巧用長柄V形玻璃管改進(jìn)和設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

李德前 杜玉芬

摘要：利用長柄V形玻璃管，改進(jìn)了“檢驗(yàn)二氧化硫”、“探究微粒運(yùn)動”、“木炭在氧氣中燃燒”等實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了“檢驗(yàn)一氧化碳毒性”、“氫氣還原氧化銅”等實(shí)驗(yàn)；這不僅節(jié)省藥品、操作簡便，而且現(xiàn)象明顯，尤其適合學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究活動。

關(guān)鍵詞：長柄V形玻璃管；初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

文章編號：1005–6629（2013）8–0041–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

筆者用酒精噴燈將一根硬質(zhì)玻璃管（長約35 cm，外徑約為10～12 mm）加工為長柄V形，其中長柄的長度約為15 cm，V形管每個(gè)支管的長度約為8 cm，V形管的彎曲度約為70°～90°（見圖1）。

用長柄V形玻璃管可以改進(jìn)和設(shè)計(jì)多個(gè)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)，下面舉例說明設(shè)計(jì)方案和使用方法。

1 “檢驗(yàn)二氧化硫”實(shí)驗(yàn)

上海教育出版社2012年出版的義務(wù)教育教科書《化學(xué)（下冊）》（全國教材，下同）第108頁安排了“檢驗(yàn)二氧化硫”實(shí)驗(yàn)（裝置見圖2），旨在說明含硫物質(zhì)燃燒會產(chǎn)生大氣污染物二氧化硫氣體。按照教科書設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅操作很不方便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，而且極易污染環(huán)境。若使用長柄V形玻璃管改進(jìn)上述實(shí)驗(yàn)，則可以很好的克服上述弊端。

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置見圖3（夾持裝置略）。

1.2 實(shí)驗(yàn)操作

（1）取兩根普通日用火柴，取下火柴頭，并將其放入長柄中部；再將少許高錳酸鉀溶液注入（或滴入）V形管內(nèi)，液面以剛好接觸上管壁為宜。然后，用橡皮塞（取自打孔器鉆出來的橡皮柱，下同）封閉長柄管口。

（2）用酒精燈外焰對著火柴頭加熱，大約6～7 s后火藥爆燃，同時(shí)玻璃管內(nèi)出現(xiàn)一團(tuán)白煙；然后輕輕振蕩V形玻璃管，紫紅色的高錳酸鉀溶液立即褪色。

也可以在火柴頭爆燃后拔掉橡皮塞，立即從長柄V形玻璃管的長柄管口輕輕吹氣[1]（或用洗耳球輕輕壓氣），使玻璃管內(nèi)的二氧化硫等氣體緩緩?fù)ㄟ^高錳酸鉀溶液，這樣紫紅色溶液也會立刻褪色。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束拆開裝置，清洗、整理儀器。

1.3 注意事項(xiàng)

火柴頭不能多于兩粒，以免發(fā)生爆炸事故；兩粒火柴頭要緊挨在一起，以便于集中受熱；高錳酸鉀溶液不能太多，以防爆燃時(shí)產(chǎn)生的氣浪將溶液沖出V形玻璃管。

2 “探究微粒運(yùn)動”實(shí)驗(yàn)

上海教育出版社2012年出版的義務(wù)教育教科書《化學(xué)（上冊）》第63頁，利用“氨分子的擴(kuò)散”實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生探究微粒的運(yùn)動性。由于該實(shí)驗(yàn)是在沒有密封的體系里進(jìn)行的，因而會有較多的氨氣擴(kuò)散到空氣中，另外，實(shí)驗(yàn)中氨水的使用量也很大。筆者利用長柄V形玻璃管，對上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置見圖4（夾持裝置略）。

2.2 實(shí)驗(yàn)操作

（1）借助細(xì)鐵絲，將一根長約10 cm的濕潤的酚酞紗布條（或酚酞濾紙條）送入長柄內(nèi)；再把1～2 mL的濃氨水注入（或滴入）V形管內(nèi)，然后立即用橡皮塞（或一團(tuán)棉花）封閉V形管的支管口。

（2）很快可以觀察到濕潤的酚酞紗布條從左向右慢慢變成紅色，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀地說明，氨分子在不斷地運(yùn)動。若微熱V形管中的濃氨水，則酚酞紗布條很快變紅，這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象又說明，溫度升高分子運(yùn)動的速率加快。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束拆開裝置，清洗、整理儀器。

2.3 注意事項(xiàng)

長柄V形玻璃管的長柄管口無需封閉，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過程中逸出的氨氣在一個(gè)普通教室里不會超過0.5 mg/m3的安全標(biāo)準(zhǔn)[2]；而且學(xué)生能聞到少許氨味，這本身也是微粒不斷運(yùn)動的一個(gè)例證[3]。另外，這也有利于氨分子在玻璃管內(nèi)自由運(yùn)動。

3 “木炭在氧氣中燃燒”實(shí)驗(yàn)

上海教育出版社2012年出版的義務(wù)教育教科書《化學(xué)（上冊）》第31頁，安排了“木炭在氧氣中燃燒”實(shí)驗(yàn)。由于集氣瓶內(nèi)氧氣的量有限且不能及時(shí)補(bǔ)充，因而木炭劇烈燃燒的時(shí)間很短，甚至難以劇烈燃燒，預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很不明顯[4]；另外，在空氣中引燃木炭的時(shí)間也比較長，如果利用長柄V形玻璃管改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)，則可以揚(yáng)長避短。

