在盤碟狀硬質(zhì)塑料帽(6)的背面頂點(diǎn)上。壓力彈簧(9)的兩端分別固定在活動卡(7)的橫梁上和硬質(zhì)塑料帽(6)上?；顒涌?7)的兩腳用活動卡手柄(8)相連。操作活動卡手柄(8)，能使活動卡(7)的兩腳拉近一點(diǎn)，使其能在支架(10)的槽里上下滑動。放開兩腳，便能卡在支架(10)的槽齒中，使得裝置固緊。當(dāng)硬質(zhì)塑料帽(6)罩在集氣容器底部上，彈簧(9)之壓力就分布在集氣容器較大的承受面上，且力的方向大致沿著器壁的徑向作用至器口。根據(jù)集氣容器的形狀及厚度，旋加適度彈簧壓力，使得玻璃集氣容器口被導(dǎo)蓋的泡沫塑料面密封，而不會把玻璃集氣容器壓壞。
裝置中的環(huán)桿(4)可以是金屬制成且由圓環(huán)、長桿和短桿組成，如附圖4所示，連接于圓環(huán)上的長桿和短桿分別在圓環(huán)平面的兩側(cè)且在對稱軸線上。圓環(huán)上安裝導(dǎo)蓋，長桿和短桿上分別安裝支架(10)的左右二支。長桿端最末一段可以是細(xì)圓柱，次末一端可以是正四棱柱，此兩段插入支柱(13)的橫孔中并和橫孔相齒合，使得環(huán)桿(4)能緊固在支柱(13)上。其中細(xì)圓柱段還有一截插在小螺旋彈簧(5)中。當(dāng)要旋轉(zhuǎn)環(huán)桿(4)時，用力拉，使環(huán)桿(4)的正四棱柱段脫離支柱(13)的橫孔即可。
本裝置中的具活塞(16)的大漏斗(14)和具三通活塞(17)的小漏斗(15)分別由二根支柱支撐，且能沿支柱上下移動和緊固在支柱上。大漏斗(14)的管端和小漏斗(15)的支管b端分別用乳膠管和導(dǎo)嘴(3)連接。小漏斗(15)的三支管a、b、c互成120度角度?；钊ㄉ嫌幸粭l曲通孔，此孔兩出口在活塞栓截面圓周上也成120度圓周角。因此，旋轉(zhuǎn)活塞栓能開啟任意一條通道(或ab或ac或bc)或同時關(guān)閉三條通道。
采用本裝置收集氣體完畢后，一般用毛玻璃片來蓋集氣容器口，再將它們一起取出裝置即可。若是收集易和空氣反應(yīng)的及和空氣密度相近的氣體，最好的技術(shù)方案是采用活動蓋?；顒由w的構(gòu)造如附圖3所示，主體由軟泡沫塑料圓板(18)和直徑比導(dǎo)蓋泡沫塑料圓板(1)直徑小的硬質(zhì)塑料圓板(19)所迭粘而成的。它是一面軟一面硬的薄圓片，此活動蓋的中央有一小圓孔(21)，夾槽里置有梯形塑料插板(20)。移動插板(20)能將圓孔(21)開啟和關(guān)閉。
本實(shí)用新型避現(xiàn)在各種集氣裝置的短處，變專屬性、選擇性為廣泛性和通用性。各種平口集氣容器(如集氣瓶、試管、燒瓶、量筒、錐形瓶、投影方口槽、燒杯等)，無論容器口的幾何形狀、大小(在一定范圍)和容器的深淺各異。都能使用本裝置完成收集氣體的操作，不需另換導(dǎo)蓋，也不需用導(dǎo)管伸進(jìn)集氣容器底。對于小學(xué)、中等學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)所需要收集的各種氣體及高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)按一般要求收集的部分氣體，都可以采用此裝置來完成，且能達(dá)到純度要求。除起始和終了外，在收集過程中不需要用手扶持裝置部件，不需用檢驗(yàn)手段來判斷氣體是否收集滿。在收集過程中沒有氣體的外逸現(xiàn)象。耗用操作液量少，且避免了要用手伸進(jìn)操作液里。如果氣體發(fā)生器內(nèi)氣壓較小，甚至接近大氣壓強(qiáng)，本裝置也能正常進(jìn)行操作。本裝置還具有貯氣、輸氣、氣體的吸收、凈化處理有毒尾氣的功能。
本實(shí)用新型有如下附圖


