注射器和西林瓶在中學(xué)化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

王丹綿

【摘要】實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)課程中最能體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的部分，其教育功能不容忽視。其中微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的試劑用量少，對(duì)環(huán)境污染較小，對(duì)開(kāi)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)有較積極的促進(jìn)作用。本文以注射器、西林瓶為實(shí)驗(yàn)器材，介紹銅與稀硝酸反應(yīng)、有毒氣體（SO₂、Cl₂、H₂S）制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、NH₃噴泉實(shí)驗(yàn)，與常規(guī)演示實(shí)驗(yàn)相比，這些微型實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效率，提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和環(huán)保意識(shí)。

【關(guān)鍵詞】微型實(shí)驗(yàn);注射器;西林瓶;綠色環(huán)保

一、以注射器、西林瓶為器材微型實(shí)驗(yàn)概述

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作方法、明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)化學(xué)。然而在教學(xué)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀并不樂(lè)觀，由于經(jīng)費(fèi)、課時(shí)有限等，常以教師演示實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生較少機(jī)會(huì)參與到實(shí)驗(yàn)操作，更難有機(jī)會(huì)進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果大打折扣，學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)無(wú)法真正落地。積極進(jìn)行教學(xué)優(yōu)化顯得很有必要，為了更好進(jìn)行優(yōu)化，微型實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用具備著一定的優(yōu)勢(shì)。

注射器、西林瓶是化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)較為常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)器材，注射器具有密封性好，操作方便，易控制氣和液體流速、便于計(jì)量等優(yōu)點(diǎn)，可利用注射器作為固一液反應(yīng)容器，探究有毒氣體制備、性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)氣體無(wú)害化處理。西林瓶常用規(guī)格為10ml，在化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)中用途很廣，可用做反應(yīng)容器，所需試劑用量較小，耐熱性好，可以直接加熱。簡(jiǎn)化的實(shí)驗(yàn)裝置，方便教師和學(xué)生進(jìn)行操作，較少試劑量能有效節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，達(dá)到教學(xué)目的的同時(shí)，具有省時(shí)、提高課堂效率的特點(diǎn)。化學(xué)藥品用量小還可以降低化學(xué)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性，便于學(xué)生更安全進(jìn)行地實(shí)驗(yàn)和觀察，實(shí)際用量和常規(guī)實(shí)驗(yàn)相比可以節(jié)約90%以上，具有綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

二、注射器、西林瓶應(yīng)用案例

1.銅與稀硝酸反應(yīng)微型實(shí)驗(yàn)

如圖1所示，實(shí)驗(yàn)裝置是注射器和西林瓶，在西林瓶中注入稀硝酸，加入少量銅片，在酒精燈上微熱一下，蓋緊橡膠蓋，再用注射器刺入西林瓶中，可以看到銅絲與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)色氣泡，產(chǎn)生的氣體推動(dòng)注射器活塞向外移動(dòng)，能夠清楚地看到NO是一種無(wú)色且難溶于水的氣體。收集一定量氣體后，抽出注射器，向外拉動(dòng)注射器活塞，使空氣進(jìn)入到注射器中，可以看到注射器中氣體變?yōu)榧t棕色。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將氣體注入適量的NaOH溶液即可除去NO₂有毒氣體。

本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)有以下優(yōu)點(diǎn)：1.鮮明性，銅與稀硝酸反應(yīng)過(guò)程中，NO和NO₂相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中氣體顏色變化一目了然，便于學(xué)生通過(guò)顏色變化分析反應(yīng)原理;2.裝置簡(jiǎn)單，僅用注射器、西林瓶即可進(jìn)行反應(yīng)和性質(zhì)實(shí)驗(yàn);3.綠色化，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氣體少，實(shí)驗(yàn)結(jié)束加入堿性物質(zhì)以除去尾氣，體現(xiàn)綠色環(huán)保理念。

2.有毒氣體SO₂、Cl₂、H₂S制備與性質(zhì)微型實(shí)驗(yàn)

SO2是有毒氣體，可以利用注射器完成SO₂的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。先在西林瓶?jī)?nèi)放入Na₂SO₃固體，注入少量稀硫酸，可以看到西林瓶?jī)?nèi)反應(yīng)劇烈，蓋緊橡膠塞，再插入注射器，生成的氣體將注射器活塞慢慢向外推出。在另外四個(gè)西林瓶中分別注入品紅溶液、紫色石蕊溶液、酸性KMnO₄溶液、Na₂S溶液，蓋緊橡膠蓋，通過(guò)注射器針尖向西林瓶中分別注入SO₂氣體，結(jié)果可以看到品紅溶液褪色（稍加熱可以看到溶液恢復(fù)紅色，冷卻后溶液又褪色），紫色石蕊溶液變紅，酸性KMnO₄溶液，Na₂S溶液出現(xiàn)黃色渾濁。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，向西林瓶中注入NaOH溶液除去SO₂。

