初中化學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)演示儀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王義堂 張會(huì)彬

一、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器目的

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，許多化學(xué)基本概念和化學(xué)原理都是通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)得來(lái)的?！坝斜容^才有鑒別”，在眾多的實(shí)驗(yàn)方法中，對(duì)比實(shí)驗(yàn)可將形象、對(duì)比融為一體，不僅能使學(xué)生有效地獲取知識(shí)，還有助于培養(yǎng)他們的多種能力，所以在教學(xué)中應(yīng)盡量采用這種方法，并且從實(shí)驗(yàn)裝置、操作過(guò)程、優(yōu)化認(rèn)知過(guò)程等方面發(fā)揮對(duì)比實(shí)驗(yàn)的功能，從而收到良好的教學(xué)效果。

為了更好地進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了“化學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)演示儀”，它既可幫助學(xué)生深刻理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的好奇心和積極性，培養(yǎng)他們的化學(xué)思維能力。

“化學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)演示儀”的特點(diǎn)主要有：首先，可在不同條件下同時(shí)做多個(gè)實(shí)驗(yàn)，適合比較化學(xué)反應(yīng)的快慢或生成物的多少以及顏色的變化等問(wèn)題；其次，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，趣味性強(qiáng)，直觀性好；再次，做到了科學(xué)性、新穎性、簡(jiǎn)捷性、直觀性有機(jī)統(tǒng)一，不僅可以幫助學(xué)生學(xué)好化學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，還有助于訓(xùn)練他們思維的靈活性、發(fā)散性和創(chuàng)造性。

二、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

小試管、具支U形管、膠頭滴管、膠皮管、橡皮塞、常見(jiàn)酸堿鹽及溶液、過(guò)氧化氫、二氧化錳、固體膠棒、注射器等。

三、實(shí)驗(yàn)裝置圖及說(shuō)明

(1)取一塊25 cm×50 cm的矩形木板作為底座，上部安裝40 cm×50 cm的木板作為演示板(如圖1所示)。

圖1 底座及演示版

(2)取三片6cm×46cm的白鐵皮，折成1cm×5cm×46cm的L形鐵片，陰影為L(zhǎng)形向下折的部分(如圖2所示)。

圖2 L形鐵片

在L形鐵片上部，距離左側(cè)邊緣3 cm 的中心部位點(diǎn)一圓點(diǎn)，作為圓心。每隔10 cm點(diǎn)一圓心，共計(jì)5個(gè)。根據(jù)膠頭滴管、試管的大小，依次打孔，作為膠頭滴管支架和試管架。

(3)在演示板上按照距上邊3 cm、20 cm、39 cm的地方畫(huà)出3根平行的安裝線，將支架安裝在演示儀正面，圓心務(wù)必對(duì)齊(如圖3所示)。

圖3 正面安裝圖

(4)翻板制作：取7.5 cm×10 cm的木板10塊，2個(gè)一組，釘成直角翻板(如圖4所示)，共制作5組。

圖4 翻板制作

圖5 具支U行管固定裝置

(5)用寬度為1.5 cm的薄鋼片彎成圖5的形狀，作為具支U形管固定裝置。

(6)將具支U形管固定裝置固定在直角翻板背面上(如圖6所示)。

圖6 U形管固定裝置安裝

(7)將5組直角翻板用活頁(yè)固定在演示板上，制成活動(dòng)翻板(如圖7所示)。各個(gè)翻板之間用插銷(xiāo)連接，可以根據(jù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的多少進(jìn)行組裝連接。圖8為裝置的側(cè)視圖。

圖7 對(duì)比演示儀背面圖

圖8 裝置側(cè)視圖

(8)將試管放入試管架，將膠頭滴管和具支U形管用膠皮管連接，放入規(guī)定位置(如圖9所示)。圖10為側(cè)面組裝示意圖。

圖9 正面組裝示意圖

圖10 側(cè)面組裝示意圖

實(shí)驗(yàn)操作原理：用注射器抽取等量液體試劑，注入具支U形管；試管內(nèi)放入不同的藥品。實(shí)驗(yàn)時(shí)翻動(dòng)背后的翻板(背后有一活動(dòng)支撐桿)，不同的液體試劑經(jīng)膠頭滴管同時(shí)注入試管(如圖11所示)，多種對(duì)比實(shí)驗(yàn)同時(shí)開(kāi)始。

