中學(xué)化學(xué)敞口實驗的一體化設(shè)計

姚亮發(fā)+林師龍+張賢金

摘要：從改進背景、改進思路、一體化實驗裝置、實驗步驟和現(xiàn)象以及一體化裝置等方面，對我國中學(xué)化學(xué)中的“加熱碳酸氫銨”“微粒運動”“驗證二氧化硫性質(zhì)”等三個敞口實驗進行一體化設(shè)計研究。通過一體化設(shè)計，不僅減少實驗對空氣的污染，節(jié)約實驗藥品，縮短反應(yīng)時間，而且使反應(yīng)生成物的驗證更加可視化。同時，增強實驗的可操作性、環(huán)保性與創(chuàng)新性。

關(guān)鍵詞：加熱碳酸氫銨；微粒運動；二氧化硫性質(zhì)；實驗改進；一體化設(shè)計

文章編號：1005–6629（2017）10–0052–03 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

化學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和操作能力的重要手段，但是我國中學(xué)化學(xué)教材中的一些實驗在操作過程中會產(chǎn)生部分有刺激性或有毒性氣體，如氨氣、二氧化硫等，這些氣體逸散在教室中，會危害學(xué)生的身心健康，不符合環(huán)保理念。將中學(xué)化學(xué)教材中原有敞口實驗裝置，設(shè)計成在密閉體系中發(fā)生的一體化反應(yīng)裝置，不僅能減少實驗對空氣的污染，節(jié)約實驗藥品，縮短反應(yīng)時間，而且能使反應(yīng)生成物的驗證更為可視化，增強實驗的可操作性、環(huán)保性與創(chuàng)新性。本文以我國中學(xué)化學(xué)教材中的“加熱碳酸氫銨”“微粒運動”“驗證二氧化硫性質(zhì)”等三個實驗為例，探討中學(xué)化學(xué)教材中敞口實驗的一體化設(shè)計問題。

1 加熱碳酸氫銨實驗的一體化設(shè)計

1.1 改進背景

上海教育出版社2012年1月出版的《化學(xué)》（九年級上冊），第1章《開啟化學(xué)之門》第1節(jié)“化學(xué)給我們帶來什么”中，加熱碳酸氫銨實驗是這樣敘述的：在蒸發(fā)皿中放少量碳酸氫銨，將蒸發(fā)皿放在酒精燈上加熱，觀察實驗現(xiàn)象[1]（見圖1）。該實驗在操作過程中有以下兩點不足：一是加熱后產(chǎn)生的氨氣逸散在空氣中，造成空氣污染，不適合學(xué)生分組實驗；二是生成的三種物質(zhì)沒辦法全部用實驗驗證，缺乏說服力。

1.2 改進思路

本實驗有教師進行過改進，如吳長順老師“碳酸氫銨受熱分解實驗的創(chuàng)新改進”[2]。筆者改進的加熱碳酸氫銨實驗的操作過程不僅能減少環(huán)境污染，還能檢驗碳酸氫銨受熱分解后的三種產(chǎn)物，既適用于課堂演示實驗，又適合學(xué)生做分組實驗。

1.3 一體化實驗裝置

改進的一體化實驗裝置見圖2。

1.4 實驗步驟和現(xiàn)象

按圖2連接裝置，并檢查裝置的氣密性。將適量碳酸氫銨固體裝入大試管中，把裝有橙黃色無鈷變色硅膠固體（無鈷變色硅膠為球形或不規(guī)則形狀的顆粒，外觀為的橙黃色，其主要成分為二氧化硅，顏色隨濕度不同而變化，未受潮時為橙黃色，隨著自身吸附水分的增加而逐漸變成綠色、墨綠色，除具有藍(lán)色含鈷硅膠性能外，還具有不含氯化鈷、無毒，無害的優(yōu)點）的敞口透明保鮮袋固定在帶導(dǎo)管的橡皮塞里端上側(cè)的小鐵夾上，將濕潤的紅色石蕊試紙用小鐵夾固定在帶導(dǎo)管的橡皮塞里端下側(cè)。固定好裝置，導(dǎo)管伸入盛有澄清石灰水的燒杯中。預(yù)熱后，將酒精燈固定在碳酸氫銨固體的部位加熱。

