“套管試驗(yàn)”的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和應(yīng)用

李輝

【摘 要】化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，研究化學(xué)需要實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)化學(xué)也離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)行教材中的演示實(shí)驗(yàn)雖使用多年，但某些實(shí)驗(yàn)還是不夠完善，缺乏創(chuàng)造性，并且存在污染和浪費(fèi)等缺點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)性原則;簡(jiǎn)約性原則;安全性原則;創(chuàng)新

筆者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，利用現(xiàn)有的玻璃儀器，開(kāi)發(fā)“套管實(shí)驗(yàn)”，對(duì)中學(xué)教材中的多個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。

一、“套管實(shí)驗(yàn)”的創(chuàng)新原則

“套管實(shí)驗(yàn)”是將一只較小的玻璃儀器裝入另一玻璃儀器中，經(jīng)組裝來(lái)完成原來(lái)需要兩套或多套普通玻璃儀器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。整個(gè)套管實(shí)驗(yàn)裝置處于封閉狀態(tài)，根據(jù)大小玻璃儀器是否連通可分為隔絕式和連通式（如圖1所示）?！疤坠軐?shí)驗(yàn)”的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中要以科學(xué)性、簡(jiǎn)約性和安全性為原則。

1.科學(xué)性原則

科學(xué)性是指設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作等必須科學(xué)，必須與化學(xué)理論知識(shí)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法一致。

2.簡(jiǎn)約性原則

簡(jiǎn)約性原則就是在保證安全的前提下，盡可能采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置，用較少的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)藥品，在較短的時(shí)間內(nèi)取得較明顯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以突出實(shí)驗(yàn)過(guò)程的重點(diǎn)，避免因裝置和操作過(guò)于復(fù)雜或反應(yīng)緩慢而分散學(xué)生的注意力。

3.安全性原則

安全性是指設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)必須考慮實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全，避免使用有毒物質(zhì)和進(jìn)行有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)操作，盡量設(shè)計(jì)成綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，防止引起人身傷害和造成環(huán)境污染。

二、“套管實(shí)驗(yàn)”的創(chuàng)新實(shí)例

1.銅和濃硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)1：具支試管上套上一支氣球，使體系處于封閉狀態(tài)（如圖2）。向具支試管中加入少量的NaOH溶液，向小試管（直徑1.2cm）中加人1mL濃硝酸，塞上帶有銅絲的橡皮塞。把銅絲插入到小試管中斷硝酸中，銅與濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)生紅棕色的氣體，小試管中的溶液變藍(lán)，抽拉銅絲可控制反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生太多的N02可暫時(shí)貯存在氣球中，一段時(shí)間后體系中的N02：被NaOH溶液吸收，有效地防止N02：向大氣中排放。

實(shí)驗(yàn)2：在一小試管中放人銅片，置于盛氫氧化鈉溶液的燒杯中（如圖3），然后在小試管中滴人一滴管濃硝酸，迅即將大試管倒扣在小試管上。觀察到小試管中溶液變藍(lán)，大試管上部充滿紅棕色氣體，隨后發(fā)現(xiàn)大試管內(nèi)液面上升，產(chǎn)生的N02被Na0H溶液吸收，大試管內(nèi)的氣體顏色變淺。

2.二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)3：具支試管上套上一支氣球，使體系處于封閉狀態(tài)（如圖4）。向具支試管中加入少量的品紅溶液，向小試管加少量亞硫酸鈉粉末，塞上帶有膠頭滴管的橡皮塞。膠頭滴管內(nèi)吸存少量的濃硫酸，滴管口對(duì)準(zhǔn)小試管。擠壓膠頭滴管，濃硫酸滴人亞硫酸鈉中，產(chǎn)生二氧化硫，使具支試管中的品紅溶液褪色。用酒精燈加熱具支試管（注意晶紅的液面不要過(guò)高），褪色后的昂紅又變紅，且氣球鼓起。該實(shí)驗(yàn)裝置還可以推廣到二氧化硫的其他性質(zhì)實(shí)驗(yàn)以及氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)4：濃硫酸與亞硫酸鈉反應(yīng)可產(chǎn)生S02：，在課堂演示實(shí)驗(yàn)中，也可以采用燃燒火柴，產(chǎn)生S02，來(lái)進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。檢驗(yàn)S02：是酸性氣體，可采用如圖5裝置，小試管中加人少量的火柴頭，大試管中加入含有酚酞的NaOH溶液，加熱小試管，火柴燃燒，產(chǎn)生的S02與NaOH溶液反應(yīng)，酚酞溶液褪色。實(shí)驗(yàn)裝置中的NaOH溶液還可以換成溴水、有色鮮花等進(jìn)行S02的其他性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

