巧用直角玻璃管改進(jìn)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)

劉瑤　李德前　李為才

摘要： 直角玻璃管是一種比較容易自行加工的玻璃儀器，用它做一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)既方便又實(shí)用。依托直角玻璃管改進(jìn)了活性炭的吸附、加熱碳酸氫銨、木炭在氧氣中燃燒等實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)化繁為簡、現(xiàn)象明顯，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞： 直角玻璃管; 活性炭; 碳酸氫銨; 木炭在氧氣中燃燒; 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號： 1005-6629（2019）5-0076-04 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

直角玻璃管是一種簡單實(shí)用的玻璃儀器（見圖1），用它既能做常溫下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，也能在加熱條件下進(jìn)行有關(guān)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。如果用于教師的演示實(shí)驗(yàn)，可以使用粗一些的直角玻璃管;如果是學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，可使用細(xì)一些的直角玻璃管。

本文實(shí)驗(yàn)采用的直角玻璃管直徑約為12mm，兩個支管的長度分別約為12cm、16cm（兩個支管長短不一，主要是便于實(shí)驗(yàn)時區(qū)分）。

1 ?“活性炭的吸附性”實(shí)驗(yàn)

人教版教材上設(shè)計(jì)的這個實(shí)驗(yàn)，雖然實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，但是活性炭的用量較大[1]（見圖2）。我們改用直角玻璃管做這個實(shí)驗(yàn)，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。

1.1 ?實(shí)驗(yàn)用品

直角玻璃管、粗細(xì)合適的塑料吸管（一端剪成斜口）、脫脂棉、活性炭、紅色的水等

1.2 ?實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置見圖3。

1.3 ?實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 取一根直徑約6mm的塑料吸管，將其一端剪成斜口，用于取用粉末狀藥品（活性炭）。

（2） 借助于斜口塑料吸管，向直角玻璃管的直角處添加約2g活性炭（添加活性炭時要讓直角玻璃管的一個支管向上，以使活性炭聚集在直角處不留空隙），然后在活性炭的表面分別塞入一小團(tuán)脫脂棉。

（3） 從直角玻璃管的豎直支管中注入約10mL紅色的水，從直角玻璃管的水平支管中就緩緩流出了無色的水。該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象充分說明，活性炭能夠吸附色素。

（4） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理實(shí)驗(yàn)用品。

1.4 ?實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1） 活性炭的用量少，實(shí)驗(yàn)裝置可以反復(fù)使用，有利于多個班級的連續(xù)授課。

（2） 在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中，使用直徑約為7mm的直角玻璃管，這樣更節(jié)省藥品。

（3） 實(shí)驗(yàn)的對比性強(qiáng)，有利于學(xué)生直觀地認(rèn)識活性炭的吸附性。

2 ?“加熱碳酸氫銨”的實(shí)驗(yàn)

上教版教材上設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是在蒸發(fā)皿中加熱固體碳酸氫銨[2]（見圖4），對教室內(nèi)的環(huán)境會產(chǎn)生污染。另外，由于沒有驗(yàn)證碳酸氫銨分解的產(chǎn)物，致使不少學(xué)生誤認(rèn)為“固體減少是碳酸氫銨揮發(fā)了”。我們借助直角玻璃管對這個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)了原實(shí)驗(yàn)的不足。

2.1 ?實(shí)驗(yàn)用品

直角玻璃管（含配套的橡皮塞）、粗細(xì)合適的塑料吸管（一端剪成斜口）、酒精燈、125mL廣口瓶（含配套的雙孔橡皮塞）、碳酸氫銨固體、干燥的紅色石蕊試紙、澄清石灰水等

2.2 ?實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置見圖5。

2.3 ?實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 取一個與125mL廣口瓶的口徑配套的橡皮塞，在橡皮塞中部打一個粗孔（與直角玻璃管的管徑配套），在橡皮塞的邊緣處打一個細(xì)孔（用于透氣）。

（2） 借助于玻璃棒，將一張干燥的紅色石蕊試紙置于直角玻璃管的水平支管最右端（靠近直角）;再利用斜口塑料吸管，將適量的碳酸氫銨固體送入直角玻璃管的水平支管中部，隨后在水平支管口塞上橡皮塞。

（3） 取一個125mL廣口瓶，向其中倒入適量的澄清石灰水。

（4） 按圖5所示，連好整個實(shí)驗(yàn)裝置。注意使直角玻璃管的豎直支管浸入石灰水中1cm左右，以防停止加熱時石灰水倒吸而進(jìn)入灼熱的水平支管中。

（5） 點(diǎn)燃酒精燈，用其外焰加熱固體碳酸氫銨。很快觀察到，白色固體不斷減少，玻璃管內(nèi)壁有水珠，干燥的紅色石蕊試紙變?yōu)樗{(lán)色，澄清的石灰水變渾濁。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象充分說明，碳酸氫銨受熱易分解，分解的產(chǎn)物有水、氨氣和二氧化碳?xì)怏w等。

（6） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理實(shí)驗(yàn)用品。

2.4 ?實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1） 實(shí)驗(yàn)裝置簡單、緊湊，不需要專門的儀器固定實(shí)驗(yàn)裝置。