加熱一段時間后，碳酸氫銨固體慢慢消失、橙黃色無鈷變色硅膠逐漸變?yōu)榫G色，濕潤的紅色石蕊試紙變?yōu)樗{(lán)色，澄清石灰水變白色渾濁。這些現(xiàn)象證明，碳酸氫銨固體加熱時發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成水、氨氣和二氧化碳?xì)怏w。

1.5 一體化裝置特點

反應(yīng)是在密閉的體系中發(fā)生的，生成的氨氣不會擴散到空氣中，減少了環(huán)境污染；用該裝置作實驗，所需藥品量少，無鈷變色硅膠可以重復(fù)使用，尾氣無污染，既可以用做演示實驗，又適合做學(xué)生分組實驗。

2 微粒運動實驗的一體化設(shè)計

2.1 改進背景

上海教育出版社2012年1月出版的《化學(xué)》（九年級上冊）第3章《物質(zhì)構(gòu)成的奧秘》第1節(jié)“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！敝刑骄课⒘＿\動實驗[3]，教材設(shè)計如下：[實驗1]向燒杯A中加入20mL蒸餾水，滴入2～3滴酚酞試液，得到溶液甲。向溶液甲中滴加1～2滴濃氨水，觀察現(xiàn)象。[實驗2]在燒杯C中重新配置甲溶液。在燒杯B中加入3～5mL濃氨水，用一個大燒杯把兩個燒杯罩在一起，觀察實驗現(xiàn)象（見圖3）。

筆者多次實驗后發(fā)現(xiàn)該實驗存在以下不足：一是原裝置將濃氨水放置在敞口的小燒杯中，濃氨水揮發(fā)出來的氨氣逸散在空氣中，且用過的濃氨水得不到有效處理，不符合環(huán)保理念；二是原裝置不能隨意移動，后排的學(xué)生觀察不清楚；三是原裝置實驗過程時間較長，靜置2～5分鐘后才出現(xiàn)變紅的現(xiàn)象，學(xué)生不易觀察；四是原裝置實驗需要氨水用量較大，只用一次，浪費藥品。

2.2 改進思路

本實驗也有不少教師進行過改進，如馬逸群等“探究微粒運動實驗”系列設(shè)計[4]、朱玉忠等“探究微粒運動實驗的新設(shè)計”[5]等。筆者設(shè)計的探究微粒運動的一體化環(huán)保型實驗裝置不僅能減少環(huán)境污染，還能節(jié)約藥品用量，非常適合做課堂演示及學(xué)生分組實驗。

2.3 一體化實驗裝置

實驗改進的一體化裝置見圖4。

2.4 實驗步驟和現(xiàn)象

按圖4連接儀器，檢查裝置的氣密性，放開止水夾，將無色酚酞試液潤濕過的棉花團分別放入具支試管和另一試管中，連接裝置；輕推裝有濃氨水注射器，將3～5滴濃氨水滴在具支試管中的棉花團上，白色的棉花團馬上變成紅色，幾秒鐘后試管中白色的棉花團逐漸變成紅色，說明濃氨水具有揮發(fā)性，氨氣分子不斷運動，這一現(xiàn)象證明了微粒是在不斷運動的；實驗完成后，夾緊止水夾，輕推裝有稀硫酸的注射器，逐滴滴入稀硫酸至紅色棉花團變成無色，稀硫酸與濃氨水發(fā)生中和反應(yīng)，消除了污染。endprint

2.5 一體化裝置特點

實驗是在密閉的體系中進行的，實驗完成后用稀硫酸將過量濃氨水中和掉，減少了環(huán)境污染；該裝置實驗所需藥品量少，無污染，適宜做演示實驗和學(xué)生分組實驗。

