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    高中化學(xué)氯氣相關(guān)實(shí)驗(yàn)的綠色化改進(jìn)

    2020-07-14 18:14:58糜蘭
    關(guān)鍵詞:試紙氯氣磁鐵

    糜蘭

    摘要:“綠色化學(xué)”理念,倡導(dǎo)用化學(xué)的技術(shù)和方法減少或停止那些對(duì)人類健康、社會(huì)安全、生態(tài)環(huán)境有害的試劑的使用與產(chǎn)生。而綠色化改進(jìn),是指基于“綠色化學(xué)”理念,對(duì)常規(guī)的教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)氯氣相關(guān)實(shí)驗(yàn)加以綠色化改進(jìn),以體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)有之義,彰顯實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值,幫助學(xué)生綜合理解學(xué)科知識(shí),鍛煉動(dòng)手操作和實(shí)驗(yàn)探究能力,培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

    關(guān)鍵詞:綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)氯氣的性質(zhì)

    “綠色化學(xué)”理念,倡導(dǎo)用化學(xué)的技術(shù)和方法減少或停止那些對(duì)人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用與產(chǎn)生。而綠色化改進(jìn),是指基于“綠色化學(xué)”理念,對(duì)常規(guī)的教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

    氯氣是高中化學(xué)常見且重要的氣體,具有較強(qiáng)的毒性。因此,部分教師會(huì)選擇播放視頻替代動(dòng)手實(shí)驗(yàn)進(jìn)行氯氣相關(guān)知識(shí)的教學(xué)。這顯然失去了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)有之義。因此,筆者嘗試對(duì)氯氣相關(guān)實(shí)驗(yàn)加以綠色化改進(jìn),以下為具體的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)、制作和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)施。

    一、實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

    (一)整體示意圖

    改進(jìn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置前視圖、后視圖分別如下頁圖1、圖2所示。

    (二)各部分功能

    1.總支架:整合、固定裝置的各個(gè)部分。

    2.藥劑盒:藥劑盒A用偏心軸固定,在盒子的側(cè)面開一小口,以便藥品倒出;反應(yīng)前,藥劑盒A用可活動(dòng)的鉤架A托住,保持水平位置;需要反應(yīng)時(shí),在瓶外用磁鐵吸引瓶內(nèi)的磁鐵,使鉤架A受磁鐵吸力作用移動(dòng)偏離,藥劑盒A受重力作用繞偏心軸向下轉(zhuǎn)動(dòng)翻倒,將其中的藥品傾倒入藥劑盒B中,反應(yīng)由此開始。

    3.前、后托盤:在總支架面板的正面和背面分別裝有前、后托盤,用于放置試紙、花瓣等與氯氣作用的物質(zhì);托盤底部開孔,便于氯氣流通。

    4.吸收盒:氣體吸收盒內(nèi)裝入吸收尾氣的試劑,反應(yīng)前,盒蓋處于關(guān)閉狀態(tài);實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,用磁鐵吸引壓住盒蓋的鉤架B,使鉤架B偏離,盒蓋在橡皮筋的拉力作用下被打開,開始吸收尾氣。

    二、實(shí)驗(yàn)裝置制作

    (一)制作材料和工具

    透明廣口塑料或玻璃瓶一只(大一點(diǎn)的較好),2 mm厚亞克力板一塊,直徑25 mm、30 mm藥瓶蓋各一個(gè),直徑約4 mm吸管一根,3 mm×50 mm鍍鋅螺絲4根,3 mm螺帽10個(gè),磁鐵2塊,截面積1 mm2的塑料銅芯線50 cm,膠水,直尺,鋸子,手槍鉆,3.2 mm鉆頭,銼刀,砂紙等。

    (二)制作過程

    1.制作總支架:根據(jù)透明廣口瓶的直徑和深度確定總支架的寬和高,然后用亞克力板裁剪一塊長方形平板,在板上恰當(dāng)位置鉆孔(如圖3),再裁剪一塊圓形平板,作為底板,與總支架垂直放置并用膠水黏合。

    2.制作藥劑盒及偏心軸:在25 mm藥瓶蓋側(cè)面開一小口制成藥劑盒A;截取約2.5 cm的吸管,用膠水粘在藥劑盒底部偏離圓心約12半徑的位置,制成偏心軸(如圖4)。

