塑料礦泉水瓶在中學(xué)化學(xué)實驗中的妙用

摘 要：以日常生活中常見的塑料礦泉水瓶為替代品，能夠設(shè)計滅火器實驗和H2與O2的制取及性質(zhì)檢驗實驗、爆炸實驗、沼氣的制取及性質(zhì)實驗、氨氣噴泉實驗和CO2性質(zhì)實驗，對于彌補一些偏遠(yuǎn)或?qū)嶒灄l件落后的學(xué)校能夠順利開展中學(xué)化學(xué)實驗大有裨益.

關(guān)鍵詞：中學(xué)化學(xué);塑料礦泉水瓶;改進(jìn)

作者簡介：祝瑞榮（1981-），男，江蘇揚中人，本科，中學(xué)一級教師，研究方向：中學(xué)化學(xué)教學(xué).

在中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)過程中，很多偏遠(yuǎn)地區(qū)由于教學(xué)條件比較落后，很多實驗無法正常進(jìn)行.如果利用日常生活中的常見品進(jìn)行實驗，就能很好地滿足師生共同探究實驗的愿望[1].筆者現(xiàn)根據(jù)中學(xué)化學(xué)教學(xué)的實際，列舉了塑料礦泉水瓶在中學(xué)化學(xué)實驗創(chuàng)新的幾個案例，以供同行參考.

1 滅火器實驗裝置

1.1 實驗用品

注射器、礦泉水瓶、玻璃棒、酒精燈、NaHCO3溶液、濃HCl、圓珠筆芯、乳膠管、工具刀、502膠水和膠布等.

1.2 實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖1所示.

1.3 實驗步驟

（1）取一礦泉水瓶，用燒紅的玻璃棒在離瓶底約兩厘米處燙一個小孔.

（2）取一廢棄的圓珠筆芯繞成“之”字形，并將其從礦泉水瓶的小洞中穿入，再用膠布帶將空隙處密封好，把它固定在礦泉水瓶的外壁上.

（3）用一根長短合適的乳膠管串聯(lián)在廢棄圓珠筆芯上.

（4）擰下瓶蓋，用工具刀截取大小合適的橡皮塞的上半部，把下半部用502膠水粘在瓶蓋內(nèi)部中心位置，用注射器的針尖從瓶蓋外側(cè)穿入并經(jīng)過橡皮塞.

（5）取一廢棄的筆桿，截取長短合適的一端，并套在針頭上，用膠水把它固定住，再用乳膠管將筆桿和長短合適的直玻璃管連接.

（6）向礦泉水瓶加入適量的NaHCO3溶液，擰開瓶蓋，用注射器抽取適量的濃HCl，并套在針尖上.

（7）用左手拿好乳膠管，右手推注射器活塞，反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)生大量氣泡，并向外噴出.

1.4 幾點說明

（1）本實驗噴射時間長、效果好，如果實驗過程中上下振蕩礦泉水瓶，效果更好.

（2）實驗成本低，操作簡便，適合學(xué)生家庭小實驗.

2 H2與O2的制取及性質(zhì)檢驗實驗裝置

2.1 實驗用品

一只塑料瓶（500mL）、一根細(xì)線、一個橡皮塞、一個棉紗小布包、一根乳膠管、兩支注射器（20mL）、二氧化錳或鋅粒和稀鹽酸或過氧化氫溶液等.

2.2 實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖2所示.

2.3 實驗步驟

（1）用橡皮塞代替塑料瓶蓋，將MnO2或鋅粒放入小布包中，并用線將小布包系住，再將裝有MnO2或鋅粒的小布包放入瓶中，用橡皮塞將塑料瓶口塞緊.

（2）用注射器抽取過氧化氫溶液或稀鹽酸，并用另一注射器吸取適量用于除去尾氣所用的液體.

（3）用熱玻璃棒在塑料瓶中上部燙一小孔，并將一根乳膠管伸入小孔中，并用透明膠把小孔封住.

（4）當(dāng)未將注射器插入橡皮塞時，把乳膠管的一端浸入水中，輕輕擠壓瓶身，乳膠管一端有氣泡冒出，則說明裝置不漏氣.

（5）緩緩拉動細(xì)線，使小布包靠近瓶底，將注射器針尖插入橡皮塞，并將液體注入瓶中，固體和液體接觸，反應(yīng)就發(fā)生了.

（6）乳膠管用來收集制得的氣體，以便于做氣體性質(zhì)實驗.

（7）實驗結(jié)束，將細(xì)線往上拉，固體和液體分離，反應(yīng)便結(jié)束.

（8）若反應(yīng)生成氣體對環(huán)境有污染，可將另一注射器液體注入瓶中與多余尾氣反應(yīng)，用來消除污染.

2.4 幾點說明

（1）該實驗所選塑料瓶取材簡便、耐腐蝕、可塑性強，不易碎.

（2）所選塑料瓶容量大，可以一次性制取大量氣體[2]，學(xué)生在家也可獨立完成.

3 爆炸實驗裝置

3.1 實驗用品

塑料瓶、自制點火器、蠟燭、火柴、干燥面粉等.