圖1.排液集氣裝置側(cè)視圖。圖2.導(dǎo)蓋側(cè)面剖視圖。圖3.活動蓋側(cè)視圖。圖4.環(huán)桿(4)的形狀示意圖。其中1--軟質(zhì)泡沫塑料圓板。2--硬質(zhì)塑料圓板。3--導(dǎo)嘴。4--環(huán)桿。5--螺旋彈簧。6--塑料帽。7--活動卡。8--活動卡手柄。9--螺旋彈簧。10--支架。11--細(xì)金屬栓。12--鐵管。13--支柱。14--大漏斗。15--小漏斗。16--活塞。17--三通活塞。18--軟質(zhì)泡沫塑料圓板。19--硬質(zhì)塑料圓板。20--插板。21--圓孔。
本實(shí)用新型，按下述各例實(shí)施。
例一收集氧氣、氯氣、氫氣、二氧化硫等氣體。
①、安裝集氣容器。使集氣容器口觸接上方導(dǎo)蓋軟面中央，然后拉活動卡手炳(8)，使塑料帽(6)緊頂在集氣容器底上，略見容器口將軟面頂變形并凹下為止。
②、注液排氣。在大漏斗(14)中加入比集氣容器容量稍多的惰性操作液(水、石蠟、四氯化碳等)，旋轉(zhuǎn)活塞(17)讓支管ab通，并使活塞(17)高于導(dǎo)蓋的位置，再開啟活塞(16)，讓操作液充滿集氣容器及導(dǎo)嘴(3)至活塞(17)之間的一段乳膠管或已有少量液體進(jìn)入漏斗(15)時，立即關(guān)閉三通活塞(17)。
③、排液集氣。操作環(huán)桿(4)，使集氣容器口向下成倒置狀態(tài)。旋動活塞(17)，使支管bc通。從支管c端通入要收集的氣體，排液集氣便開始進(jìn)行。若氣體發(fā)生器輸出氣體壓強(qiáng)較小，甚至接近大氣壓強(qiáng)，使得集氣速度變緩慢時，可以降低漏斗(14)的位置至導(dǎo)蓋所在水平面之下，便能使排液集氣操作正常進(jìn)行。
④、拆卸集氣容器。A、若氣體的密度比空氣小，就在集氣容器已成倒置狀態(tài)下，操作活動卡手炳(8)，松開塑料帽(6)，將毛玻璃片插進(jìn)集氣容器口和導(dǎo)蓋間的間隙并緊貼在容器口上，最后把它和集氣容器一起從裝置中取出備用。B、若氣體的密度比空氣大，就操作環(huán)桿(4)，使集氣容器口向上成正置狀態(tài)。如同前述過程，操作活動卡手炳(8)松開塑料帽(6)，插入毛玻璃片，取出集氣容器備用。
例二收集氮?dú)?、一氧化氮等氣體。
①、安裝集氣容器。將圓孔(21)開啟的軟面朝下的活動蓋(軟面上和夾槽里涂有凡士林)，放置在正置的集氣容器口上，并和集氣容器一起觸接上方導(dǎo)蓋軟面中央，然后操作活動卡手柄(8)，讓塑料帽(6)緊頂集氣容器底，使得集氣容器口將活動蓋和導(dǎo)蓋兩者的軟面均被頂變形并凹下為止。
②、注液排氣。參照例一的“②注液排氣”操作。
③、排液集氣。參照例一的“③排液集氣”操作。
④、拆卸集氣容器。把梯形插板(20)推進(jìn)以關(guān)閉圓孔(21)的步驟代替例一中將毛玻璃片貼在容器口上的步驟后，其余過程參照例一的“④折卸集氣容器”步驟操作。
例三貯氣和輸氣。
1、貯氣。①、安裝貯氣容器、②、注液排氣、③、排液貯氣均參照例一中相應(yīng)步驟“①安裝集氣容器、②注液排氣、③排液集氣”操作。爾后，關(guān)閉活塞(16、17)，將所收集到的氣體貯在裝置上即可。
2、輸氣。讓貯氣容器在排液集氣裝置上處于倒置狀態(tài)，開啟活塞(16、17)，則從支管c端輸出氣體。
例四、氣體的吸收。
①、安裝吸收容器的操作參照例一的“安裝集氣容器”的操作步驟。
②、注液排氣。在大漏斗(14)中加入比吸收容器容量稍多的吸收劑，調(diào)整小漏斗(15)，使活塞(17)的位置高于導(dǎo)蓋且支管bc通。開啟活塞(16)，當(dāng)吸收劑注滿吸收容器時，〔最好不要注入導(dǎo)嘴至活塞(17)間一段乳膠管〕關(guān)閉活塞(16)。
③、氣體的吸收。操作環(huán)桿(4)，使吸收器口向下成倒置狀態(tài)〔必要時，可調(diào)整漏斗(14)至導(dǎo)蓋位置之下，以免倒吸〕，從活塞(17)的支管c端通入要吸收的氣體。若吸收易溶于水的氣體，可借助于單孔橡膠塞從小漏斗(15)之口通入氣體。
④、多次吸收。若第一次吸收不完全，見吸收器底部有氣體聚集時，可操作環(huán)桿(4)往復(fù)轉(zhuǎn)動，讓吸收器顛倒幾次，使氣體多次被吸收。