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置見圖5（夾持裝置略）。

3.2 實(shí)驗(yàn)操作

（1）按圖連接好儀器，除澄清的石灰水外，其他藥品不要提前裝入；然后檢查裝置氣密性，即：輕推注射器活塞一小段距離，若石灰水中同時(shí)冒氣泡，則裝置不漏氣。

（2）拔下兩個(gè)橡皮塞，然后借助于鑷子裝入2～3小塊木炭，借助于“削成斜口的飲料吸管”裝入二氧化錳粉末，用5 mL注射器抽取足量的10%的雙氧水，再次按圖連接好儀器。

（3）緩緩?fù)苿幼⑸淦骰钊?，排出適量的雙氧水，V形管里立刻產(chǎn)生氧氣；接著用酒精燈外焰加熱木炭，片刻后木炭劇烈燃燒（此時(shí)即可熄滅酒精燈）、發(fā)出白光，澄清的石灰水變渾濁。只要雙氧水持續(xù)加入，木炭劇烈燃燒的時(shí)間就比較長。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束拆開裝置，清洗、整理儀器。

3.3 注意事項(xiàng)

因?yàn)殡p氧水濃度大，所以過氧化氫的分解反應(yīng)比較劇烈，因而不要一次性注入較多的雙氧水（應(yīng)分次緩緩加入）。

4 “檢驗(yàn)一氧化碳毒性”實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行各種版本的義務(wù)教育教科書《化學(xué)》都是通過簡要的語言介紹一氧化碳的毒性，筆者使用長柄V形玻璃管設(shè)計(jì)了“檢驗(yàn)一氧化碳毒性”實(shí)驗(yàn)，能夠直觀地說明一氧化碳的毒性作用。

4.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置見圖6。

5.2 實(shí)驗(yàn)操作

（1）按圖連接好儀器（暫不裝入任何藥品），檢查裝置氣密性，即：封閉長柄管口，然后輕推（或后拉）注射器活塞一小段距離后松開手，若活塞能自動返回原刻度處，則裝置不漏氣。

（2）拔掉兩個(gè)橡皮塞，借助于“削成斜口的飲料吸管”將氧化銅粉末裝入長柄中部，利用鑷子將2～3粒鋅加入V形管，再用5 mL注射器抽取足量的稀硫酸，然后按圖連接儀器。

（3）緩緩?fù)苿幼⑸淦骰钊懦鲞m量的稀硫酸，V形管里立刻產(chǎn)生氫氣。大約半分鐘后，玻璃管內(nèi)空氣即可排完，此時(shí)再用酒精燈外焰對著氧化銅粉末加熱，很快氧化銅由黑變紅，同時(shí)長柄的管口附近有明顯的冷凝水出現(xiàn)。

6 “白磷在水下燃燒”實(shí)驗(yàn)

人民教育出版社2012年出版的義務(wù)教育教科書《化學(xué)（上冊）》第133頁，安排了白磷在水中燃燒的實(shí)驗(yàn)，旨在通過奇異有趣的“水中生火”現(xiàn)象說明燃燒的條件之一是“可燃物與氧氣接觸”。但做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，白磷易被氧氣吹得到處游動并離開氧氣。如果使用長柄V形玻璃管做此實(shí)驗(yàn)，則能使白磷在水中持續(xù)燃燒，現(xiàn)象明顯。

6.1 實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置見圖8（夾持裝置略）。

6.2 實(shí)驗(yàn)操作

（1）先向長柄V形玻璃管的V形管里倒入80℃的熱水，液面以略超過V形管的上管壁為宜；再向熱水中放入一粒黃豆粒（或兩粒綠豆粒）大小的白磷。

（2）從長柄V形玻璃管的長柄管口，塞入一小團(tuán)浸有氫氧化鈉溶液的棉花，然后按圖連好實(shí)驗(yàn)裝置。

（3）向V形管里緩緩?fù)ㄈ胙鯕?，白磷立即在熱水中翻滾著燃燒，冒出濃厚的白煙。雖然白磷也會被氧氣吹得翻轉(zhuǎn)游動，但是V形管的彎曲結(jié)構(gòu)總能使白磷接觸到氧氣。因此只要氧氣持續(xù)通入，白磷就能持續(xù)燃燒。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束拆開裝置，清洗、整理儀器；如果白磷有殘留，可以向?qū)嶒?yàn)廢液里加入適量的硫酸銅溶液，以除去白磷（有關(guān)的化學(xué)方程式：11P4+60CuSO4+96H2O=20Cu3P+24H3PO4+60H2SO4）。

總之，巧用長柄V形玻璃管改進(jìn)和設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅節(jié)省藥品、操作簡便，而且現(xiàn)象明顯、綠色環(huán)保，尤其適合引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究活動。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬逸群.初中化學(xué)2個(gè)火柴頭實(shí)驗(yàn)的組合設(shè)計(jì)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012，（6）：57～58.

[2]中國疾病預(yù)防控制中心，環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全研究所等. GB/T18883-2002，室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]劉傳友.以簡取勝，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2010，（1）：22～23.

[4]楊慶.木炭在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2010，（5）：30.

[5]歐群，李德前.巧用T形三通管探究多種氣體的性質(zhì)[J].化學(xué)教育，2011，（8）：53～54.