W管在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究

陳 雷

(江蘇省贛榆高級(jí)中學(xué) 222100)

一、常規(guī)W管實(shí)驗(yàn)

作者設(shè)計(jì)W管規(guī)格有10mm、12mm、15mm三種口徑，但無(wú)論那種規(guī)格W管出口均比較小，膠塞不易匹配，而且為了實(shí)驗(yàn)中用針管添加試劑方便，用膠頭替代膠塞，由于口徑不同，需對(duì)膠頭適當(dāng)剪切，如直徑為15mm的玻璃管剪切位置如圖1所示.

向W管加入物質(zhì)時(shí)，用針管添加液體；固體粉末采用吸管加入，小塊狀的固體用鑷子夾住直接放在管口處滑入管中.

1．一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

教材中一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)裝置如圖2(Ⅰ)，操作復(fù)雜污染較大.今年初全市優(yōu)秀課比賽前應(yīng)參賽教師要求，我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2(Ⅱ).

實(shí)驗(yàn)步驟：(1)把0.5g氧化鐵滴加少量水?dāng)嚢铻楹隣?，用?xì)毛筆蘸糊狀的氧化鐵涂在W管內(nèi)壁彎管處，晾干或小火加熱烘干.(2)在另一彎管處加入澄清石灰水，浸沒(méi)彎部，如圖3.(3)先用1個(gè)氣球收集一氧化碳?xì)怏w，收好扎緊口備用；再用W收集氣體，待排盡W管空氣后套上另一個(gè)氣球，并收集氣體，然后再把先前收集好氣體的氣球接到W管上，組好裝置如圖3(Ⅱ).(4)用酒精噴燈加熱W管氧化鐵部位，并不斷用手捏動(dòng)一邊氣球，使管中氣體流動(dòng)起來(lái)與氧化鐵充分反應(yīng).(5)半分鐘后W管中棕紅色氧化鐵變?yōu)楹谏?，黑色物質(zhì)能被磁鐵吸引，石灰水變渾濁.

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：(1)氣體的收集需要在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，防止引起中毒.(2)實(shí)驗(yàn)用酒精噴燈加熱，若沒(méi)有酒精噴燈可以給酒精燈加擋風(fēng)罩提高火焰溫度.酒精燈火焰溫度偏低，溫度較低時(shí)氧化鐵會(huì)被還原為黑色的Fe3O4，也產(chǎn)生相同的現(xiàn)象.(3)該實(shí)驗(yàn)裝置美觀(guān)、操作簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、現(xiàn)象明顯，適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn).

2．氯氣的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2012年10月，我在學(xué)校的公開(kāi)課中采用3個(gè)W管設(shè)計(jì)了氯氣的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)裝置如圖4.用該裝置做演示實(shí)驗(yàn)，同時(shí)采用實(shí)物投影，演示效果很好.

實(shí)驗(yàn)步驟：(1)少量鐵粉(不能堵住W管)放入W管，振動(dòng)使鐵粉均勻的涂在管壁.按圖3搭好裝置，檢驗(yàn)裝置的氣密性.(2)用針管把濃鹽酸注入W管中二氧化錳處，關(guān)閉止水夾a，打開(kāi)止水夾b，酒精燈加熱二氧化錳處.待管中充滿(mǎn)氯氣后加熱鐵粉處，反應(yīng)產(chǎn)生棕黃色煙，KSCN溶液變紅.說(shuō)明氯氣與鐵在加熱條件下反應(yīng)生成FeCl3.(3)打開(kāi)止水夾a，關(guān)閉止水夾b，干燥紅色紙花不退色；用針管從膠管處注水，打濕紙花，觀(guān)察到濕潤(rùn)的紙花很快褪色.

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)W管一段放置滴加了氫氧化鈉溶液的棉花，處理尾氣防止污染氣體的產(chǎn)生.(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)一般可用0.5g二氧化錳和2mL濃鹽酸(視反應(yīng)情況分批次加入)，若用高錳酸鉀替代二氧化錳，產(chǎn)生氣體更快，且不需加熱.

(3)本實(shí)驗(yàn)由于產(chǎn)生各種顏色的物質(zhì)，現(xiàn)象非常明顯，先做與鐵反應(yīng)后做漂白性實(shí)驗(yàn)順序能更好的吸收尾氣，若實(shí)驗(yàn)控制得到，整個(gè)實(shí)驗(yàn)幾乎聞不到氯氣的氣味.

二、改進(jìn)W管實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，利用W管實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏少，若要進(jìn)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)則需要連接多個(gè)W管，造成實(shí)驗(yàn)操作不便，故對(duì)W管進(jìn)行改進(jìn)，增加一個(gè)彎管，同時(shí)在第二個(gè)彎管上部留一個(gè)出口便于添加試劑，改進(jìn)的W管采用直徑為10mm和15mm兩種規(guī)格.用改進(jìn)后的W管設(shè)計(jì)以下多種實(shí)驗(yàn)，其中選取了二氧化硫的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)參加江蘇省青年教師基本功比賽，獲得好評(píng).改進(jìn)的W管如圖5.

利用改進(jìn)后的W管，設(shè)計(jì)了部分實(shí)驗(yàn)如下.

