U型管在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的妙用

王海生

【摘 要】初中化學(xué)對比性的實(shí)驗(yàn)較多，U型管的結(jié)構(gòu)很適合作對比實(shí)驗(yàn)。如果把能產(chǎn)生壓強(qiáng)差、顏色改變等現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)放到U型管中進(jìn)行，既能節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和藥品，又對比鮮明。本文將U型管引入初中化學(xué)幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中，起到較好的實(shí)驗(yàn)效果。

【關(guān)鍵詞】U型管；實(shí)驗(yàn)；對比

U型管結(jié)構(gòu)特殊，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用作干燥管，這是因?yàn)樗鼜澢臉?gòu)造，能增加氣體與干燥劑的接觸時(shí)間，使水蒸氣被干燥劑充分地吸收。U型管也可以看作是由兩個(gè)相互連通的試管，這種結(jié)構(gòu)如果融合到初中化學(xué)一些實(shí)驗(yàn)中，將對實(shí)驗(yàn)過程作細(xì)微的改進(jìn)，起到更好的演示效果。

一、 利用U型管左右兩邊形成的壓強(qiáng)差改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

如果在U型管中放一些液體，左右兩邊稍有壓強(qiáng)不平衡，液體就會形成高度差。這一物理現(xiàn)象跟化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有氣體消耗、氣體產(chǎn)生、吸熱、放熱等化學(xué)反應(yīng)結(jié)合起來，更能形象地說明化學(xué)問題，下面結(jié)合教學(xué)實(shí)踐略舉幾例。

1.消耗氣體的實(shí)驗(yàn)

在U型管中做測定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)。具體步驟為：如下圖所示取一個(gè)較大號的U型管，注入約1/3試管高度的紅墨水（便于觀察），并做上記號。點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)的紅磷后，立即伸入U(xiǎn)型管的左端，并把塞子塞緊。現(xiàn)象：開始燃燒時(shí)，U型管中的紅墨水往右端移動，待紅磷熄滅并冷卻后，水慢慢往左移動，最終左端比右端高。且水面上升高度約為左端空氣總體積的1/5。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)放到U型管里做的優(yōu)點(diǎn)有三：一是紅磷燃燒過程中，密閉端氣體氣壓由大變小的過程一目了然，便于學(xué)生分析。二是不會產(chǎn)生由于紅磷燃燒時(shí)放熱量大，熱氣流將塞子沖出的問題，因?yàn)閁型管中的水是活動的，可以起到緩沖的作用。三是由于所用儀器接口少，不易出現(xiàn)漏氣的現(xiàn)象，確保實(shí)驗(yàn)成功。

圖1在U形管中做測定氧氣含量實(shí)驗(yàn)

這一原理還可以運(yùn)用到探究鐵生銹條件的實(shí)驗(yàn)中，該實(shí)驗(yàn)可以設(shè)計(jì)成如下圖所示的裝置。取一個(gè)較小的U形管里面注入經(jīng)煮沸后冷卻的蒸餾水，放入一枚小鐵釘，水面上層放少許植物油，防止水蒸氣進(jìn)入試管。左邊試管中放入蒸餾水，用木塞塞緊；右邊將鐵釘放入干燥的空氣中塞緊木塞，實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)節(jié)左右兩端的液面高度一致，一周后觀察?，F(xiàn)象：三枚鐵釘中只有左邊試管中的鐵釘生銹，而U形管中和右邊試管中的鐵釘都沒有生銹。且U型管中液面形成左高右低的現(xiàn)象！

這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成試管和U形管結(jié)合起來做，主要體現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)：一是對比明顯。三枚鐵釘放在同一裝置中對比，U形管中的鐵釘沒有生銹是因?yàn)槿鄙倭搜鯕?，右邊試管中的鐵釘沒有生銹是缺少了水。左邊試管鐵釘既與氧氣又與水接觸所以生銹，得出了鐵生銹的條件——即鐵與氧氣（或空氣）、水、同時(shí)接觸。二是增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的綜合性。教師可以適時(shí)提問：是什么原因造成U型管中液面左高右低的現(xiàn)象呢？理論上來說液面上升所占的體積應(yīng)該是左邊空氣總體積的多少呢？問題一出，學(xué)生立刻興奮起來，積極地聯(lián)想自己所學(xué)的物理、化學(xué)知識來解釋這種現(xiàn)象，有效地培養(yǎng)了學(xué)生綜合分析問題、解決問題的能力。

