“硫酸型酸雨的形成、危害及治理”一體化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

任雪影 周文榮

摘要：圍繞硫酸型酸雨的形成、危害及治理，在分析教材實(shí)驗(yàn)及一線教師研究的基礎(chǔ)上，找到了一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的發(fā)展空間，利用pH傳感器、可控溫的加熱裝置等在三頸燒瓶中設(shè)計(jì)出一體化的密閉實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)具有可控性強(qiáng)、觀察性優(yōu)、環(huán)保性好、裝置適用性佳等優(yōu)點(diǎn)，能優(yōu)化課堂教學(xué)、提高課堂效率，幫助一線教師更高效地完成課堂任務(wù)。

關(guān)鍵詞：硫酸型酸雨：一體化實(shí)驗(yàn)；傳感器；實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

文章編號(hào)：1008-0546（2023）10-0090-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2023.10.018

硫酸型酸雨的形成是滬教版九年級(jí)化學(xué)下冊第九章第三節(jié)“環(huán)境污染的防治”中的教學(xué)內(nèi)容，旨在讓同學(xué)們通過實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)到酸雨危害和治理方法，可以提高學(xué)生對防治空氣污染重要性的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)。

一、一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的緣起

1．教材中相關(guān)實(shí)驗(yàn)

教材中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是把硫磺在空氣中點(diǎn)燃再伸入充滿氧氣的集氣瓶中，用注射器抽取S02氣體，探究S02的性質(zhì)，最后逐滴加入氫氧化鈣溶液處理形成的酸溶液（酸雨）。教學(xué)內(nèi)容涉及可燃物的燃燒、非金屬氧化物與水的反應(yīng)、酸的性質(zhì)、環(huán)境污染的防治等較多知識(shí)點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)操作。

經(jīng)過實(shí)際課堂教學(xué)發(fā)現(xiàn)，教材實(shí)驗(yàn)存在著一些可以改進(jìn)的地方：

（1）教材中相關(guān)實(shí)驗(yàn)相對比較分散，一些實(shí)驗(yàn)探究不是連續(xù)完成的，不利于學(xué)生整體建構(gòu)知識(shí)體系，給一體化實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)留下了空間。

（2）教材實(shí)驗(yàn)硫磺在空氣中點(diǎn)燃后再伸人集氣瓶，產(chǎn)生的SO2會(huì)逸散到空氣中，污染環(huán)境，不符合綠色環(huán)保理念。

（3）逐滴加入氫氧化鈣溶液處理酸雨的過程繁瑣，耗時(shí)較長。

（4）不能直觀感受到酸雨的形成，無法體現(xiàn)酸雨的危害，而且也不能讓學(xué)生感受到屬于治理過程中pH的變化。

2．一線教師研究現(xiàn)狀

通過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)有較多一線教師對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了積極鉆研，并探索出了一些改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，見表1。[1-5]

3．裝置設(shè)計(jì)的發(fā)展空間

此前一線教師的研究成果已經(jīng)改進(jìn)了實(shí)際課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的一些問題，給筆者的研究提供了很多借鑒參考的價(jià)值，也提供了進(jìn)一步拓展改進(jìn)的空間。

（1）部分實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜，由多個(gè)玻璃儀器連接而成，在上課使用過程中會(huì)略顯麻煩，在多個(gè)班級(jí)連續(xù)上課時(shí)攜帶轉(zhuǎn)運(yùn)不方便。

（2）可以嘗試設(shè)計(jì)出一套密閉實(shí)驗(yàn)裝置來完成所有的實(shí)驗(yàn)，既能完成酸雨形成、危害及治理的探究實(shí)驗(yàn)，還可以環(huán)保無污染，體現(xiàn)綠色化學(xué)的思想。

（3）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的觀測反應(yīng)過程中pH的變化可以有機(jī)融入。

二、一體化實(shí)驗(yàn)的裝置、步驟和現(xiàn)象

1．實(shí)驗(yàn)裝置

受一線教師經(jīng)驗(yàn)的啟發(fā)，筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)裝置。

如圖1所示，筆者利用電烙鐵改進(jìn)出一種可控溫的電加熱裝置。剪一小片銅片，將銅片的邊向里彎曲，做成可放固體藥品的“銅匙”，將其與電烙鐵下端連接固定。使用時(shí)可通過外部通電后加熱點(diǎn)燃硫粉，避免了在外部點(diǎn)燃后再插入。

