借助T形三通管設(shè)計系列化學(xué)實驗

李曼曼 李德前

摘要：借助玻璃材質(zhì)的T形三通管，改進和設(shè)計了多個中學(xué)化學(xué)教科書中的實驗，如檢驗二氧化硫?qū)嶒?、檢驗火柴頭中硫元素實驗、銨鹽性質(zhì)實驗、比較蘇打與小蘇打熱穩(wěn)定性實驗、加熱銅綠實驗等。新設(shè)計的實驗，既能用作演示實驗，也能用作分組實驗，而且操作簡便、綠色環(huán)保、現(xiàn)象直觀、結(jié)論可靠。

關(guān)鍵詞：中學(xué)化學(xué); 實驗改進; T形三通管; 系列實驗

文章編號：10056629（2021）11006404

中圖分類號：G633.8

文獻標(biāo)識碼：B

T形三通管是一種結(jié)構(gòu)簡單的常規(guī)玻璃儀器，大多數(shù)化學(xué)教師用其連接實驗裝置。其實，巧妙利用不同規(guī)格的T形三通管（如圖1所示的一種），可以設(shè)計出不少的化學(xué)實驗。

1 檢驗二氧化硫?qū)嶒?/p>

現(xiàn)行上海教育出版社《義務(wù)教育教科書·化學(xué)》、江蘇教育出版社《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·實驗化學(xué)》中分別安排了檢驗二氧化硫氣體、檢驗火柴頭中硫元素實驗[1，2]（裝置如圖2所示），但有關(guān)的實驗操作比較麻煩，且實驗現(xiàn)象也不明顯。

我們借助T形三通管改進上述實驗，達到了揚長避短的效果。

1.1 實驗藥品

火柴頭，KMnO4稀溶液，NaOH溶液;1cm×9cm×18cm的T形三通管，100mL細口瓶，2000mw激光筆（網(wǎng)購），脫脂棉，紅色乳膠頭（取自膠頭滴管），玻璃棒，鑷子等

1.2 實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖3所示。

1.3 實驗步驟

（1） 準(zhǔn)備一個100mL的細口瓶，在細口瓶里注入適量（不超過其容積1/4）的KMnO4稀溶液，備用。

（2） 取一根1cm×9cm×18cm的T形三通管（管內(nèi)暫時不放入火柴頭和脫脂棉），在其兩端分別套好乳膠頭，然后將T形管的豎直支管插入細口瓶里（見圖3）。輕輕擠壓任一乳膠頭，如果KMnO4溶液里冒氣泡，則說明裝置的氣密性良好（下同）。

（3） 取下T形三通管兩端的乳膠頭，在T形管水平支管的左端放入兩?；鸩耦^，在水平支管的右端放入浸有NaOH溶液的脫脂棉，然后按圖3所示連接好實驗裝置。

（4） 打開激光筆的開關(guān)按鈕，照射玻璃管內(nèi)的火柴頭，即刻“噗”的一聲，火柴頭爆燃起來，并出現(xiàn)幾縷白煙，同時KMnO4溶液很快褪為肉色或無色[3]。上述實驗現(xiàn)象說明，火柴頭燃燒放出了二氧化硫氣體，進而可知火柴頭中含有硫元素。

（5） 交替擠壓T形三通管兩端的乳膠頭5～6次，使玻璃管內(nèi)殘留的二氧化硫氣體能被KMnO4溶液和NaOH溶液最大限度地吸收。

（6） 實驗結(jié)束，整理實驗用品，引導(dǎo)學(xué)生完成實驗報告。

1.4 幾點說明

（1） 火柴頭的選用，最好是賓館里配備的那種大頭火柴;火柴頭不宜超過2粒，以防其爆燃時沖掉乳膠頭。

（2） KMnO4稀溶液的濃度不宜過大，以免其褪色不明顯，一般在50mL水中溶解0.05g KMnO4所得溶液的濃度較為合適[4]。

（3） 實驗選用的細口瓶容積不宜過小，也不能過大，既要確保細口瓶能平穩(wěn)支撐T形三通管，又要確保豎直支管能插入溶液2cm左右，選用100mL或125mL的細口瓶為宜（該規(guī)格細口瓶的高度在10cm左右，下同）。

