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摘 要 文章针对传统化学实验尾气吸收装置存在的缺陷，设计了一种新型的气体吸收装置。此装置相比传统装置而言，具备吸收气体充分，有效防止水流倒吸，吸收容量大，操作方便等优点，适用于化学实验使用。
关键词 实验尾气 吸收装置 仪器改进
中图分类号：O6-33 文献标识码：A
随着国民教育的快速发展，各类学校的实验室教学、科研活动愈加频繁，实验室废气、废液、固体废弃物等的排放及其污染问题日益突出。①②③④尤其是化学实验产生的污染更为严重，反应常常会伴有有毒有害气体产生并逸出。如在有机化学实验正溴丁烷的制备中，反应物HBr气体有毒有害且难以冷凝，容易逃逸出反应装置造成环境污染。为防止HBr的污染，常需要安装尾气吸收装置。但由于传统吸收装置设计上的缺陷，常出现吸收不完全，废气外逸，吸收液倒吸等现象。因此，在化学实验教学中有必要进行实验仪器的改进。这里特别设计了一种结构合理、效果良好的气体吸收装置。
1 现有气体吸收装置的分析
目前普遍使用的气体吸收装置如图1的右下部分所示，采用的方法是通过反应装置上的回流冷凝管连接一导气软管，导气软管另一端连接一个玻璃漏斗。玻璃漏斗略微倾斜，漏斗口一半浸没在水面下，一半露出在水面上以达到既能吸收废气又能防止水流倒吸的效果。⑤⑥⑦然而传统气体吸收装置存在以下缺点：（1）液封效果不好，吸收气体时，液面波动，气体容易逸出。（2）漏斗不易固定，经常会整个浸入水面，导致液体倒吸至反应瓶。（3）当反应过程中有大量气体生成或气体逸出很快时，会导致装置来不及充分吸收而使得有毒有害气体逸散到空气中。
为了克服传统吸收装置中漏斗不易固定，气体容易逸出、吸收效果不佳的问题。黄福祥、朱池平等进行了仪器的改进：固定倒置漏斗或长导管稍伸入水面下，与水面形成液封，设计气体由另一导管进入且不与水面接触，当瓶内气压因气体溶解而减小时，由于漏斗或长导管的平衡内、外气压作用，不会形成吸收液体的倒吸。⑧⑨宋学军、赵桂贞等报道设计了一种由三通管连通的气体吸收装置。该装置设计了安全辅助装置，通过水位升降来调节气体流向。⑩以上装置基本能有效吸收有害气体，并能起到防止倒吸的现象。但也存在一定的缺陷：如吸收形态固定、吸收容量有限；又如当反应过程中有大量气体生成或气体很快逸出时，仍会导致气体来不及被充分吸收而逃逸出装置。目前，化学实验教学中还没有一种操作方便、吸收容量大、效果良好，适用范围广，能有效防止水流倒吸的实验尾气吸收装置。
2 气体吸收装置的改进
针对现有实验尾气吸收装置存在的不足之处，特设计了如图2所示的一种新颖装置，可使得废气被充分吸收并且能有效防止水流倒吸。其操作简便、安全可靠、效果显著，可广泛应用于学生实验。
图2所示的瓶体1的上端一体设置有进水管2和进气管3，瓶体1内固定设置有内管4，进水管2和进气管3分别与内管4的上端相连通，内管4的下端开口，瓶体1的侧壁上设置有出水口5，内管4的下端略低于出水口5。图3即为该吸收装置与反应装置一起使用的状态示意图。
该装置的特点是由于瓶体的上端设置有进水管和进气管，因此可利用反应装置上回流冷凝管流出的水进入该进水管，并与由进气管进入的实验尾气一起流经内管至瓶体出水口排出。由于内管的下端略低于瓶体上的出水口，使内管管口刚好被水面封住，因此吸收装置的液封效果良好，可将废气有效密封并充分吸收。
该装置的另一优点是进入瓶体的水流对废气进行有效吸收的同时还源源不断将溶有废气的液体排出出水口，增大了废气吸收容量。同时液体的流动阻止了水流的逆流倒吸，有效防止了传统装置中水倒吸至反应瓶的情况出现。此外，该装置吸收容量大尤其适用于有大量废气生成或气体逸出激烈等情形使用。
该气体吸收装置适用于类似正溴丁烷的制备等有尾气产生的化学实验，可提高学生实验的安全可操作性和环保性，可提高实验教学效果，具有一定的推广应用价值。
3 实验应用
将该气体吸收装置应用于1-溴丁烷的制备：在100mL圆底烧瓶中加入10mL水，并小心地加入14mL浓硫酸，混合均匀后冷至室温。再依次加入9.2mL正丁醇和13g溴化钠，充分摇振后加入几粒沸石。圆底烧瓶上接一回流冷凝管，冷凝管上的出水软管接入吸收装置的进水管，冷凝管上端的尾气排出软管接入吸收装置的进气管。接通冷凝水后将烧瓶置于石棉网上小火加热至沸，不断摇动烧瓶，并保持平稳回流30～40min。待反应完全，冷却后改为蒸馏装置，蒸出粗產物。将溜出液转移至分液漏斗中进行洗涤。将干燥好的产物过滤到蒸馏瓶中，加热蒸馏，收集95～99℃的馏分。实验结果获得约50%的产率。新装置在使用过程中容易固定，装配方便；尾气随冷凝水排至下水道，基本无逸出，更无水流倒吸现象，实验环境亦大为改善。
4 结束语
该新型气体吸收装置结构简单合理，克服了传统装置存在的缺点，可有效吸收有害废气，防止液体倒吸，使用方便、安全，适用于化学实验的有害尾气吸收。
注释
① 吴伟军，刘海飞.实验室环境污染现状与防治对策[J].实验室研究与探索，2008.27（4）：142-144.