權(quán)利要求1.用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的排液集氣裝置，由集氣容器、注液盛液容器及具有密封集氣容器口、排液導(dǎo)氣功能的零件組成，本實(shí)用新型的特征在于，安裝有彈簧(9)的活動卡(7)緊固集氣容器并使集氣容器口被有排液導(dǎo)氣功能的導(dǎo)蓋密封后，能隨環(huán)桿(4)的旋轉(zhuǎn)和固定而使容器口向上或向下，導(dǎo)蓋的主體由彈性材料(1)和硬性材料(2)構(gòu)成，且中央插有二只導(dǎo)嘴(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，特征是構(gòu)成導(dǎo)蓋的彈性材料是表面閉孔的軟泡沫塑料或彈性好的橡膠，硬性材料是硬質(zhì)塑料、金屬、木板等，把軟泡沫塑料圓板(1)嵌粘在硬質(zhì)塑料圓槽(2)中，即成圓形導(dǎo)蓋，該導(dǎo)蓋的軟面中央一小圓區(qū)域是凹面的，導(dǎo)嘴(3)未露出凹面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是活動卡(7)是用鋼制成，其兩腳能在二支架(10)的槽中滑動和齒上固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝置，特征是活動卡(7)的兩腳用活動卡手柄(8)相連，其橫梁中點(diǎn)的孔上安裝有一鐵管(12)，下方安裝有壓力螺旋彈簧(9)，此彈簧(9)的下端安裝有用來壓或頂集氣容器底的硬質(zhì)塑料帽(6)，細(xì)金屬栓(11)穿過彈簧(9)和鐵管(12)，且下端固定在塑料帽上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，特征是環(huán)桿(4)由長桿、圓環(huán)、短桿三部份依次相接組成，圓環(huán)上安裝導(dǎo)蓋，圓環(huán)兩側(cè)的長短二桿上分別安裝支架(10)的兩支，長桿端最末一段是細(xì)圓柱形，次末一段是正四棱柱形，將此兩段插入支柱(13)的橫孔和彈簧(5)中，由正四棱柱段對橫孔的離與合，能使環(huán)桿(4)旋轉(zhuǎn)和固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，特征是注液盛液儀器為具活塞(16)的大漏斗(14)和具三通活塞(17)的小漏斗(15)，此二只漏斗(14、15)的管端或一支管端分別用乳膠管和兩只導(dǎo)嘴(3)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，集氣后能封閉集氣容器口的蓋子，是主體由軟泡沫塑料圓板(18)及硬質(zhì)塑料圓板(19)迭粘而成的活動蓋，梯形插板(20)能將活動蓋中央圓孔(21)開啟和關(guān)閉。
專利摘要排液集氣裝置，用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。能收集各種氣體，所用集氣容器只要口平整，無論口的形狀和大小差異。實(shí)現(xiàn)了保證氣體純度、正常集氣不擇輸入氣體壓強(qiáng)的高低，降低操作液用量、避免用手伸進(jìn)操作液的要求。本裝置的構(gòu)造是①有密封容器口、排液導(dǎo)氣功能的主體由彈性材料(1)及硬性材料(2)組成的導(dǎo)蓋；②用于緊固集氣容器并使集氣容器口被導(dǎo)蓋密封的支架(10)、活動卡(7)、螺旋彈簧(9)和塑料帽(6)；③把集氣容器正置和倒置的環(huán)桿(4)。④注液盛液漏斗(14、15)等。
文檔編號B01L5/00GK2037634SQ8821583
公開日1989年5月17日 申請日期1988年11月1日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月1日
發(fā)明者胥光勇 申請人:胥光勇