2 檢驗銨態(tài)氮肥實驗

現(xiàn)行上海教育出版社、北京出版社《義務(wù)教育教科書·化學(xué)》以及現(xiàn)行江蘇鳳凰教育出版社《普通高中教科書·化學(xué)》中均安排了“檢驗銨態(tài)氮肥”實驗，由于實驗是在敞口的試管或研缽中進行的，因而對環(huán)境不夠友好[5～7]。

我們借助T形三通管對上述實驗進行改進，取得了顯著的教學(xué)效果。

2.1 實驗用品

氯化銨固體，熟石灰，酚酞溶液等;1cm×9cm×18cm的T形三通管，100mL的細口瓶，150mL的小型酒精燈，紅色乳膠頭，一端剪成斜口的飲料吸管等

2.2 實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖4所示。

2.3 實驗步驟

（1） 準(zhǔn)備一個100mL的細口瓶，在其中注入適量（不超過其容積1/5）的酚酞溶液。

（2） 取一根1cm×9cm×18cm的T形三通管，借助剪成斜口的飲料吸管，將適量氯化銨與熟石灰的混合物放置在T形管水平支管的一端。

（3） 按圖4所示連接好實驗裝置，并確保裝置的氣密性良好。

（4） 點燃酒精燈，加熱白色的混合粉末，不到2min即可觀察到白色粉末逐漸減少，同時酚酞溶液變紅色，玻璃管內(nèi)壁上產(chǎn)生有較多的小水珠。上述實驗現(xiàn)象說明，銨鹽能與堿反應(yīng)放出氨氣。進而可知，不能將銨態(tài)氮肥與堿性肥料混合施用。

（5） 待銨鹽與堿的反應(yīng)結(jié)束后，交替擠壓T形管兩端的乳膠頭5～6次，使玻璃管內(nèi)殘留的氨氣能被水最大限度地吸收。

（6） 實驗結(jié)束，整理實驗用品，引導(dǎo)學(xué)生完成實驗報告。

2.4 幾點說明

（1） T形三通管屬于微型儀器，因此使用小型酒精燈加熱較為合適。如果沒有小型酒精燈，可以網(wǎng)購立式防風(fēng)打火機（火焰溫度高達1000℃、燃燒時沒有黑煙），加熱更方便。

（2） 現(xiàn)行滬教版初中化學(xué)教科書中設(shè)計的加熱碳酸氫銨實驗是在敞口蒸發(fā)皿中進行的[8]，這樣設(shè)計不夠環(huán)保。其實，利用圖4所示的改進裝置，只需更換藥品（見圖5所示裝置），就可以進行加熱銨鹽實驗（稍微加熱碳酸氫銨，即可觀察到酚酞紗布條變紅色、澄清石灰水變渾濁、玻璃管內(nèi)壁有大量小水珠，從而證明碳酸氫銨不穩(wěn)定，受熱易分解，分解產(chǎn)物是氨氣、二氧化碳和水蒸氣。從而可知，銨鹽需要密封保存在陰涼干燥處，施用時要避免受熱）。

3 比較蘇打與小蘇打的熱穩(wěn)定性

現(xiàn)行多個版本的《普通高中教科書·化學(xué)》中比較蘇打、小蘇打的熱穩(wěn)定性，大都是先后加熱兩種固體（并借助石灰水檢驗有無二氧化碳產(chǎn)生），這樣操作，實驗的對比性不強[9]。另外，很多文獻中采用“套管實驗”比較蘇打、小蘇打的熱穩(wěn)定性（裝置如圖6所示），雖然對比性強，但操作起來很麻煩[10]。