② 孟庆祥.实验室污染的防治及治理[J].实验室科学，2009（6）：161-162.
③ 易国顺，赵邦枝，李名家，等.高校实验室安全与环保的现状分析和对策研究[J].实验技术与管理，2010.27（5）：170-176.
④ 王玉清，薛琳娜.高校实验室污染的因素及防治对策[J].实验室研究与探索，2011.30（6）：417-420.
⑤ 谷珉珉，贾韵仪，姚子鹏.有机化学实验[M].上海：复旦大学出版社，1991：174-175.
⑥ 曾昭琼.有机化学实验（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2000：92-93.
⑦ 王清廉，李瀛，高坤，等.有机化学实验（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2010：129-130.
⑧ 宋学军，赵桂贞.不能倒吸的气体吸收装置[J].化学教学，1993（4）：22-23.
⑨ 黄福祥.简单实用的气体吸收装置[J].教学仪器与实验，2001.17（3）：21-22.
⑩ 朱池平.气体吸收装置的改进[J].化学教育，1999（6）：35-36.
关键词 实验尾气 吸收装置 仪器改进
中图分类号：O6-33 文献标识码：A
随着国民教育的快速发展，各类学校的实验室教学、科研活动愈加频繁，实验室废气、废液、固体废弃物等的排放及其污染问题日益突出。①②③④尤其是化学实验产生的污染更为严重，反应常常会伴有有毒有害气体产生并逸出。如在有机化学实验正溴丁烷的制备中，反应物HBr气体有毒有害且难以冷凝，容易逃逸出反应装置造成环境污染。为防止HBr的污染，常需要安装尾气吸收装置。但由于传统吸收装置设计上的缺陷，常出现吸收不完全，废气外逸，吸收液倒吸等现象。因此，在化学实验教学中有必要进行实验仪器的改进。这里特别设计了一种结构合理、效果良好的气体吸收装置。
1 现有气体吸收装置的分析
目前普遍使用的气体吸收装置如图1的右下部分所示，采用的方法是通过反应装置上的回流冷凝管连接一导气软管，导气软管另一端连接一个玻璃漏斗。玻璃漏斗略微倾斜，漏斗口一半浸没在水面下，一半露出在水面上以达到既能吸收废气又能防止水流倒吸的效果。⑤⑥⑦然而传统气体吸收装置存在以下缺点：（1）液封效果不好，吸收气体时，液面波动，气体容易逸出。（2）漏斗不易固定，经常会整个浸入水面，导致液体倒吸至反应瓶。（3）当反应过程中有大量气体生成或气体逸出很快时，会导致装置来不及充分吸收而使得有毒有害气体逸散到空气中。
为了克服传统吸收装置中漏斗不易固定，气体容易逸出、吸收效果不佳的问题。黄福祥、朱池平等进行了仪器的改进：固定倒置漏斗或长导管稍伸入水面下，与水面形成液封，设计气体由另一导管进入且不与水面接触，当瓶内气压因气体溶解而减小时，由于漏斗或长导管的平衡内、外气压作用，不会形成吸收液体的倒吸。⑧⑨宋学军、赵桂贞等报道设计了一种由三通管连通的气体吸收装置。该装置设计了安全辅助装置，通过水位升降来调节气体流向。⑩以上装置基本能有效吸收有害气体，并能起到防止倒吸的现象。但也存在一定的缺陷：如吸收形态固定、吸收容量有限；又如当反应过程中有大量气体生成或气体很快逸出时，仍会导致气体来不及被充分吸收而逃逸出装置。目前，化学实验教学中还没有一种操作方便、吸收容量大、效果良好，适用范围广，能有效防止水流倒吸的实验尾气吸收装置。
2 气体吸收装置的改进
针对现有实验尾气吸收装置存在的不足之处，特设计了如图2所示的一种新颖装置，可使得废气被充分吸收并且能有效防止水流倒吸。其操作简便、安全可靠、效果显著，可广泛应用于学生实验。