3.2 實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖3和圖4所示.

3.3 實驗步驟

（1）取一打火機上的高壓發(fā)火零件，再取一雙股導(dǎo)線，其中一股與發(fā)火花的導(dǎo)線連接，另一股與發(fā)火花零件下端的金屬圓柱體連接，再將該部件重新裝入打火花外殼，并安裝好.放電的尖端要近一點.

（2）取一500mL的塑料瓶，剪去底部，再將其分成十等份，在塑料瓶外殼上做好記號.

（3）把一大號塑料瓶的上部剪去，留下瓶底，即為自制水槽.

（4）將爆炸氣筒蓋擰開，將其放入自制水槽中，向水槽中注水至爆炸氣筒內(nèi)的液面上升到所需體積的刻度，立即旋緊瓶蓋，收集氣體，如圖3所示.

（5）取出收集了一定體積氣體的爆炸氣筒，放在水平桌面上，將點火器的放電端從底部伸入（如圖4所示），并將點火器按下，塑料瓶猶如火箭升空一般的發(fā)生了爆炸.

（6）空氣和氫氣體積比為5∶2，即為爆炸氣筒體積30%，在爆炸氣筒從下往上第三個標(biāo)記處.

（7）做面粉爆炸實驗時，將干燥的面粉小瓶和燃著的蠟燭以及鼓氣裝置放在桌上，一蓋上塑料瓶就立即鼓氣，防止蠟燭燃燒時間過長引起里面氧氣濃度降低，從而影響實驗效果.

3.4 幾點說明

（1）塑料瓶、自制點火器、蠟燭、火柴、干燥面粉來源于生活，給學(xué)生帶來親切感.

（2）塑料瓶無色透明，實驗現(xiàn)象清晰可見.

4 沼氣的制取及性質(zhì)實驗裝置

4.1 實驗用品

塑料瓶、玻璃棒、酒精燈、帶有尖嘴導(dǎo)管的橡皮塞、乳膠管、鐵圈、火柴、吃剩的面條、米飯等.

4.2 實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖5和圖6所示.

4.3 實驗步驟

（1）如圖5所示，用燒紅的玻璃棒分別在a、b兩個塑料瓶的下端燙兩個小孔（大小以乳膠管剛好能夠插入為宜）.

（2）用面條、湯水和米飯裝滿整個a瓶（a瓶下端小孔處放一塊鐵制的紗網(wǎng)，防止乳膠管被面條和米飯堵?。?

（3）將一帶有尖嘴導(dǎo)管的橡皮塞塞住a瓶口部，再用彈簧夾夾住尖嘴導(dǎo)管上的乳膠管，另取一根較長的乳膠管，連接a、b兩瓶.

（4）向b瓶中注水至液封乳膠管，并敞口放置，兩天后發(fā)現(xiàn)有液體從a瓶進(jìn)入b瓶，將a瓶振蕩，發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，當(dāng)a瓶中產(chǎn)生三分之二體積氣體時，將彈簧夾打開，并向b瓶中注水，氣體便會從a瓶的尖嘴導(dǎo)管處排出，可用來做燃燒實驗.

（5）如圖6所示，取一500mL的塑料瓶，剪去底部，并將帶有尖嘴導(dǎo)管（連接乳膠管上，并用彈簧夾夾住乳膠管）的橡皮塞塞住瓶口，即為圖6所示裝置中的1.

（6）另取1.5L的塑料瓶，剪去上部，下部放些水，以備用，即為如圖6所示裝置中的2.

（7）把裝置1置于有較多植物廢棄物的池塘中以收集沼氣.集滿后將裝置1迅速放入裝置2，并在裝置1 上套一鐵圈，防止裝置1上浮.

（8）將彈簧夾打開，并向裝置2緩慢注水，在導(dǎo)管尖嘴處即點燃產(chǎn)生的沼氣.

4.4 幾點說明

（1）塑料瓶密封性好，能防止氣體逸出.

（2）材料易得，所選塑料瓶來源于生活，使化學(xué)和生活更加緊密的聯(lián)系在一起.

5 氨氣噴泉實驗裝置

5.1 實驗用品

塑料瓶、鐵架臺、圓底燒瓶、單孔橡皮塞、廢舊試管、玻璃管、酒精噴燈等.

5.2 實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖7和圖8所示.

5.3 實驗步驟

（1）用酒精噴燈對一玻璃管加熱，將其拉制成尖嘴玻璃管.

（2）取兩個分別與圓底燒瓶和塑料瓶配套的橡皮塞，用打孔器分別在這兩個橡皮塞上各打一個小孔，將尖嘴玻璃管小心的插入橡皮塞的小孔中.

（3）取一大小合適的廢舊試管，將其加工成長約5cm的雙通管，將其小心的塞進(jìn)橡皮塞中，如圖7所示.

（4）在塑料瓶中上部打一小孔.

（5）向雙通管中加2gNaOH固體，向塑料瓶中加適量的酚酞溶液，再向雙通管中的NaOH固體滴2mL濃NH3·H2O，將雙通管迅速伸入圓底燒瓶中，產(chǎn)生的NH3充滿了整個圓底燒瓶.

（6）待圓底燒瓶內(nèi)充滿整瓶的NH3時，迅速塞緊橡皮塞，按如圖8所示連接儀器.

（7）用拇指堵住塑料瓶中的小孔，擠壓塑料瓶，塑料瓶中的酚酞溶液被壓入圓底燒瓶，NH3被水吸收，圓底燒瓶內(nèi)的壓強減小，松開拇指，立即出現(xiàn)美麗的噴泉.

（8）將圓底燒瓶中的液體倒出，并清洗尖嘴玻璃管、雙通管和圓底燒瓶，再向塑料瓶中加適量的酚酞溶液，重復(fù)（5）～（7）的實驗步驟，圓底燒瓶內(nèi)再次出現(xiàn)紅色噴泉.

5.4 幾點說明

（1）該裝置把NH3的收集和噴泉實驗連為一體，可在5min內(nèi)完成.

（2）本實驗對儀器干燥程度要求不是很高，無需每做一次實驗就要更換一次盛滿NH3的圓底燒瓶.

（3）所需藥品的多少可以依據(jù)燒瓶大小進(jìn)行調(diào)整.

（4）加入濃NH3·H2O時一定要迅速，防止產(chǎn)生的NH3泄露而污染環(huán)境.

6 CO2性質(zhì)實驗裝置

6.1 實驗用品

兩只塑料瓶、玻璃管、酒精燈、乳膠管、蠟燭、棒棒冰塑料袋、大試管、紫色石蕊試紙、稀醋酸、橡皮筋、鐵絲夾等.

6.2 實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖9所示.

6.3 實驗步驟

（1）如圖9所示，用雙面膠將兩只塑料瓶固定在水平桌面上，用燒紅的玻璃管在其中一只塑料瓶中部燙一小孔，再在該小孔的正下方和側(cè)上方等距離處各燙一小孔，用套有乳膠管的玻璃管分別插入這三個小孔.

（2）將兩支高低不同的蠟燭分別置于其中兩個小孔處.

（3）中間的導(dǎo)管通過一根長的乳膠管連接到另一塑料瓶（瓶中有適量的稀鹽酸）中的棒棒冰塑料袋（底部有若干被燒紅的鐵絲燙成的小孔，并裝有石灰石）.

（4）用三條干燥的紫色石蕊試紙分別繞在大試管的上、中、下部，向上部試紙噴稀鹽酸，上部試紙變紅，下部噴水，下部試紙不變色，中間的試紙始終不變色，用橡皮筋將上、中、下部的試紙固定住，鐵絲夾用來控制棒棒冰塑料袋的升降，從而控制制取CO2的發(fā)生和停止.

（5）點燃高低不同的兩支蠟燭，將鐵絲夾移開，把棒棒冰塑料袋放入塑料瓶中的稀HCl，立刻產(chǎn)生大量氣體，氣體進(jìn)入左邊塑料瓶中，待低處蠟燭先熄滅后，立即用夾子夾住低處套在玻璃管上的乳膠管，發(fā)現(xiàn)低處的試紙也變色，而中部的試紙不變色，則證明CO2的確與水發(fā)生反應(yīng)，其生成物的性質(zhì)與稀醋酸相似，高處的蠟燭后熄滅則說明CO2密度比空氣大.

6.4 幾點說明

（1）將教材中的蠟燭在燒杯內(nèi)熄滅變?yōu)樵谕饷嫦?，更能讓學(xué)生體會到CO2像水一樣具有流動性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神.

（2）用一套實驗裝置驗證了CO2的多個性質(zhì)，實驗連續(xù)性更強，更具說服力.

（3）材料易得，所選塑料瓶、棒棒冰塑料袋都是生活常見品，且這些又是塑料品，具有很好的熱塑性，便于加工.

（4）操作十分簡便，現(xiàn)象也十分明顯，實驗成功率很高[3].

7 結(jié)語

實驗是吸引學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的催化劑.以塑料礦泉水瓶為替代品來進(jìn)行對中學(xué)化學(xué)實驗改進(jìn)與創(chuàng)新，材料易得，操作也十分簡便，且裝置經(jīng)過清洗以后可以多次重復(fù)使用，使很多化學(xué)實驗變得更加形象直觀，更利于學(xué)生理解和掌握.將塑料礦泉水瓶廣泛應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)實驗，還可以大大降低實驗的成本，節(jié)約資源，拉近學(xué)生與化學(xué)之間的關(guān)系，體現(xiàn)變廢為寶理念.

參考文獻(xiàn)：

[1]王榮橋.氣球在初中化學(xué)實驗中的應(yīng)用案例[J].化學(xué)教學(xué)，2013（07）：39-40.

[2]王錦濤，洪印彬.飲料瓶在化學(xué)實驗中的利用[J].化學(xué)教學(xué)，2013（12）：46-47.

[3]陸春華.用生活用品改進(jìn)初中化學(xué)實驗[J].教育與裝備研究，2019，35（01）：46-49.

（收稿日期：2020-03-05）