Y型試管在初中化學(xué)改進實驗中的妙用

劉佩

摘要：利用Y型試管的兩個支管相通、易于對比的特點，分別對初中化學(xué)教學(xué)中加熱銅綠的實驗、二氧化碳氣體的制備和性質(zhì)一體化實驗、探究微粒運動、檢驗二氧化硫的實驗進行改進。改進后的實驗?zāi)荏w現(xiàn)化學(xué)現(xiàn)象之美，裝置微型簡便，實驗易成功，符合綠色環(huán)保理念，利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗和創(chuàng)新能力，促進學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：Y型試管;初中化學(xué);實驗改進

文章編號：1008-0546（2022）02x-0091-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.024

Y型試管在中學(xué)化學(xué)實驗中主要是用于微型對比實驗[1]，也有一些教師利用它兩個支管相通的特點進行了改進實驗，如空氣中氧氣含量的測定[2]、研究炭與濃硝酸的反應(yīng)[3]。Y型試管耐熱性好，裝置微型，可反復(fù)使用，而且造型容易吸引學(xué)生興趣，增加了實驗的趣味性，提高了學(xué)生的實驗?zāi)芰Α?/p>

結(jié)合一線課堂教學(xué)實際，現(xiàn)對上海教育出版社（以下稱滬教版）九年級化學(xué)教科書[4]中一些實驗用Y型試管進行改進，改進后效果非常好，學(xué)生也能在后期的復(fù)習(xí)中很快回憶起這些實驗及其現(xiàn)象。對實驗的這些改進一定程度上實現(xiàn)了以學(xué)生為本，從學(xué)生的認知角度出發(fā)，幫助學(xué)生更好地觀察與實驗，知道如何從化學(xué)的角度實現(xiàn)綠色環(huán)保，有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展，達到學(xué)科育人的目的。接下來將介紹用Y型試管對初中化學(xué)四個實驗進行改進的具體案例。

一、加熱“銅綠”的實驗

在滬教版教材中，安排加熱銅綠的實驗?zāi)康氖亲寣W(xué)生初步學(xué)會基本的實驗技能操作。教學(xué)過程中教師希望學(xué)生熟悉實驗操作的同時能夠?qū)W會觀察實驗現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)象進行證據(jù)推理，推斷簡單的反應(yīng)產(chǎn)物，從而寫出相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式。反應(yīng)產(chǎn)物的判斷需要借助實驗現(xiàn)象，在實際課堂演示時，教師通常是用導(dǎo)管把產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中以檢驗二氧化碳的生成，也有用直角導(dǎo)管裝置進行改進[5]，這樣是可以觀察到澄清石灰水渾濁，但學(xué)生后期寫化學(xué)方程式時不明白為什么變渾濁是沉淀引起的。如果能在在剛開始學(xué)習(xí)化學(xué)時，把澄清石灰水變渾濁的同時即形成沉淀的實時現(xiàn)象在課堂展現(xiàn)出來，更有利于發(fā)展學(xué)生的宏觀辨識能力。

1.新改進的實驗裝置（圖1）

2.主要實驗用品

用Y型試管改進的加熱銅綠實驗

銅綠、澄清石灰水;

帶單孔塞的Y型試管、酒精燈、帶鐵夾的鐵架臺、藥匙、V型紙槽、塑料吸管等。

3.實驗操作和實驗現(xiàn)象

（1）組裝好裝置后，用V型紙槽向Y型試管的一側(cè)支管內(nèi)加入銅綠，另一側(cè)支管中通過可彎曲的塑料吸管加入澄清石灰水。

（2）點燃酒精燈加熱銅綠，觀察到裝有銅綠的支管里出現(xiàn)小水珠，固體開始慢慢變黑，由于試管內(nèi)部氣流流通，很快石灰水上面先出現(xiàn)一層白膜，慢慢地會看到白色渾濁物由上而下如飄絮般線形下降至試管底部，至澄清石灰水全部變渾濁。

4.改進實驗的優(yōu)點

（1）最大的優(yōu)點是體現(xiàn)了化學(xué)的現(xiàn)象之美。澄清石灰水變渾濁的全過程，是用導(dǎo)管直接通入石灰水中所無法替代的，大大增強了化學(xué)實驗的趣味性，學(xué)生也能認識到沉淀的形成。

（2）節(jié)約藥品，即使產(chǎn)生少量的二氧化碳也能觀察到完美的現(xiàn)象。

（3）這個裝置也可用來完成碳酸氫銨的加熱實驗。

二、二氧化碳氣體的制備與某些性質(zhì)實驗教材上驗證二氧化碳氣體的密度比空氣大，使用了傾倒二氧化碳氣體的方法（圖2），有文獻上分析過這個實驗的成功率不高，還受到煙囪效應(yīng)的干擾，對此進行了很多改進[6-7]。