图2所示的瓶体1的上端一体设置有进水管2和进气管3，瓶体1内固定设置有内管4，进水管2和进气管3分别与内管4的上端相连通，内管4的下端开口，瓶体1的侧壁上设置有出水口5，内管4的下端略低于出水口5。图3即为该吸收装置与反应装置一起使用的状态示意图。
该装置的特点是由于瓶体的上端设置有进水管和进气管，因此可利用反应装置上回流冷凝管流出的水进入该进水管，并与由进气管进入的实验尾气一起流经内管至瓶体出水口排出。由于内管的下端略低于瓶体上的出水口，使内管管口刚好被水面封住，因此吸收装置的液封效果良好，可将废气有效密封并充分吸收。
该装置的另一优点是进入瓶体的水流对废气进行有效吸收的同时还源源不断将溶有废气的液体排出出水口，增大了废气吸收容量。同时液体的流动阻止了水流的逆流倒吸，有效防止了传统装置中水倒吸至反应瓶的情况出现。此外，该装置吸收容量大尤其适用于有大量废气生成或气体逸出激烈等情形使用。
该气体吸收装置适用于类似正溴丁烷的制备等有尾气产生的化学实验，可提高学生实验的安全可操作性和环保性，可提高实验教学效果，具有一定的推广应用价值。
3 实验应用
将该气体吸收装置应用于1-溴丁烷的制备：在100mL圆底烧瓶中加入10mL水，并小心地加入14mL浓硫酸，混合均匀后冷至室温。再依次加入9.2mL正丁醇和13g溴化钠，充分摇振后加入几粒沸石。圆底烧瓶上接一回流冷凝管，冷凝管上的出水软管接入吸收装置的进水管，冷凝管上端的尾气排出软管接入吸收装置的进气管。接通冷凝水后将烧瓶置于石棉网上小火加热至沸，不断摇动烧瓶，并保持平稳回流30～40min。待反应完全，冷却后改为蒸馏装置，蒸出粗產物。将溜出液转移至分液漏斗中进行洗涤。将干燥好的产物过滤到蒸馏瓶中，加热蒸馏，收集95～99℃的馏分。实验结果获得约50%的产率。新装置在使用过程中容易固定，装配方便；尾气随冷凝水排至下水道，基本无逸出，更无水流倒吸现象，实验环境亦大为改善。
4 结束语
该新型气体吸收装置结构简单合理，克服了传统装置存在的缺点，可有效吸收有害废气，防止液体倒吸，使用方便、安全，适用于化学实验的有害尾气吸收。
注释
① 吴伟军，刘海飞.实验室环境污染现状与防治对策[J].实验室研究与探索，2008.27（4）：142-144.
② 孟庆祥.实验室污染的防治及治理[J].实验室科学，2009（6）：161-162.
③ 易国顺，赵邦枝，李名家，等.高校实验室安全与环保的现状分析和对策研究[J].实验技术与管理，2010.27（5）：170-176.
④ 王玉清，薛琳娜.高校实验室污染的因素及防治对策[J].实验室研究与探索，2011.30（6）：417-420.
⑤ 谷珉珉，贾韵仪，姚子鹏.有机化学实验[M].上海：复旦大学出版社，1991：174-175.
⑥ 曾昭琼.有机化学实验（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2000：92-93.
⑦ 王清廉，李瀛，高坤，等.有机化学实验（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2010：129-130.
⑧ 宋学军，赵桂贞.不能倒吸的气体吸收装置[J].化学教学，1993（4）：22-23.
⑨ 黄福祥.简单实用的气体吸收装置[J].教学仪器与实验，2001.17（3）：21-22.
⑩ 朱池平.气体吸收装置的改进[J].化学教育，1999（6）：35-36.