固體和液體反應不需要加熱的初中化學實驗裝置的改進

王樂

摘 要：化學是一門以實驗為基礎的學科，人教版初中化學教材共涉及到制取氧氣、二氧化碳和氫氣三個重點實驗.教材提供的實驗裝置難以控制反應隨時發(fā)生和終止，利用生活中的廢棄物（塑料瓶、吸管、紗布以及細線等）制作了具有隨時發(fā)生和終止反應功能的實驗裝置.自制的創(chuàng)新實驗裝置不僅幫助學生攻克學習難點，同時培養(yǎng)學生資源重復利用的意識和創(chuàng)新實驗的能力.

關鍵詞：實驗改進;固體和液體反應;初中化學

初中化學階段共有制取氧氣（O2）、二氧化碳（CO2）和氫氣（H2）三個固體和液體反應不需要加熱的實驗，其中分解過氧化氫制氧氣是初中化學實驗室制氧氣的三個經(jīng)典實驗之一，是初中學生學習該類實驗的啟蒙實驗，同時也為學生的后期學習奠定基礎.該類實驗裝置有很多，每種裝置都有各自的優(yōu)缺點，筆者通過利用生活中的廢棄物（塑料瓶、塑料吸管、紗布以及棉線等）制作了具有隨時發(fā)生和終止反應功能的實驗裝置.下面筆者將從教材提供的固體和液體反應不需要加熱的反應裝置的缺點入手，對創(chuàng)新裝置的制作過程、優(yōu)點等方面進行詳細的分析.

一、實驗藥品及反應原理

1.實驗藥品

二氧化錳（MnO2）、過氧化氫（H2O2）、稀鹽酸（HCl）、大理石（主要成分為CaCO3）、鋅粒（Zn）

2.反應原理

二、教材中涉及到的實驗裝置及其缺點

1.實驗儀器

長頸漏斗、錐形瓶、玻璃導管、軟膠管、集氣瓶、水槽

2.實驗裝置（如圖1所示）

3.教材實驗裝置的缺點

（1）反應難以控制

一般固體和液體不需要加熱的反應會選錐形瓶和長頸漏斗作為發(fā)生裝置，在實驗開始前先加固體藥品，后加液體藥品.固、液藥品接觸后反應即開始，直到某種藥品被消耗完，反應才停止.部分教師在開展相關實驗時，會將長頸漏斗換為分液漏斗，但是分液漏斗只能控制反應速率，不能控制反應隨時開始隨時終止.

（2）藥品不便回收

做相關固體和液體不需要加熱的反應時，如果選擇粉末狀固體藥品，將會出現(xiàn)不便回收藥品和藥品浪費等現(xiàn)象.例如用二氧化錳催化過氧化氫生成氧氣的實驗中，教材中使用的粉末狀二氧化錳，粉末狀固體藥品和液體藥品混合，接觸面積大，反應速率快，反應劇烈導致過氧化氫和二氧化錳形成的O2和黑色懸濁液在錐形瓶中劇烈翻滾，不僅影響教師和學生觀察實驗現(xiàn)象，同時在實驗結束后，由于粉末狀二氧化錳顆粒非常小，不便于回收，因此會導致浪費藥品的現(xiàn)象出現(xiàn).

鑒于教材中提供的固體和液體反應不需要加熱的實驗裝置有以上缺點，筆者針對相關實驗及本校學生學情特點，對固體和液體反應不需要加熱的反應裝置做出改進.

三、固體和液體反應不需要加熱反應裝置的改進

1.實驗儀器

礦泉水瓶1個、軟膠塞（紅酒瓶塞）1個、吸管若干、紗布、細繩、塑料盒1個.

2.制作過程

（1）選取1個380mL的礦泉水瓶，去掉瓶蓋.

（2）找1個軟膠塞，并打2個孔，其孔徑分別和吸管直徑相同.