1.新改進的實驗裝置（圖3）

2.實驗用品

稀鹽酸、大理石、紫色石蕊棉球4個、無水氯化鈣干燥劑;帶單孔塞的Y型試管3支、T型導(dǎo)管、橡皮和玻璃導(dǎo)管、帶鐵夾的鐵架臺、鑷子、塑料吸管等。

3.實驗操作和實驗現(xiàn)象

（1）T型導(dǎo)管直線方向上的兩端分別連通兩個Y型試管，同時這兩支Y型試管的底部事先用銼刀分別挫了小洞，方便氣體排出，底部還分別放有紫色石蕊棉球，A、C兩處是干燥的，B、D兩處是濕潤的。

（2）T型導(dǎo)管剩下的一端通過導(dǎo)管再連接一支Y型試管，以用來制備二氧化碳氣體。先在Y型試管一側(cè)加入幾粒石灰石，另一側(cè)加入適量稀鹽酸。Y型試管口放一團包裹無水氯化鈣干燥劑的棉團，用來吸收二氧化碳氣體中的水蒸氣。

（3）傾倒稀鹽酸，與石灰石接觸，產(chǎn)生二氧化碳氣體。很快會看到D處濕潤的紫色石蕊棉球變紅，其它三處均不變色。

可以得出的結(jié)論是：對比C、D兩處，說明二氧化碳與水反應(yīng)生成了碳酸，才使得石蕊棉球變色;對比B、D兩處，說明二氧化碳氣體的密度比空氣大得多。

4.改進實驗的優(yōu)點

（1）實驗成功率高，易重復(fù)，充分利用了Y型試管對比的優(yōu)勢，較好地培養(yǎng)了學(xué)生控制變量的思維能力。

（2）實驗微型化，稀鹽酸和石灰石的用量都很少。紫色石蕊棉球可循環(huán)使用。

（3）觀察完現(xiàn)象后，可以把Y型試管慢慢傾斜一定角度，把液體緩緩流入它原來的位置，使固體分離，反應(yīng)停止，所以用Y型試管制備二氧化碳氣體也可以控制反應(yīng)的發(fā)生與停止。

（4）實驗裝置設(shè)計巧妙，三支Y型試管就可以達到實驗?zāi)康?，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

三、探究微粒的運動實驗

教材中利用圖4裝置驗證微粒的運動，在課堂上很容易操作，但這種裝置有三點缺陷，一方面藥品用量多，另一方面掀開大燒杯后會有大量氨氣逸散到空氣中，而且觀察現(xiàn)象時只能將裝置固定于某一處，不方便移動，會導(dǎo)致教室里后排和角落的學(xué)生無法觀察到現(xiàn)象。

1.新改進的實驗裝置（圖5）

2.實驗用品

無色酚酞、濃氨水;

兩支塑料吸管、Y型試管、透明膠帶、帶鐵夾的鐵架臺等。

3.實驗操作和實驗現(xiàn)象

（1）通過塑料吸管向Y型試管右側(cè)支管加入無色酚酞試液，通過另一支塑料吸管向Y型試管左側(cè)支管加入濃氨水。注意塑料吸管不要取出，防止試液沾到試管壁上。加完后迅速用透明膠帶把試管口和塑料吸管封上。

（2）根據(jù)教學(xué)要求，可以通過剪裁塑料吸管下端的長度，從而改變酚酞由無色變成紅色所需要的時間。

（3）過一段時間后會看到無色酚酞試液變紅，說明微粒在不斷運動。

4.改進實驗的優(yōu)點

（1）相對于教材實驗，改進實驗的藥品用量少，裝置密閉無污染，而且便攜，便于走到學(xué)生中間使學(xué)生近距離地觀察實驗現(xiàn)象，實現(xiàn)了以學(xué)生為本的新課程理念。

（2）通過塑料吸管加液體的操作非常生活化，讓學(xué)生在熟悉的生活情境中，激發(fā)了學(xué)生利用生活用品進行化學(xué)實驗的創(chuàng)新意識。

（3）用這個裝置還可以完成溫度對微粒運動速率的影響實驗。具體方法是做一個相同的實驗裝置，將氨水所在的支管分別放在冷水和熱水中，對比酚酞變紅的現(xiàn)象所需要的時間。

（4）這個裝置也可以用來完成氯化氫氣體和氨氣的反應(yīng)實驗。分別在兩個支管中加入少量的濃鹽酸和濃氨水。

四、檢驗二氧化硫的實驗

教材上檢驗二氧化硫的實驗操作起來很方便（圖6），但是實際課堂演示時一線教師會發(fā)現(xiàn)有以下幾個問題，一是從火柴點燃到伸入燒杯的過程中，火柴上沾取的硫粉容易灑落，產(chǎn)生的二氧化硫會逸散到空氣中，二是實驗者聞了逸散出來的二氧化硫?qū)е潞韲惦y受，不利于健康，三是留在燒杯中的二氧化硫氣體比較少，可能不會使高錳酸鉀溶液完全褪色，從而會使演示實驗失敗。

