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3个化学小发明-教育技术学论文
3个化学小发明
东南大学材料学院(211189)李擎宇
本文介绍了3个化学小发明。第1个是外置药桶型泡沫灭火器,它可以反复使用并可随关随停;第2个是新型启普发生器,它适用液体和液体反应随用随制气体;第3个是冰雪天汽车上坡防滑橡胶履带,它利用化学反应放热解决了雨天上坡路面湿滑的问题。
生活中一些看似难以解决的问题,通过细致观察,理智分析,就会捕捉到一闪即逝的灵感,找到巧妙的解决方法,经历探究过程中无数次的失败或成功,会感受到小发明的无穷魅力。
1外置药桶型泡沫灭火器
正常的泡沫灭火器内有两个内胆,分别盛放两种液体,它们是硫酸铝和碳酸氢钠溶液,两种溶液互不接触,不发生化学反应。需要工作时,把灭火器倒立,两种溶液混合在一起,就会产生大量的二氧化碳气体,如图1所示。其化学反应方程式为:Al2(SO4
传统的泡沫灭火器平时不能碰倒,否则就会发生化学反应,直至泡沫灭火器内部材料用尽。笔者的改进就是在桶盖上安装外置药液瓶,内部改进为3个室,上面一个为NaHCO3盛液室,另一个为Al2(SO4)3盛液室,最下部为反应室,模型如图2所示。

使用前封闭输液开关,安装两个外置药桶,一个装满碳酸氢钠溶液,另一个装满硫酸铝溶液。根据化学反应条件,碳酸氢钠药桶的体积大约是硫酸铝药桶体积的6倍。使用时,打开输液开关,液体进入各自的盛液室,拨动单向门联动开关,液体进入反应室开始剧烈反应,通过导管喷出气体,单向门可以利用反应室气压控制液体流入速度,防止压强过大引起爆炸。需要停止时,封闭气体出口,单向门开关封闭液体,药液不进入反应室,反应停止。长期不用时,关闭联动开关及输液开关即可。
2新型启普发生器
实验室常见的启普发生器要求是块状固体与液体反应制备气体,利用气压升高使固液分离,从而使反应中止,以达到随用随制,随关随停的效果。其原理如图3所示。

笔者设计的启普发生器结构如图4所示。容器分上下两室,上室A盛液体,下室B可放置固体或液体。上下室通过一根倒U型管连通,通过虹吸现象可以使A室液体滴入B室,当化学反应产生的气体越来越多时,气压使液体不再滴入,反应停止,达到控制反应的效果。

短管下安装一个浮沉子防止气体进入A室逃逸。浮尘子上部为锥形容器(上部封闭一些气体,下端开有小孔),下部为镂空小球,中间由细线相连。当加装A液体时,浮沉子上浮,液体透过镂空小球进入U型管滴入B室,开始化学反应制备气体;当关闭气体出口时,B室气压高于锥形瓶内气压,液体通过小孔进入锥