固體和液體反應(yīng)不需要加熱的初中化學(xué)實驗裝置的改進

王 樂

(甘肅省蘭州市安寧區(qū)沙井驛學(xué)校 730070)

初中化學(xué)階段共有制取氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)和氫氣(H2)三個固體和液體反應(yīng)不需要加熱的實驗，其中分解過氧化氫制氧氣是初中化學(xué)實驗室制氧氣的三個經(jīng)典實驗之一，是初中學(xué)生學(xué)習(xí)該類實驗的啟蒙實驗，同時也為學(xué)生的后期學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ).該類實驗裝置有很多，每種裝置都有各自的優(yōu)缺點，筆者通過利用生活中的廢棄物(塑料瓶、塑料吸管、紗布以及棉線等)制作了具有隨時發(fā)生和終止反應(yīng)功能的實驗裝置.下面筆者將從教材提供的固體和液體反應(yīng)不需要加熱的反應(yīng)裝置的缺點入手，對創(chuàng)新裝置的制作過程、優(yōu)點等方面進行詳細的分析.

一、實驗藥品及反應(yīng)原理

1.實驗藥品

二氧化錳(MnO2)、過氧化氫(H2O2)、稀鹽酸(HCl)、大理石(主要成分為CaCO3)、鋅粒(Zn)

2.反應(yīng)原理

二、教材中涉及到的實驗裝置及其缺點

1.實驗儀器

長頸漏斗、錐形瓶、玻璃導(dǎo)管、軟膠管、集氣瓶、水槽

2.實驗裝置(如圖1所示)

圖1

3.教材實驗裝置的缺點

(1)反應(yīng)難以控制

一般固體和液體不需要加熱的反應(yīng)會選錐形瓶和長頸漏斗作為發(fā)生裝置，在實驗開始前先加固體藥品，后加液體藥品.固、液藥品接觸后反應(yīng)即開始，直到某種藥品被消耗完，反應(yīng)才停止.部分教師在開展相關(guān)實驗時，會將長頸漏斗換為分液漏斗，但是分液漏斗只能控制反應(yīng)速率，不能控制反應(yīng)隨時開始隨時終止.

(2)藥品不便回收

做相關(guān)固體和液體不需要加熱的反應(yīng)時，如果選擇粉末狀固體藥品，將會出現(xiàn)不便回收藥品和藥品浪費等現(xiàn)象.例如用二氧化錳催化過氧化氫生成氧氣的實驗中，教材中使用的粉末狀二氧化錳，粉末狀固體藥品和液體藥品混合，接觸面積大，反應(yīng)速率快，反應(yīng)劇烈導(dǎo)致過氧化氫和二氧化錳形成的O2和黑色懸濁液在錐形瓶中劇烈翻滾，不僅影響教師和學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，同時在實驗結(jié)束后，由于粉末狀二氧化錳顆粒非常小，不便于回收，因此會導(dǎo)致浪費藥品的現(xiàn)象出現(xiàn).

鑒于教材中提供的固體和液體反應(yīng)不需要加熱的實驗裝置有以上缺點，筆者針對相關(guān)實驗及本校學(xué)生學(xué)情特點，對固體和液體反應(yīng)不需要加熱的反應(yīng)裝置做出改進.

三、固體和液體反應(yīng)不需要加熱反應(yīng)裝置的改進

1.實驗儀器

礦泉水瓶1個、軟膠塞(紅酒瓶塞)1個、吸管若干、紗布、細繩、塑料盒1個.

2.制作過程

(1)選取1個380mL的礦泉水瓶，去掉瓶蓋.

(2)找1個軟膠塞，并打2個孔，其孔徑分別和吸管直徑相同.

(3)剪2塊大小相同的紗布(后期可將固體藥品均勻的鋪放在2塊紗布中間)，將紗布的四個角和邊緣折疊并用細繩纏繞固定，再將細繩固定在一根吸管上.

(4)分別給2支吸管一端用打火機加熱，并趁熱將2支吸管粘到一起.

(5)找一個圓柱狀帶蓋塑料盒，并將一小部分寬度和吸管直徑相同的盒蓋剪掉.

(6)將準備好的儀器組裝成實驗裝置.

3.改進裝置圖(如圖2所示)

圖2

4.實驗步驟

(1)將固體藥品固定在紗布上備用，并在塑料瓶中加入適量液體藥品.

(2)連接好裝置，檢查裝置氣密性(在裝置右邊的塑料盒中加入適量水，將吸管浸沒在水面以下，利用熱毛巾給裝置左邊的塑料瓶加熱，若看到右邊塑料盒中吸管口處有氣泡冒出，且松開手后有一段穩(wěn)定的水柱，即證明裝置氣密性良好).

(3)檢查裝置氣密性后，倒掉裝置右邊塑料盒中的水，推動固定細繩的吸管，固體藥品和液體藥品接觸反應(yīng)開始，觀察反應(yīng)現(xiàn)象，并收集氣體(收集氣體時可根據(jù)不同氣體的性質(zhì)選擇向上排空氣法或向下排空氣法).

(4)反應(yīng)一會兒后，抽動連接細繩的吸管，固體藥品和液體藥品脫離，反應(yīng)即可停止.

5.改進實驗裝置時的注意事項

(1)在裝置改進前，需要教師做大量的前期準備工作，例如：觀察、發(fā)現(xiàn)并隨時收集生活中可用于做改進裝置的材料.

(2)改進裝置的制作過程中多次用到剪刀(或美工刀)切割塑料瓶、硬質(zhì)塑料盒，切割難度較大，因此可先蓋緊塑料盒瓶蓋，利用鐵釘在瓶蓋上打出小孔，在沿著小孔進行切割.

(3)在利用打火機連接2根吸管，盡可能找人幫忙，避免燙傷手.

6.改進裝置的優(yōu)點

(1)改進實驗涉及到的實驗儀器均為可回收的塑料制品，培養(yǎng)實驗者環(huán)保意識，同時避免因不小心打碎玻璃制品的實驗儀器割傷實驗者.

(2)可在加入實驗藥品后再檢查裝置氣密性，避免檢查裝置氣密性后因再次打開儀器添加藥品導(dǎo)致裝置漏氣.

(3)可通過推進、抽動固定細繩的吸管達到隨時控制反應(yīng)開始和終止的目的.

(4)固體藥品固定在雙層紗布中間，實驗結(jié)束后方便回收藥品，幫助實驗者養(yǎng)成良好的節(jié)約資源的意識.

(5)可根據(jù)固體藥品的形狀調(diào)節(jié)紗布大小，從而調(diào)節(jié)固體、液體藥品的接觸面接，控制反應(yīng)速率，適應(yīng)不同實驗的要求.

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗是學(xué)習(xí)化學(xué)的基礎(chǔ)和靈魂，沒有實驗就沒有化學(xué).實驗儀器的選擇直接決定演示實驗的成功與否，從而決定實驗教學(xué)的安全性、教師的課堂教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.

教師自制改進實驗有利于訓(xùn)練教師的專業(yè)素養(yǎng)，有利于促進教學(xué)改革，有助于提高課堂教學(xué)效率，有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和實驗創(chuàng)新能力.