1.新改進的實驗裝置（圖7）

2.實驗用品

高錳酸鉀溶液、火柴、濕潤的紫色石蕊棉球、沾有氫氧化鈉溶液的棉球;

Y型試管、酒精燈、帶鐵夾的鐵架臺、塑料吸管等。

3.實驗操作和實驗現(xiàn)象

（1）先在Y型試管的右側(cè)支管中放1根火柴，火柴頭朝下，然后加入適量高錳酸鉀溶液于另一側(cè)。依照圖7固定好Y型試管后，在試管中上部塞一團濕潤的紫色石蕊棉球，再在試管口處塞一團沾有氫氧化鈉溶液的棉球，用來吸收多余的二氧化硫，防止逸散到空氣中。

（2）點燃酒精燈，加熱火柴頭，很快就會聽到火柴頭“砰”的一聲，伴有大量白煙。由于火柴燃燒會產(chǎn)生二氧化硫氣體，取下Y型試管輕輕振蕩，可以看到高錳酸鉀溶液完全褪為無色。同時紫色石蕊棉球由下而上慢慢變紅，說明二氧化硫溶于水使得溶液顯酸性。

4.改進實驗的優(yōu)點

（1）不需要沾取硫粉，一根火柴加熱之后產(chǎn)生的二氧化硫氣體足以使所加入的高錳酸鉀溶液褪色。

（2）裝置密閉相對無污染，教師在演示實驗時不用擔(dān)心會吸入二氧化硫氣體。

（3）高錳酸鉀褪色現(xiàn)象非常明顯，有利于提高學(xué)生的實驗觀察能力。

改進實驗的教學(xué)效果非常顯著。在化學(xué)復(fù)習(xí)時會發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生對有些實驗現(xiàn)象已經(jīng)沒有印象了，只能依靠記憶，學(xué)生慢慢地就會認為現(xiàn)象就是靠死記硬背，這不符合化學(xué)核心素養(yǎng)培育的初衷。初三學(xué)生課業(yè)緊、任務(wù)重，難以做到每個化學(xué)實驗都能讓學(xué)生自己完成，所以如果都是用試管這些普通的儀器來完成實驗，實驗種類多了之后，學(xué)生對實驗現(xiàn)象的記憶會混淆。如果教師偶爾改進幾個實驗或者用不同的創(chuàng)意實驗，學(xué)生自然印象深刻，這種教學(xué)效果是任何講解和記憶都無法代替的。

基于以上幾個案例，用Y型試管改進后的實驗總體有以下幾個優(yōu)點：（1）多樣化，它可以完成生成物的檢驗、氣體的制備和性質(zhì)實驗、微觀性質(zhì)實驗等;（2）微型化，所用的藥品用量少，不會造成原料的過度浪費，裝置便攜，方便走入學(xué)生中間進行演示;（3）綠色化，生成的污染性氣體在試管內(nèi)就可以被處理掉，不會逸散到空氣中引起空氣污染或者對人體造成傷害;

（4）顯性化，實驗現(xiàn)象明顯，有利于提高學(xué)生的實驗觀察能力，使每一位學(xué)生都能看到現(xiàn)象，從而實現(xiàn)素養(yǎng)為本的課堂;（5）操作簡單，便于開展學(xué)生實驗，具有推廣價值。

參考文獻

[1]向直三.利用Y型管或Y型試管的微型實驗[J].中小學(xué)實驗與裝備，2016（1）：61-62.

[2]林旺金，張惠嬌.對“空氣中氧氣體積分數(shù)的測定”實驗分析與改進[J].化學(xué)教學(xué)，2018（3）：62-64.

[3]賈同全.利用“Y試管”改進炭與濃硝酸的反應(yīng)[J].中學(xué)化學(xué)，2016（1）：29.

[4]中學(xué)化學(xué)國家課程標準研制組.義務(wù)教育課程標準實驗教科書（化學(xué)九年級上、下冊）[M].上海：上海教育出版社，2017.

[5]宋廣良，李德前，凌一洲.直角玻璃管和廣口瓶組合構(gòu)建的多功能實驗裝置[J].化學(xué)教學(xué)，2020（3）：68-71.

[6]周文榮，陳玲.二氧化碳制備與性質(zhì)實驗的一體化設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2020（10）：65-67.

[7]李德前，周梅華，張羿“.傾倒氧氣助燃”與“傾倒二氧化碳滅火”實驗的組合設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2021（3）：67-69.

1192500520308