圖11 實(shí)驗(yàn)演示圖

四、實(shí)驗(yàn)操作

1.驗(yàn)證過(guò)氧化氫制取氧氣實(shí)驗(yàn)中二氧化錳的催化作用

(1)用固體膠棒黏合二氧化錳成二氧化錳催化球，稱(chēng)重并記錄。自左向右的5支試管依次編號(hào)為1，2，3，4，5。前4支試管分別裝入固體膠棒、二氧化錳、二氧化錳催化球、二氧化錳。

(2)背后的具支U形管自左向右分別裝入過(guò)氧化氫溶液、過(guò)氧化氫溶液、過(guò)氧化氫溶液、濃鹽酸(少量)。

(3)翻動(dòng)翻板，不同的液體試劑經(jīng)膠頭滴管同時(shí)注入試管，多種對(duì)比實(shí)驗(yàn)同時(shí)開(kāi)始。反應(yīng)情況見(jiàn)表1。

表1 試管1～4的反應(yīng)現(xiàn)象

(4)反應(yīng)完畢后，將試管3中的二氧化錳催化球取出，洗凈干燥后稱(chēng)重，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量沒(méi)有減少；再將其放入試管5內(nèi)，加入少量濃鹽酸，有少量黃綠色氣體生成，證明是氯氣。

結(jié)論：二氧化錳在過(guò)氧化氫制取氧氣的化學(xué)反應(yīng)里改變了過(guò)氧化氫的化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒(méi)有發(fā)生改變，所以二氧化錳是過(guò)氧化氫制取氧氣的催化劑。

2.驗(yàn)證酸的化學(xué)性質(zhì)

(1)背后的具支U形管內(nèi)分別裝入相同質(zhì)量、相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸。

(2)自左向右的5支試管依序編號(hào)為1，2，3，4，5，分別裝入紫色石蕊試液、鋅粒、黑色氧化銅固體、氫氧化鋇溶液、氯化鋇溶液。

(3)翻動(dòng)翻板，液體試劑經(jīng)膠頭滴管同時(shí)注入試管，多種實(shí)驗(yàn)同時(shí)開(kāi)始。反應(yīng)情況見(jiàn)表2。

表2 試管1～5的反應(yīng)現(xiàn)象及結(jié)論

3.驗(yàn)證金屬的活動(dòng)性順序

(1)背后的具支U形管內(nèi)分別裝入相同質(zhì)量、相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀鹽酸。

(2)自左向右的5支試管依次編號(hào)為1，2，3，4，5，分別裝入鎂、鋁、鋅、鐵、銅5種金屬。

(3)翻動(dòng)背后的翻板，液體試劑經(jīng)膠頭滴管同時(shí)注入試管，多種對(duì)比實(shí)驗(yàn)同時(shí)開(kāi)始。反應(yīng)情況見(jiàn)表3。

表3 試管1～5的反應(yīng)現(xiàn)象

結(jié)論：5種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱依次為：鎂、鋁、鋅、鐵、銅。

總之，凡是液體與固體、液體與液體之間進(jìn)行的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，本儀器都可以進(jìn)行。由于涉及的對(duì)比實(shí)驗(yàn)太多，在此不再贅述。

五、創(chuàng)新點(diǎn)及意義

(1)優(yōu)化了對(duì)比實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程，多種對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行。(2)由于多種對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以定量、同步進(jìn)行，有利于學(xué)生在定性觀察的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步依據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)反應(yīng)進(jìn)行深入思考和研究，培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性和敏捷性。(3)儀器制作簡(jiǎn)單，操作方便，實(shí)驗(yàn)效果明顯，易于學(xué)生觀察。(4)通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。(5)利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響物理事物的內(nèi)外因素一一進(jìn)行探究，比較并加以確定，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)規(guī)律的能力。