3 驗證二氧化硫性質(zhì)實驗的一體化設(shè)計

3.1 改進背景

人民教育出版社高中《化學(xué)1》第四章《非金屬及其化合物》第三節(jié)“硫和氮的氧化物”中二氧化硫性質(zhì)的演示實驗是先用試管收集二氧化硫后再逐個做實驗[6]。筆者按教材中的實驗方法多次實驗后發(fā)現(xiàn)該實驗存在以下不足：一是二氧化硫的性質(zhì)不能全面體現(xiàn)，且會給環(huán)境帶來污染，不符合環(huán)保理念；二是藥品用量較大，操作較復(fù)雜，耗時較長。

3.2 改進思路

本實驗也有不少教師進行過改進，如梁峰麗“二氧化硫性質(zhì)實驗的綠色化創(chuàng)新設(shè)計”[7]（見圖5）、李猛等“二氧化硫性質(zhì)實驗的一體化設(shè)計”[8]。筆者設(shè)計的驗證二氧化硫性質(zhì)一體化環(huán)保型實驗裝置能一次性驗證二氧化硫的多個化學(xué)性質(zhì)，操作簡便，節(jié)約藥品，做到省時、省力、環(huán)保。

3.3 一體化實驗裝置

實驗改進的一體化裝置見圖6。

3.4 實驗步驟和現(xiàn)象

按圖6連接儀器，檢查裝置的氣密性。將適量亞硫酸鈉裝進大試管中，在硬質(zhì)玻管的左部、中部、右部分別放置用紫色石蕊試液、酸性高錳酸鉀溶液和品紅溶液潤濕過的棉花團，固定好裝置，將導(dǎo)管的末端伸入裝有氫氧化鈉溶液的燒杯。實驗時，往分液漏斗中加適量濃硫酸，打開分液漏斗的活塞，讓濃硫酸逐滴滴入大試管中，亞硫酸鈉表面立即產(chǎn)生氣泡，幾分鐘后可以看到硬質(zhì)玻管左部用紫色石蕊試液潤濕過的棉花團變紅色、中部用酸性高錳酸鉀溶液潤濕過的棉花團變成無色、右部用品紅溶液潤濕過的棉花團褪色。

以上現(xiàn)象證明：二氧化硫溶于水呈酸性，能使紫色石蕊溶液變紅色；二氧化硫具有還原性，能使紅色酸性高錳酸鉀溶液變成無色；二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色。

3.5 一體化裝置特點

整個反應(yīng)是在密閉的體系中發(fā)生的，實驗中多余的氣體被氫氧化鈉溶液吸收，消除了環(huán)境污染。該裝置能驗證二氧化硫的多個化學(xué)性質(zhì)，且藥品用量少，做到省時、省力、環(huán)保。

4 小結(jié)

化學(xué)實驗是學(xué)生進行科學(xué)探究的重要手段，化學(xué)教師在教學(xué)實踐中要善于創(chuàng)新設(shè)計環(huán)保型實驗裝置，在化學(xué)實驗過程中要避免環(huán)境污染，關(guān)注師生的身體健康，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)理念，讓更多的化學(xué)實驗向著環(huán)境友好的方向發(fā)展。

參考文獻：

[1][3]化學(xué)國家課程標(biāo)準(zhǔn)研制組.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（九年級上冊）[M].上海：上海教育出版社，2012：3，63.

[2]吳長順.碳酸氫銨受熱分解實驗的創(chuàng)新改進[J].實驗教學(xué)與儀器，2017，（1）：29～30.

[4]馬逸群，魏海.“探究微粒運動實驗”系列設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2014，（8）：58～60.

[5]朱玉忠，李德前.探究微粒運動實驗的新設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2016，（1）：67～69.

[6]宋心琦，王晶，李文鼎.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)1 [M].北京：人民教育出版社，2012：89～90.

[7]梁峰麗.二氧化硫性質(zhì)實驗的綠色化創(chuàng)新設(shè)計[J].實驗教學(xué)與儀器，2014，（9）：44～45.

[8]李猛，王世存，王后雄.二氧化硫性質(zhì)實驗的一體化設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（12）：59～61.endprint