3.制取和收集密度小的氣體實(shí)驗(yàn)5：在氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)中，圓底燒瓶集滿氨氣的操作很麻煩。為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟，提高實(shí)驗(yàn)效果，利用套管實(shí)驗(yàn)的原理將氣體的制取和收集改進(jìn)成如圖6裝置。向小試管中加入氧化鈣（或氫氧化圖6實(shí)驗(yàn)裝置鈉固體）和濃氨水，再向小試管上方倒扣一個(gè)圓底燒瓶，很快就可收集滿氨氣，這樣的操作非常簡(jiǎn)捷。

實(shí)驗(yàn)6：利用套管實(shí)驗(yàn)演示鈉與醇的反應(yīng)，僅用一大一小兩試管就可以完成，同時(shí)也可以進(jìn)行爆鳴實(shí)驗(yàn)，如圖7。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，向小試管中加人乙醇和鈉，再向小試管上方倒扣一支大試管，反應(yīng)開(kāi)始后，空氣由兩只試管間的空隙逸出，圖7實(shí)驗(yàn)裝置而氫氣進(jìn)入大試管。慢慢將大試管提起，即可獲得一試管氫氣。

4.隔絕式套管實(shí)驗(yàn)在上面的套管實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，套管中的大小玻璃儀器都是相通的。如果將大小玻璃儀器各自封閉隔絕，也有著廣泛的應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)7：碳酸鈉和碳酸氫鈉的穩(wěn)定性比較實(shí)驗(yàn)，可采用如圖8所示的隔絕式套管實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)8：過(guò)氧化鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，教材中做了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，一個(gè)是把水滴人盛有過(guò)氧化鈉固體的試管，立即用帶火星的木條檢驗(yàn)產(chǎn)生的氣體;另一個(gè)是用脫脂棉包住約0.2g過(guò)氧化鈉粉末，置于石棉網(wǎng)上，往脫脂棉上滴水，可觀察到脫脂棉劇烈燃燒起來(lái)，說(shuō)明反應(yīng)放熱。如果采用隔絕式套管實(shí)驗(yàn)（如圖9），將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)合二為一，可以達(dá)到相同的實(shí)驗(yàn)效果，還可以節(jié)約藥品。當(dāng)向小試管中滴入水后，將帶火星的木條靠近導(dǎo)管口A處，木條復(fù)燃，則說(shuō)明有氧氣生成;將導(dǎo)管B放入水中，有氣泡產(chǎn)生則說(shuō)明反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

三、評(píng)價(jià)與總結(jié)

套管實(shí)驗(yàn)具有操作簡(jiǎn)便、原料節(jié)約、現(xiàn)象連續(xù)、易 ?于對(duì)比產(chǎn)減少污染等優(yōu)點(diǎn)，宜在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中大力 ?推廣?？傊?，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新是化學(xué)教學(xué)改革中永恒的主題，教材中的部分傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)，只要教師在教學(xué)實(shí)踐中勤于實(shí)驗(yàn)，善于總結(jié)，敢于創(chuàng)新，一點(diǎn)點(diǎn)的改進(jìn)都會(huì)帶來(lái)許多意想不到的收獲。

（作者單位：遼寧省本溪市第四高級(jí)中學(xué)）