圖2探究鐵生銹的條件

2.生氣體的實(shí)驗(yàn)

人教版課本上制取二氧化碳、氫氣的簡易實(shí)驗(yàn)裝置，簡單且易操作。但實(shí)驗(yàn)時(shí)不能控制反應(yīng)的發(fā)生和停止，很不方便，且易造成藥品浪費(fèi)。當(dāng)然，該實(shí)驗(yàn)可以放在啟普發(fā)生器中進(jìn)行，但農(nóng)村初中實(shí)驗(yàn)室條件有限，像這樣的裝置價(jià)格昂貴配備得少。那么，如何以較小的成本來達(dá)到預(yù)期的目的呢？如果用U型管、銅導(dǎo)線（或塑料板）、彈簧夾等做成如下圖所示的裝置。讓反應(yīng)在改進(jìn)的U型管中進(jìn)行，就很好地解決了這個(gè)問題。實(shí)驗(yàn)時(shí)只要打開或關(guān)閉彈簧夾就能控制反應(yīng)進(jìn)行。

3.有放熱、吸熱現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)

物質(zhì)溶解于水或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)往往伴隨著熱量的變化。人教版下冊第30頁探究溶解時(shí)的吸熱和放熱現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)成如下圖所示的裝置中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將膠頭滴管中的水?dāng)D入盛有固體X的試管中，U型管中左右液面將隨著固體X的不同而產(chǎn)生高度差。X分別是NaCl、NH3NO3、NaOH、CaO等物質(zhì)。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：放熱、吸熱現(xiàn)象可通過U型管中的紅墨水變化來判斷，現(xiàn)象明顯，很適合課堂演示。

圖4利用U形管演示放熱、吸熱現(xiàn)象

二、 利用U型管左右兩邊產(chǎn)生的化學(xué)現(xiàn)象不同做對比實(shí)驗(yàn)

如果把U型管看作是由兩個(gè)大小相同的試管并聯(lián)，在其中放入液體反應(yīng)物，兩邊同時(shí)加入另一種不同反應(yīng)物或一端不加物質(zhì)，然后設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)。這樣既能節(jié)約藥品量，又能減少演示時(shí)間，且能提高實(shí)驗(yàn)的對比度，一舉三得。

例如，演示NaOH溶液與稀鹽酸的中和反應(yīng)。如下圖所示，在U型管中先加入滴有酚酞溶液的蒸餾水，向左右兩管中分別同時(shí)逐滴滴入一定量的NaOH溶液和稀鹽酸，則可以出現(xiàn)“半江瑟瑟，半江紅”的奇妙景象，同學(xué)們看到管中美麗的景象，實(shí)驗(yàn)趣味性倍增，學(xué)生很想了解其中原理，思維敏捷度會迅速提高。積極主動地參與到課堂教學(xué)中來。

圖5利用U形管做對比實(shí)驗(yàn)

再如，演示二氧化錳對過氧化氫溶液起催化作用的實(shí)驗(yàn)，改在U型管中進(jìn)行，收效顯著。具體做法如下：如上圖在U型管中加一定量的過氧化氫溶液，左邊加入少量二氧化錳，右邊不加。迅速用帶火星的木條分別同時(shí)伸入左右兩管中?，F(xiàn)象：左邊帶火星的木條立即復(fù)燃，右邊過一會兒才復(fù)燃。通過分析說明：①二氧化錳可加快過氧化氫溶液的分解速率。②二氧化錳本身沒有被消耗，因?yàn)橛疫厧Щ鹦堑哪緱l一會兒也復(fù)燃了，說明二氧化錳對反應(yīng)起催化作用。

如果在U型管中注入半管水，兩邊各放少許植物油，左邊滴加汽油，右邊滴加洗潔精并振蕩，左邊出現(xiàn)溶解現(xiàn)象，右邊出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。溶解、乳化在一個(gè)管中形成鮮明的對比，自然而然地說明了：汽油或洗潔精都能除去衣服上的油污，但原理不同。

總之，U型管看似普通，但在理化實(shí)驗(yàn)中的作用不可小覷，運(yùn)用的好，將收到事半功倍的效果。