Cl₂是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中劇毒氣體之一，用MnO₂和濃鹽酸共熱制取并進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜，不利于開(kāi)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)，且具有一定的不安全因素。改用注射器、西林瓶材料，我們就可以很容易進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)，裝置簡(jiǎn)單，安全可靠。首先在西林瓶中加入少量KMnO₄固體，注入少量濃鹽酸，馬上可以觀察到有黃綠色氣體生成，蓋緊橡膠塞，再插入注射器，生成的氣體將注射器活塞慢慢向外推出。在三個(gè)西林瓶中分別注入紫色石蕊溶液、干燥的有色布條、濕潤(rùn)的有色布條，蓋緊橡膠蓋。通過(guò)注射器針尖向西林瓶中分別注入Cl₂，紫色石蕊溶液先變紅再慢慢褪色，干燥的有色布條無(wú)明顯現(xiàn)象，濕潤(rùn)的有色布條褪色。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后向西林瓶中注入NaOH溶液除去Cl₂。

H₂S是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中劇毒氣體之一，利用注射器、西林瓶也可以完成H₂S的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。預(yù)先在西林瓶?jī)?nèi)放入適量FeS固體，注入少量稀硫酸，蓋緊橡膠塞，插入注射器。這時(shí)H₂S氣體進(jìn)入注射器內(nèi)。在另外兩個(gè)西林瓶中分別注入紫色石蕊溶液、硫酸銅溶液，蓋緊橡膠蓋。通過(guò)注射器針尖向西林瓶中分別注入H₂S，觀察西林瓶中的現(xiàn)象，可以看到紫色石蕊溶液變紅，硫酸銅溶液中有黑色沉淀生成。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后向西林瓶中注入NaOH溶液除去H₂S。

由于教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)具有藥品用量大、成本較高、廢棄物多、污染嚴(yán)重等問(wèn)題，妨礙了該實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的開(kāi)展。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)認(rèn)為用的藥品越多，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象越好，造成藥品的巨大浪費(fèi)。對(duì)此，采用微型實(shí)驗(yàn)裝置，可以節(jié)約藥品，大大減少有毒氣體實(shí)驗(yàn)的污染，保護(hù)環(huán)境，降低危險(xiǎn)。通過(guò)微型實(shí)驗(yàn)，將綠色化學(xué)的理念融入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。通過(guò)學(xué)生對(duì)綠色化學(xué)理念的理解和應(yīng)用，不斷制造實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方面的創(chuàng)新點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)科學(xué)探究精神與創(chuàng)新意識(shí)等核心素養(yǎng)。

3. NH₃噴泉實(shí)驗(yàn)

往干燥的西林瓶中充入NH₃，充滿(mǎn)后蓋緊橡膠蓋，注射器吸滿(mǎn)滴有酚酞的水溶液，針頭刺入西林瓶膠塞，如圖3所示，小心推動(dòng)活塞，使少量溶液射入瓶?jī)?nèi)，注射器活塞便自動(dòng)向上推進(jìn)，形成紅色噴泉。若想終止噴泉，只需控制活塞，松開(kāi)后，又可以出現(xiàn)噴泉，可重復(fù)多次。

該實(shí)驗(yàn)過(guò)程耗時(shí)短，操作方便，利用壓強(qiáng)變化形成噴泉來(lái)吸引學(xué)生，加深學(xué)生對(duì)噴泉實(shí)驗(yàn)原理的理解，還可以將該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成HCl、SO₂、CO₂等氣體噴泉。

三、總結(jié)與反思

注射器、西林瓶是較好的微型實(shí)驗(yàn)儀器，具有節(jié)約試劑、污染較少、操作簡(jiǎn)單且耗時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)。合理選擇微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)生的隨堂實(shí)驗(yàn)，可以增加學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，提高學(xué)生的動(dòng)手、觀察能力，微型實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)綠色化學(xué)理念，有利于培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)。不限于注射器、西林瓶，學(xué)生可以尋找其它微型實(shí)驗(yàn)儀器代替，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)其創(chuàng)造性思維。

微型實(shí)驗(yàn)雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但并不是所有的實(shí)驗(yàn)都可用微型實(shí)驗(yàn)代替。在教學(xué)中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、目的、現(xiàn)象和要求等進(jìn)行選擇，如，由教材中操作復(fù)雜的、污染較大的、有毒氣體的常規(guī)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)，可從實(shí)驗(yàn)思路、儀器、試劑用量、反應(yīng)條件等進(jìn)行考慮，得出最佳方案后，再動(dòng)手完成微型實(shí)驗(yàn)。常規(guī)實(shí)驗(yàn)和微型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

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責(zé)任編輯? 楊? 杰