（3）剪2塊大小相同的紗布（后期可將固體藥品均勻的鋪放在2塊紗布中間），將紗布的四個角和邊緣折疊并用細繩纏繞固定，再將細繩固定在一根吸管上.

（4）分別給2支吸管一端用打火機加熱，并趁熱將2支吸管粘到一起.

（5）找一個圓柱狀帶蓋塑料盒，并將一小部分寬度和吸管直徑相同的盒蓋剪掉.

（6）將準備好的儀器組裝成實驗裝置.

3.改進裝置圖（如圖2所示）

4.實驗步驟

（1）將固體藥品固定在紗布上備用，并在塑料瓶中加入適量液體藥品.

（2）連接好裝置，檢查裝置氣密性（在裝置右邊的塑料盒中加入適量水，將吸管浸沒在水面以下，利用熱毛巾給裝置左邊的塑料瓶加熱，若看到右邊塑料盒中吸管口處有氣泡冒出，且松開手后有一段穩(wěn)定的水柱，即證明裝置氣密性良好）.

（3）檢查裝置氣密性后，倒掉裝置右邊塑料盒中的水，推動固定細繩的吸管，固體藥品和液體藥品接觸反應開始，觀察反應現(xiàn)象，并收集氣體（收集氣體時可根據(jù)不同氣體的性質選擇向上排空氣法或向下排空氣法）.

（4）反應一會兒后，抽動連接細繩的吸管，固體藥品和液體藥品脫離，反應即可停止.

5.改進實驗裝置時的注意事項

（1）在裝置改進前，需要教師做大量的前期準備工作，例如：觀察、發(fā)現(xiàn)并隨時收集生活中可用于做改進裝置的材料.

（2）改進裝置的制作過程中多次用到剪刀（或美工刀）切割塑料瓶、硬質塑料盒，切割難度較大，因此可先蓋緊塑料盒瓶蓋，利用鐵釘在瓶蓋上打出小孔，在沿著小孔進行切割.

（3）在利用打火機連接2根吸管，盡可能找人幫忙，避免燙傷手.

6.改進裝置的優(yōu)點

（1）改進實驗涉及到的實驗儀器均為可回收的塑料制品，培養(yǎng)實驗者環(huán)保意識，同時避免因不小心打碎玻璃制品的實驗儀器割傷實驗者.

（2）可在加入實驗藥品后再檢查裝置氣密性，避免檢查裝置氣密性后因再次打開儀器添加藥品導致裝置漏氣.

（3）可通過推進、抽動固定細繩的吸管達到隨時控制反應開始和終止的目的.

（4）固體藥品固定在雙層紗布中間，實驗結束后方便回收藥品，幫助實驗者養(yǎng)成良好的節(jié)約資源的意識.

（5）可根據(jù)固體藥品的形狀調節(jié)紗布大小，從而調節(jié)固體、液體藥品的接觸面接，控制反應速率，適應不同實驗的要求.化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗是學習化學的基礎和靈魂，沒有實驗就沒有化學.實驗儀器的選擇直接決定演示實驗的成功與否，從而決定實驗教學的安全性、教師的課堂教學質量和學生的學習效果.

教師自制改進實驗有利于訓練教師的專業(yè)素養(yǎng)，有利于促進教學改革，有助于提高課堂教學效率，有助于培養(yǎng)學生的發(fā)散思維和實驗創(chuàng)新能力.

參考文獻：

[1]陳開.自制“實驗室制取二氧化碳”的發(fā)生裝置[J].傳播力研究，2019，3（01）：151.

[2]鄭琳，王小玲，衷明華.實驗室中氫氣的制取與還原性實驗的改進[J].中學化學教學參考，2016（16）：50.

[3]李學軍，張慶云.實驗室制取氫氣的新方法[J].中小學教學研究，2002（01）：60-61.

[4]楊鸞芳.論氫氣的實驗室制法和性質實驗的改進[J].云南師范大學學報，2002（04）：50-52.

[責任編輯：季春陽]