介紹一種多功能化學(xué)反應(yīng)演示儀

劉信友

摘要：針對人教版化學(xué)（九年級上冊）“氨分子擴散”、“測定空氣中氧氣含量”、“硫在氧氣中燃燒”、“白磷在水下燃燒”等實驗會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，對人體有危害等缺點，設(shè)計制作了多功能化學(xué)反應(yīng)演示儀。使用該演示儀，反應(yīng)能在密閉容器中快速進行，并用水吸收生成的有毒產(chǎn)物；可反復(fù)多次觀察物質(zhì)燃燒現(xiàn)象；彌補教材理論講解的不足。實驗兼具簡約性、安全性、環(huán)保性、可操作性及趣味性。

關(guān)鍵詞：化學(xué)反應(yīng)演示儀；多功能；自制教具；實驗改進

文章編號：1005-6629（2015）12-0062-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

人教版化學(xué)（九年級上冊）中“氨分子擴散”、“測定空氣中氧氣含量”、“硫在氧氣中燃燒實驗”、“白磷在水下燃燒”等實驗會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，對人體有—定危害；這些實驗有的方案現(xiàn)象均不明顯，效果也不佳。筆者以“白磷在水下燃燒實驗”為題，在互聯(lián)網(wǎng)上檢索到許多學(xué)術(shù)論文，諸文中的裝置設(shè)計都實現(xiàn)了可燃物在密閉的裝置中燃燒，取得了較好的實驗效果，細細品味后讓筆者受益匪淺，感觸頗深。但筆者認為文中裝置還有值得研究和改進的地方，在此展示一例筆者制作的多功能化學(xué)反應(yīng)演示儀，以饗讀者。

1 教具裝置的制作

1.1制作材料

塑料杯（Φ60×200ram），金屬管1個（Φ5×10mm），帶小孔圓形不銹鋼金屬片（Φ59mm），塑料滴管，帶孔塑料罩（Φ58mm），塑料蓋（與塑料杯配套），銅絲（1根），單孔橡皮塞（0號1個），氣球（1個），玻璃管（5cm 1根），乳膠管（2cm 1根）

1.2 制作方法

首先取一塊薄不銹鋼金屬片用剪刀剪成Φ59mm的圓形不銹鋼金屬片，以圓形不銹鋼金屬片中點為圓心，分別畫四個圓弧，半徑分別為29mm、20mm、11mm、9mm，在每個圓弧上均勻打上小孔（最好用小米釘打孔），使圓形不銹鋼金屬片上的小孔分布均勻；其次用薄膠墊（或螺絲釘）把圓形不銹鋼金屬片的邊緣固定，放入塑料杯內(nèi)（大約距杯口1/3處），一定要裝緊（關(guān)鍵）。最后在塑料杯底部中央打孔（Φ5mm），把金屬管（Φ5×10mm）的一端伸入杯底小孔并用玻璃膠粘緊；杯口放一個可移動的帶孔塑料罩（Φ58mm）。設(shè)計的教具裝置如圖1所示：

該裝置的設(shè)計理念是使反應(yīng)在密閉容器中進行，關(guān)鍵點是帶孔不銹鋼金屬片的固定，該裝置可用于固體與氣體反應(yīng)，特別是化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)（煙、霧）有較好的密閉效果。

2 教材傳統(tǒng)實驗與多功能演示儀的演示實驗對比

2.1 教材傳統(tǒng)實驗設(shè)計

實驗1氨分子的擴散現(xiàn)象

人教版化學(xué)（九年級下冊）教科書中“氨分子的擴散現(xiàn)象”實驗設(shè)計：①分別聞氨水和酚酞溶液的氣味。②向盛有濃氨水的試管中滴加無色的酚酞試液。將燒杯中的酚酞溶液分別倒入A、B兩個小燒杯中，另取一個小燒杯C，加入約5mL濃氨水，用一個大燒杯罩住A、C兩個燒杯，燒杯B置于大燒杯外，如圖3所示，觀察有什么現(xiàn)象發(fā)生？這現(xiàn)象說明了什么（課本裝置圖如圖2和圖3所示）？

實驗缺點：①濃氨水揮發(fā)的氨氣分子（特別是移開大燒杯時），大量氨氣迅速擴散，對人體危害極大。②未體現(xiàn)氨分子由近及遠的擴散過程。

實驗2測定空氣中氧氣的含量

人教版化學(xué)（九年級上冊）第27頁實驗2-1，操作是在集氣瓶內(nèi)加少量水，并記上記號，用彈簧夾夾緊乳膠管，點燃燃燒匙內(nèi)的紅磷，立即伸入瓶中塞緊塞子，觀察實驗現(xiàn)象，待紅磷熄滅后并冷卻，打開彈簧夾，觀察實驗現(xiàn)象及水面變化情況（課本裝置圖如圖4所示）。

實驗現(xiàn)象：紅磷在集氣瓶內(nèi)燃燒有大量白煙生成，冷卻后可觀察到水沿導(dǎo)管流入集氣瓶中，并不斷上升。

實驗缺點：①多次在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，實驗結(jié)果的準確性存在很大的差異。②磷在空氣中燃燒時生成的白煙有污染，實驗開始時有少量白煙從瓶口逸出，對師生的身體健康有影響。

實驗3 硫在氧氣里燃燒

人教版化學(xué)（九年級上冊）“硫在氧氣里燃燒”為什么集氣瓶底要留少量水？（溶解吸收生成的二氧化硫，防止二氧化硫逸出污染環(huán)境。此實驗也可在通風櫥中進行）課本裝置圖如圖5所示。

實驗缺點：硫在空氣中點燃后由集氣瓶口伸入底部，此時有大量刺激性氣味的氣體從瓶口逸出，對師生的身體健康有影響。

實驗4白磷在水下燃燒實驗

人教版化學(xué)（九年級上冊）第124頁實驗7-1，白磷在水下燃燒的實驗，該實驗的裝置如圖6所示。

這個實驗雖然用了硬紙圈圈住白磷，但在實際教學(xué)的過程中，發(fā)現(xiàn)教材實驗存在以下缺陷：①硬紙圈在熱水中會打濕、變軟。②在導(dǎo)氣管口的氧氣與白磷接觸時，白磷在水里亂竄，生成的產(chǎn)物污染環(huán)境。

2.2 用“多功能演示儀”演示實驗、操作步驟及現(xiàn)象

2.2.1 氨分子的擴散實驗

實驗操作步驟：首先取三根藥棉簽，用剪刀剪去另一端使其變?yōu)楦叨炔煌娜幟藓灒渲袃筛幟拚捶犹芤海硪桓幟拚此謩e插入自制的塑料網(wǎng)罩上，并用瓶蓋擰緊；其次用塑料滴管吸取濃氨水放入金屬管內(nèi)（如圖8中I所示）。

實驗現(xiàn)象：沾有酚酞溶液的兩根藥棉依次變紅（且顏色逐漸加深），沾有水的藥棉無變化（如圖8中的I-Ⅱ-Ⅲ所示）。

2.2.2 空氣中氧氣的含量測定實驗

嵌有銅絲的玻璃棒的制作：取一根銅絲，用嵌子剪斷；用酒精噴燈將玻璃棒的一端加熱，使其變軟，將銅絲一端朝外鑲嵌在玻璃棒內(nèi)（如圖9所示）。

實驗操作步驟：首先用裝置取滿水倒入500mL量筒內(nèi)，記錄裝置中空氣的體積（等于量筒盛水的體積）為330mL；其次取過量的白磷從金屬管的正上方放入帶孔不銹鋼金屬片上；把銅絲的一端放在酒精燈上灼燒，從圖1金屬管上方迅速插入，引燃白磷，等裝置冷卻后放入水槽內(nèi)，打開塑料蓋，水從帶孔塑料罩處進入，記錄進入裝置內(nèi)水的體積為65mL；最后計算氧氣的體積分數(shù)為：65/330≈19.7%。

2.2.3 硫在氧氣中的燃燒性質(zhì)實驗

可滑動的燃燒匙制作：取一個0號橡皮塞，在孔內(nèi)裝入長10cm的玻璃棒，在橡皮塞大頭端的玻璃棒上裝上3cm長的乳膠管，在鑲嵌有銅絲的玻璃棒一端自制小燃燒匙，鑲嵌有銅絲的玻璃棒表面涂上凡士林，從橡膠塞的小頭端插入（如圖10所示）。

操作及現(xiàn)象：在可滑動的燃燒匙內(nèi)裝入少量的硫，點燃后從圖1裝置中金屬管上方伸入。由于硫燃燒消耗裝置中的氧氣，瓶內(nèi)壓強減小，大氣壓把燃燒匙從裝置上部緩慢壓入底部，反應(yīng)現(xiàn)象非常明顯，又在密閉容器中進行，非常有趣。

2.2.4 白磷水下燃燒實驗

實驗操作步驟：在塑料杯的下方放上火柴頭大小的白磷，塞緊橡膠塞，從塑料杯的上方內(nèi)壁倒入50℃左右的熱水（水量大約是塑料杯的總體積1/3）；然后用向上排空氣法收集氧氣，塑料杯的上方用塑料蓋立即塞緊，如圖11 Ⅰ所示。

實驗現(xiàn)象：此時，水下方的白磷不燃燒。在做實驗時，把裝置倒立過來，迅速用帶有氣球單孔橡皮塞塞緊金屬管，水由于重力的作用從圓形不銹鋼金屬片上的小孔流下，氧氣自下而上流動，白磷在不銹鋼金屬片上燃燒，實驗現(xiàn)象十分明顯和有趣（可反復(fù)操作），如圖11中的Ⅱ所示。

3 演示儀的優(yōu)點和用途

（1）裝置設(shè)計體現(xiàn)了簡約性——材料廉價、易于加工、使用安全、操作簡單，課堂上學(xué)生可親自動手完成，耗時少。

（2）環(huán)保性——反應(yīng)在密閉容器中進行，生成的有毒物質(zhì)或氣體可被水吸收，有效避免了生成物的污染。

（3）趣味性——整個實驗具有觀賞性和趣味性。

（4）通過該裝置演示“白磷在水下燃燒”實驗，不僅能使學(xué)生對燃燒條件有更深刻的理解，還能使學(xué)生對水滅火有更深刻的認識。實驗現(xiàn)象明顯且具有趣味性，可以彌補教材上理論講解的不足。

（5）用該裝置來演示“空氣中氧氣的含量測定”實驗，除環(huán)保和實驗現(xiàn)象明顯外，數(shù)據(jù)更為精確。

綜上所述，實驗裝置是實驗的重要組成部分，從演示實驗反應(yīng)裝置的簡約性、綠色化、安全性等角度出發(fā)，設(shè)計安全、綠色、簡約的實驗裝置來提高演示實驗的質(zhì)量是實驗設(shè)計的重要內(nèi)容。對原有的實驗裝置的改進或?qū)嶒炑b置的設(shè)計可喚醒學(xué)生的創(chuàng)新意識，也是提高教師的創(chuàng)新能力和教學(xué)水平的有效途徑。