如圖2所示，在三頸燒瓶上分別安裝可控溫的電加熱裝置、pH傳感器、兩個(gè)注射器（連在一個(gè)橡膠塞中）。其中一個(gè)注射器的活塞下端用銅絲拴住一根鎂條，通過推拉注射器活塞可以控制鎂條的高度。電腦與pH傳感器相連，記錄反應(yīng)過程中的pH變化。三頸燒瓶下方放置磁力攪拌器，保證實(shí)驗(yàn)過程中反應(yīng)充分進(jìn)行。

2．實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)1：模擬酸雨的形成

（1）檢查裝置氣密性。

（2）按圖2所示，在三頸燒瓶其中一個(gè)頸上插入pH傳感器，并連接數(shù)據(jù)采集器和電腦，在中間頸上塞緊雙孔橡膠塞，其中雙孔橡膠塞上插有裝入藥品的兩個(gè)注射器。

（3）在可控溫的電加熱裝置下端的“銅匙”中裝滿硫磺（先放置在三頸燒瓶外部），往三頸燒瓶內(nèi)加蒸餾水、通人氧氣，待充滿氧氣后，在三頸燒瓶另外一個(gè)頸上插入可控溫的電加熱裝置，塞緊橡膠塞。

（4）打開磁力攪拌器，給可控溫的電加熱裝置通電，加熱硫磺。打開電腦軟件，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集按鈕，觀察pH變化。

實(shí)驗(yàn)2：體悟酸雨的危害

待硫磺燃燒結(jié)束后，停止數(shù)據(jù)采集，將注射器活塞往下推，使鎂條與溶液接觸，觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)3：模擬酸雨的治理

向上拉動(dòng)注射器活塞，使鎂條離開液面。再次點(diǎn)擊電腦軟件上數(shù)據(jù)采集按鈕，從另一注射器加入石灰乳懸濁液，觀察pH變化，當(dāng)pH到7時(shí)停止加入。

3．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1）模擬酸雨的形成：硫磺先熔化再燃燒，呈藍(lán)紫色火焰，溶液的pH逐漸降低，如圖3所示。

（2）體悟酸雨的危害：鎂條插入溶液后可以觀察到表面有大量氣泡冒出。

（3）模擬酸雨的治理：加入石灰乳懸濁液后pH逐漸上升，如圖4所示。

三、一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處

1．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系統(tǒng)

改進(jìn)后的一體化密閉實(shí)驗(yàn)裝置涉及了硫的性質(zhì)、硫酸型酸雨的形成、酸雨的危害（硫酸與金屬的反應(yīng)）、酸雨的治理（硫酸與堿的反應(yīng)）等知識(shí)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)操作，在一個(gè)裝置中完成多個(gè)探究，既方便實(shí)際課堂教學(xué)，又有利于學(xué)生系統(tǒng)建構(gòu)知識(shí)體系。

2．實(shí)驗(yàn)可控性強(qiáng)

改裝的可控溫的電加熱裝置可以控制加熱溫度，從而可以控制點(diǎn)燃硫磺的速度，通過同屏投影可以便于學(xué)生觀察到硫磺熔化的過程及燃燒后藍(lán)紫色的火焰。

3．實(shí)驗(yàn)觀察性優(yōu)

一體化實(shí)驗(yàn)裝置中利用pH傳感器，通過曲線的變化能夠直觀、明顯地觀察到酸雨形成、治理過程中酸堿度的變化，還可以通過大量氣泡的產(chǎn)生體悟到酸雨腐蝕金屬制品等，直面酸雨帶來的危害。

4．實(shí)驗(yàn)環(huán)保性好

一體化實(shí)驗(yàn)裝置是密閉體系，硫磺的引燃在三頸燒瓶內(nèi)完成，整個(gè)過程中無S02泄露。同時(shí)生成的酸也在三頸燒瓶內(nèi)被中和，實(shí)驗(yàn)后無酸性或堿性的廢液排放，探究過程中體現(xiàn)綠色化學(xué)的思想。

5．裝置適用性佳

可 溫的電加熱裝置還適用于其他需要加熱的一些實(shí)驗(yàn)。例如空氣中氧氣含量的測定，通過可控溫的電加熱裝置點(diǎn)燃磷，可以減小因瓶外點(diǎn)燃磷后插入集氣瓶而引起的誤差。

參考文獻(xiàn)

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