我們利用T形三通管重新設(shè)計上述實驗，提高了實驗教學(xué)的有效性。

3.1 實驗用品

蘇打，小蘇打，澄清石灰水等;1cm×9cm×18cm的T形三通管，100mL的細口瓶，150mL的小型酒精燈，紅色乳膠頭，一端剪成斜口的飲料吸管等

3.2 實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖7所示。

3.3 實驗步驟

（1） 準(zhǔn)備一個100mL的細口瓶，在其中注入適量（不超過其容積1/3）的石灰水。

（2） 取一根1cm×9cm×18cm的T形三通管，借助剪成斜口的飲料吸管，將相同質(zhì)量的蘇打、小蘇打分別放置在T形管水平支管的左、右兩端。

（3） 按圖7所示連接好實驗裝置，并確保裝置的氣密性良好。

（4） 點燃酒精燈，先加熱蘇打2～3min，觀察到白色固體沒有明顯變化，石灰水也沒有變渾濁。再加熱小蘇打2～3min，觀察到白色固體逐漸減少，石灰水明顯變渾濁，玻璃管內(nèi)壁附有較多的水珠[11]。上述實驗現(xiàn)象足以說明，在相同的條件下，蘇打受熱不易分解，小蘇打受熱易分解，且小蘇打分解的產(chǎn)物有二氧化碳氣體和水。

3.4 幾點說明

（1） 為了增強實驗的對比性，所取用的蘇打、小蘇打的質(zhì)量應(yīng)該相同，而且加熱蘇打、小蘇打的時間必須相等。

（2） 現(xiàn)行滬教版初中化學(xué)教科書中編排的加熱銅綠實驗是在敞口試管里進行的[12]，因而難以檢驗銅綠分解的氣體產(chǎn)物，這不利于學(xué)生認識堿式碳酸銅的組成和性質(zhì)。其實，仍可利用圖7所示的改進裝置，只需更換藥品（見圖8所示裝置），就可以進行加熱銅綠實驗（只要加熱銅綠十幾秒，就可以觀察到綠色粉末逐漸變?yōu)楹谏?，同時石灰水變渾濁，玻璃管內(nèi)壁上有較多的水珠，這說明銅綠不穩(wěn)定、受熱易分解，分解的產(chǎn)物有氧化銅、水和二氧化碳氣體）。

4 結(jié)束語

玻璃材質(zhì)的T型三通管是構(gòu)造簡單的微型儀器，因此用它進行化學(xué)實驗，既節(jié)約藥品，又綠色環(huán)保。不僅現(xiàn)象直觀，而且從現(xiàn)象到結(jié)論很流暢。不但豐富了實驗教學(xué)資源，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力[13]。

總之，如此簡單的儀器卻可以改進多個化學(xué)實驗，實現(xiàn)了“一管多用”，充分說明“簡約不簡單”的哲理[14]。為落實學(xué)科育人目標(biāo)，我們一線化學(xué)教師應(yīng)該不斷創(chuàng)新及改進化學(xué)實驗，從而開發(fā)出更多優(yōu)秀的實驗教學(xué)素材。

參考文獻：

[1]義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)研制組. 義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級下冊）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2015： 108.

[2]王祖浩主編. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（必修1）[M]. 南京： 江蘇教育出版社， 2014： 32～33.

[3]宋廣良， 李德前. U型管用于化學(xué)實驗的幾個案例[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2018， （2）： 68～72.

[4]王永臻， 魏海， 李德前. 檢驗二氧化硫?qū)嶒灥慕M合設(shè)計[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2019， （2）： 70～72.

[5][8][12]義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)研制組. 義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級上冊）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2015： 58～59， 20～21.

[6]宋心琦主編. 義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級下冊）[M]. 北京： 北京出版社， 2013： 81～82.

[7]王祖浩主編. 普通高中教科書·化學(xué)（必修第二冊）[M]. 南京： 江蘇鳳凰教育出版社， 2020： 45～46.

[9]王祖浩主編. 普通高中教科書·化學(xué)（必修第一冊）[M]. 南京： 江蘇鳳凰教育出版社， 2020： 72.

[10]陳立銘， 李德前. 利用長柄V型玻璃管比較碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性[J]. 化學(xué)教育， 2014， （21）： 56～57.

[11]宋廣良， 李德前， 凌一洲. 直角玻璃管和廣口瓶組合構(gòu)建的多功能實驗裝置[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2020， （3）： 68～72.

[13]李德前. 例談初中化學(xué)實驗創(chuàng)新的思維方法[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2013， （3）： 65～68.

[14]劉瑤， 李德前， 李為才. 巧用直角玻璃管改進初中化學(xué)實驗[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2019， （4）： 77～79.