1．二氧化硫的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

濃硫酸與銅反應(yīng)容易產(chǎn)生黑色物質(zhì)，同時(shí)得到的溶液不是藍(lán)色.為了取得明顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖5.

實(shí)驗(yàn)步驟：(1)配制1∶6的濃硫酸，即1體積水中加入6體積的濃硫酸.(2)在三個(gè)彎管處均加入碎瓷片，防止加熱時(shí)爆沸.(3)按裝置圖依次加裝試劑，液體試劑要沒(méi)過(guò)彎管.(4)加熱濃硫酸，待到沸騰時(shí)插入銅絲，反應(yīng)開(kāi)始.可以觀(guān)察到溶液逐漸變藍(lán)，品紅和酸性高錳酸鉀溶液依次逐漸褪色.待到高錳酸鉀溶液接近無(wú)色時(shí)拔出銅絲，停止反應(yīng).(5)加熱品紅和高錳酸鉀溶液，品紅恢復(fù)紅色，停止加熱一段時(shí)間后又變無(wú)色；高錳酸鉀溶液無(wú)現(xiàn)象.(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用50mL針筒從左邊膠頭中注入空氣，趕出并吸收裝置中二氧化硫氣體.(7)打開(kāi)膠頭，用滴管吸出濃硫酸底部的白色物質(zhì)加入水中，溶液為藍(lán)色，即生成物為硫酸銅.

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：(1)原實(shí)驗(yàn)中濃硫酸與銅反應(yīng)溶液呈黑色，觀(guān)察不到藍(lán)色.對(duì)濃硫酸稀釋后，經(jīng)過(guò)先加熱濃硫酸至沸騰再與銅反應(yīng)，避免產(chǎn)生黑色的硫化銅和硫化亞銅，得到的藍(lán)色溶液.(2)濃硫酸稀釋為1∶6至1∶5，濃度稀產(chǎn)生水蒸氣過(guò)多，濃度高會(huì)產(chǎn)生黑色物質(zhì)且溶液不出現(xiàn)藍(lán)色.(3)本實(shí)驗(yàn)步驟(4)探究二氧化硫的漂白原理，并與其還原性進(jìn)行對(duì)比.(5)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中把好污染關(guān)，過(guò)程中的氣體用堿液吸收，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用空氣排盡裝置中氯氣，進(jìn)一步減少污染.

2．氮的氧化物的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

氮的氧化物的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)筆者用W管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，藥品用量更少，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象更為明顯，如圖6.

實(shí)驗(yàn)步驟：(1)按圖6裝置依次加入試劑，并且搭好裝置.(2)把銅絲插入濃硝酸中，反應(yīng)開(kāi)始，產(chǎn)生紅棕色氣體，經(jīng)過(guò)水后產(chǎn)生無(wú)色氣體.(3)抽出銅絲，使銅絲與硝酸分離.從中間出口處用針管注入空氣，無(wú)色氣體變?yōu)榧t棕色.(4)用針管加水(濃硝酸體積2倍)到濃硝酸中，插入銅絲，反應(yīng)繼續(xù)產(chǎn)生無(wú)色氣體.(5)取出銅絲，從左端用針筒注入空氣，趕出并吸收裝置中氣體.

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：(1)當(dāng)水右邊的管中由紅色氣體變?yōu)闊o(wú)色氣體時(shí)要不斷的注入空氣，以便氣體被氫氧化鈉充分吸收.(2)硝酸稀釋時(shí)一般加水為原硝酸體積的2倍左右，過(guò)多水反應(yīng)太慢，過(guò)少水產(chǎn)生二氧化氮.

3．氯氣的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

在改進(jìn)后的W管的基礎(chǔ)上，又重新設(shè)計(jì)氯氣的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖7.該實(shí)驗(yàn)在這學(xué)期的化學(xué)課堂演示，獲得較好的效果.

實(shí)驗(yàn)步驟：(1)少量鐵粉(不能堵住W管)放入W管，振動(dòng)使鐵粉均勻的涂在管壁.按圖7搭好裝置，檢驗(yàn)裝置的氣密性.(2)用針管把2mL濃鹽酸(分批次加入)注入W管中二氧化錳處，加熱反應(yīng)開(kāi)始.(3)從膠管處用注射器向紅紙花噴水.(4)加熱W管鐵粉處，產(chǎn)生棕黃色煙，KSCN溶液變紅，停止加熱，反應(yīng)結(jié)束.(5)用氣嘰從左端鼓入空氣，趕出裝置中氯氣.

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：(1)當(dāng)左邊的W管充滿(mǎn)黃綠色氣體后，再向紅紙花噴水，才能說(shuō)明起漂白作用的是次氯酸而不是氯氣.(2)硫氰化鉀溶液可以換成水，反應(yīng)后溶液為棕色.

用W管設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)突出，但實(shí)驗(yàn)中存在如粉末狀固體物質(zhì)加入過(guò)多堵住W管、液體加入過(guò)少?zèng)]能沒(méi)過(guò)彎管讓氣體通過(guò)等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)學(xué)生向W管添加物質(zhì)等基本操作稍加訓(xùn)練，就可以在課堂中進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn).