“自動化煙花”科普實驗裝置的制作

萬香琴 楊宇 高和軍 廖運文

摘要：基于綠色化學(xué)與生活化學(xué)的理念，在實驗本質(zhì)不變的前提下，從安全性、觀賞性和環(huán)保的角度出發(fā)，利用實驗室常見的儀器以及生活用品、廢品為中學(xué)化學(xué)鐵燃燒實驗、焰色反應(yīng)制作“自動化煙花”科普實驗裝置。通過直觀明顯、震撼人心的現(xiàn)象，營造積極活躍的課堂氛圍，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性。

關(guān)鍵詞：鐵燃燒;科普教具;中學(xué)化學(xué);焰色反應(yīng)

文章編號：1008-0546（2022）04x-0092-02

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04x.026

一、問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，倡導(dǎo)開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力[1]。燃燒實驗在中學(xué)化學(xué)實驗中占比很大。從探究蠟燭燃燒開始，繼續(xù)探究木碳、紅磷、鐵絲、鎂條等與氧氣的反應(yīng)，再到金屬及其化合物的焰色反應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)，有許多反應(yīng)不能直接與空氣中的氧氣反應(yīng)，課堂演示實驗需要提前制備氧氣，過程略顯復(fù)雜。因此筆者針對鐵燃燒反應(yīng)和焰色反應(yīng)制作“自動化煙花”科普實驗裝置。它是基于在課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，充分利用生活中的常見物品，基于科學(xué)性、實用性、綠色化的原則，設(shè)計實驗和實踐活動，能清晰呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象[2]。

二“、自動化煙花”科普實驗裝置的制作

1.實驗儀器和藥品

鐵架臺、分液漏斗、鐵三環(huán)、塑料管、礦泉水瓶、十字夾、小風(fēng)扇、橡皮筋、易拉罐、蒸發(fā)皿、大燒杯、白色托盤、橡膠管、酒精、還原鐵粉。

2.裝置

“自動化煙花”實驗裝置見圖1?！白詣踊療熁ā睂嶒炐Ч妶D2。

3.裝置制作與實驗步驟

（1）塑料管的一端打一個孔，孔徑大小與分液漏斗尖端大小相符。

（2）礦泉水瓶蓋打洞，洞徑大小與塑料管口徑大小相符。再將礦泉水瓶從中部剪為兩部分。

（3）利用鐵三環(huán)、十字夾、橡皮筋分別將分液漏斗、塑料管、礦泉水瓶和小風(fēng)扇固定在鐵架臺上。橡膠管一端與分液漏斗尖端連接，另一端插入塑料管孔。塑料管插入礦泉水瓶蓋的洞里。塑料管坡度在30°至45°之間，保證鐵粉能夠自由滑下。

（4）在貼近鐵架臺的位置放置一個白色托盤，托盤里放置一個大燒杯，距離鐵架臺15cm左右。將易拉罐倒扣在大燒杯中，上面放置一個盛有1/3體積酒精的蒸發(fā)皿。

（5）向分液漏斗中加入鐵粉。

（6）點燃蒸發(fā)皿中的酒精，打開小風(fēng)扇，旋轉(zhuǎn)分液漏斗活塞，鐵粉從分液漏斗經(jīng)塑料管自動滑進(jìn)火焰。

4.幾點說明

（1）礦泉水瓶：聚風(fēng)。

（2）橡皮筋：固定小風(fēng)扇。

（3）橡膠管：軟管便于塑料管調(diào)整角度。

（4）大燒杯：使火焰聚集，燃燒劇烈，并減少黑色固體飛濺。

（5）易拉罐：調(diào)節(jié)蒸發(fā)皿的高度，確保鐵粉精準(zhǔn)地滑進(jìn)火焰。

（6）蒸發(fā)皿：盛酒精;廣口大，燃燒火焰旺。

（7）分液漏斗：控制反應(yīng)的開始、結(jié)束以及反應(yīng)速率。

（8）小風(fēng)扇：使鐵粉分散開，燃燒更劇烈;改變火焰形狀，煙花更美麗。

5.裝置的優(yōu)點

（1）綠色環(huán)保，貼近生活

該裝置中的礦泉水瓶、小風(fēng)扇和易拉罐等，都取于生活中常見物品、廢品，緊貼綠色化學(xué)和生活化學(xué)的理念。

（2）自動化裝置，觀賞性強利用分液漏斗、礦泉水瓶、塑料管和小風(fēng)扇簡單的組合，使鐵粉均勻自由下滑;利用實驗室常見的分液漏斗控制實驗的開始、結(jié)束和反應(yīng)速率，使實驗實現(xiàn)自動化，現(xiàn)象持久且連續(xù)，極具觀賞性。這一優(yōu)點很符合生活煙花點燃后自動燃放的特點。

（3）用途廣，科普性強組裝好裝置，將鐵粉、鈉鹽和鐵粉混合物、銅鹽和鐵粉混合物、鍶鹽和鐵粉混合物等按順序加入分液漏斗，點燃酒精，旋轉(zhuǎn)分液漏斗活塞，鐵粉和金屬鹽粉末滑向火焰。實驗過程中火星四射，火焰依次出現(xiàn)黃色、綠色、紅色等現(xiàn)象，像煙花綻放般燦爛絢麗。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)階段可以開拓學(xué)生眼界，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，是一個很好的興趣啟蒙教具和科普教具。

三、總結(jié)與反思

該裝置適用于教師演示實驗以及科普實驗。給學(xué)生講解鐵燃燒實驗的同時，普及焰色反應(yīng)實驗，給學(xué)生貫徹學(xué)以致用的理念。

實驗裝置的制作和改進(jìn)須基于實驗本質(zhì)不變的原則和前提。這是一個循序漸進(jìn)、充滿意外驚喜的過程，在不斷嘗試中可能會有不一樣的發(fā)現(xiàn)。最開始使用漏斗、橡膠管、長尾夾的組合來控制反應(yīng)的開始、結(jié)束以及反應(yīng)速率，使用過程中發(fā)現(xiàn)長尾夾開關(guān)不是很方便，忽而想到分液漏斗與其功能相似，經(jīng)過嘗試后，發(fā)現(xiàn)可行。于是換為分液漏斗與橡膠管的組合，橡膠管的作用從而變?yōu)檎{(diào)節(jié)塑料管的角度。實驗裝置的制作和改進(jìn)過程中，從目的出發(fā)，謹(jǐn)記基本理念，緊抓實驗本質(zhì)，自然而然會有好的想法可以實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]田琪.一種可進(jìn)行多項實驗革新的簡易實驗裝置[J].化學(xué)教與學(xué)，2021（09）：90-91，21.