    3.制作吸收盒:用亞克力板制作一個(gè)有蓋、可開合的長方形盒子,盒蓋后端用橡皮筋拉緊(如圖5),使之平時(shí)為打開狀態(tài)。

    4.用亞克力板裁剪、鉆孔制成前、后托盤,固定在總支架上(如下頁圖6)。

    5.將4根長螺絲用螺帽緊固(其中2根螺絲分別穿過吸管與吸收盒)于總支架上(如下頁圖6)。

    6.將兩個(gè)鉤架用塑料電線纏繞在螺絲上(注意不要太緊,螺圈要可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)),根據(jù)藥劑盒和吸收盒的實(shí)際位置彎曲鉤架(如下頁圖6)。

    7.將兩塊磁鐵用膠水粘在鉤架上(注意磁鐵極性的相對(duì)位置)。

    8.將整個(gè)裝置裝于透廣口瓶中,蓋上瓶蓋。

    9.在瓶外用磁鐵吸引瓶內(nèi)的磁鐵,觀察藥劑盒A能否按照要求翻轉(zhuǎn),吸收盒能否順暢打開、關(guān)閉,調(diào)試完善。

    制作好的實(shí)驗(yàn)裝置正面和背面分別如圖7、圖8所示。需要說明的是,這一裝置還可以用于其他氣體(如氨氣、二氧化硫等)的制取和性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)。

    三、實(shí)驗(yàn)實(shí)施

    (一)實(shí)驗(yàn)用品

    由于實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了封閉式一體化改進(jìn),不適宜直接加熱,因此,選擇其他試劑(高錳酸鉀固體、1 mol/L稀鹽酸)來代替教材實(shí)驗(yàn)試劑(二氧化錳固體、濃鹽酸)。其他需要準(zhǔn)備的用品有濃氧氧化鈉溶液、棉花、淀粉碘化鉀試紙、藍(lán)色石蕊試紙、干燥的花瓣等。

    (二)實(shí)驗(yàn)步驟

    1.將蘸有濃氫氧化鈉溶液的棉花放置在吸收盒內(nèi),蓋上盒蓋后用鉤架B壓住頂部。

    2.將一張淀粉碘化鉀試紙、一張藍(lán)色石蕊試紙、一片花瓣用蒸餾水蘸濕;將干燥的試紙、花瓣放置于同一托盤上,濕潤的試紙、花瓣放置于另一托盤上,要適度分開,不能接觸。

    3.在藥劑盒A中加入約2 g的高錳酸鉀固體,在藥劑盒B中注入約2 mL的1 mol/L稀鹽酸;用鉤架A鉤住藥劑盒A,使之保持水平位置。

    4.把總支架豎直放入透明廣口瓶中,調(diào)整好位置,擰緊瓶蓋,保持反應(yīng)容器密閉。

    5.在瓶外用磁鐵靠近、吸引鉤架A上的磁鐵,使高錳酸鉀固體進(jìn)入藥劑盒B中,開始反應(yīng)。

    6.觀察瓶內(nèi)氯氣的顏色,比較花瓣顏色和試紙顏色的變化,記錄觀察到的現(xiàn)象。

    7.在瓶外用磁鐵靠近、吸引鉤架B上的磁鐵,打開吸收盒,吸收尾氣。

    上述綠色化實(shí)驗(yàn)改進(jìn),融合了氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法、氯氣的吸收(即氯氣與氫氧化鈉溶液反應(yīng))、氯氣的漂白性和氧化性等諸多知識(shí),彰顯了實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值,有助于學(xué)生綜合理解學(xué)科知識(shí),鍛煉動(dòng)手操作和實(shí)驗(yàn)探究能力,培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 蔡亞萍.中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)論[M].杭州:浙江教育出版社,2005.

    [2] 楊玉琴,謝丹敏,吳振華.基于綠色化學(xué)理念的人教版新教材實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué),2006(10).

    [3] 樊彥伶.高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)綠色化的研究[D].桂林:廣西師范大學(xué),2010.

    [4] 景均.氯氣性質(zhì)微型實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2012(6).

    [5] 梁春妹.高中綠色化學(xué)教學(xué)策略研究[D].桂林:廣西師范大學(xué),2012.

    [6] 張勝林.例談化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究點(diǎn)的創(chuàng)設(shè)與優(yōu)化[J].化學(xué)教學(xué),2012(10).

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