（2） 能充分說明碳酸氫銨固體受熱消失不是物理變化（揮發(fā)），而是有新物質(zhì)生成的化學(xué)變化。

（3） 生成的氨氣不會擴(kuò)散到空氣中，因此實(shí)驗(yàn)比較環(huán)保。若要通過聞氣味的方法驗(yàn)證分解產(chǎn)物有氨氣，可以拔掉水平支管上的橡皮塞，在水平支管口附近采用“扇氣入鼻”的方法進(jìn)行。

（4） 不少固體受熱分解的實(shí)驗(yàn)也可以使用這套實(shí)驗(yàn)裝置，如加熱堿式碳酸銅、小蘇打受熱分解、煅燒石灰石等實(shí)驗(yàn)，并能方便地檢驗(yàn)它們分解的產(chǎn)物。

3 ?“木炭在氧氣中燃燒”的實(shí)驗(yàn)

人教版教材上該實(shí)驗(yàn)的操作方案[3]（見圖6）不夠簡潔，木炭燃燒的時間也很短，實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性較差。我們利用直角玻璃管改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)，不僅化繁為簡，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。

3.1 ?實(shí)驗(yàn)用品

直角玻璃管（含配套的單孔橡皮塞）、125mL廣口瓶（含配套的雙孔橡皮塞）、酒精燈、鑷子、木炭、澄清石灰水、袋裝氧氣等。

3.2 ?實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置見圖7。

3.3 ?實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 取一個與125mL廣口瓶的口徑配套的橡皮塞，在橡皮塞中部打一個粗孔（與直角玻璃管的管徑配套），在橡皮塞的邊緣處打一個細(xì)孔（用于透氣）。

（2） 用鑷子夾取3～4塊細(xì)小的木炭，將其放在直角玻璃管水平支管的管口，再借助玻璃棒將木炭推至水平支管的中部位置。

（3） 取一個125mL廣口瓶，向其中倒入適量的澄清石灰水。再按圖7所示，連好整個實(shí)驗(yàn)裝置（注意使直角玻璃管的豎直支管浸入澄清石灰水中約1cm）。

（4） 打開氧氣袋的開關(guān)，在常溫下通入氧氣，發(fā)現(xiàn)木炭不燃燒、澄清石灰水不變渾濁，說明木炭和氧氣在常溫下不反應(yīng)，即木炭在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

（5） 點(diǎn)燃酒精燈，用其外焰加熱木炭。很快木炭劇烈燃燒（此時移走酒精燈），發(fā)出白光，澄清的石灰水也變得渾濁起來。

（6） 關(guān)閉氧氣袋上的開關(guān)，停止通入氧氣，木炭停止燃燒。再次打開氧氣袋上的開關(guān)，通入氧氣（無需酒精燈加熱），木炭又重新燃燒起來。如此反復(fù)3～4次，直至木炭完全燃燒[4]。

（7） 以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不僅說明木炭燃燒需要氧氣、溫度需要達(dá)到著火點(diǎn)，還能說明“在沒有明火的情況下也會發(fā)生燃燒現(xiàn)象”。

（8） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，整理實(shí)驗(yàn)用品。

3.4 ?實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1） 木炭燃燒的時間較長，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯。

（2） 通過控制氧氣袋的開關(guān)，能反復(fù)看到木炭熄滅、燃燒的現(xiàn)象，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性，也解釋了沒有明火但溫度較高情況下引起火災(zāi)的原因，從而深化了物質(zhì)燃燒的條件，提高了學(xué)生的防火意識。

（3） 很多固體與氣體反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)也可以使用這套裝置，如硫在氧氣中燃燒、鈉或銅在氯氣中燃燒、一氧化碳還原氧化鐵或氧化銅等實(shí)驗(yàn)。

4 ?結(jié)束語

初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的重要目的就是化繁為簡，突出實(shí)驗(yàn)的簡約性和實(shí)用性[5]。直角玻璃管的制作工藝簡單，用直角玻璃管改進(jìn)和設(shè)計(jì)一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅能達(dá)到裝置簡單、操作方便、現(xiàn)象直觀、綠色環(huán)保等效果，而且特別適合于學(xué)生動手操作。

我們一線化學(xué)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以圍繞直角玻璃管精心設(shè)計(jì)出更多、更好的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而給學(xué)生搭建更多的實(shí)驗(yàn)探究平臺，以幫助學(xué)生理解科學(xué)知識、學(xué)習(xí)科學(xué)方法、增強(qiáng)環(huán)保意識、養(yǎng)成合作習(xí)慣、樹立節(jié)約理念，進(jìn)而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[6， 7]。

參考文獻(xiàn)：

[1][3]課程教材研究所化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心. 義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)（九年級上冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2015： 77， 46.

[2]中學(xué)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(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)（九年級上冊）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2017： 3.

[4]劉振奎， 馬逸群. 巧用木炭和石子探究燃燒的條件[J]. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器， 2017， （9）： 34～35.

[5]李德前. 例談初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的思維方法[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2013， （3）： 65～68.

[6]李德前， 杜玉芬. 巧用長柄V形玻璃管改進(jìn)和設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2013， （8）： 41～43.

[7]宋廣良， 李德前. U型管用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的幾個案例[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2018， （2）： 68～72.