智改實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)現(xiàn)六個(gè)優(yōu)化

王媛

摘要：針對(duì)某些實(shí)驗(yàn)存在的裝置不環(huán)保、現(xiàn)象不明顯、數(shù)據(jù)不精確、儀器不能用等問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，使尾氣處理裝置、氣體發(fā)生裝置、實(shí)驗(yàn)常規(guī)裝置、實(shí)驗(yàn)緩沖裝置、實(shí)驗(yàn)平衡裝置、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證裝置等實(shí)現(xiàn)了節(jié)能化、綠色化、替代化、精準(zhǔn)化、生活化、一體化等六個(gè)優(yōu)化，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，提高了學(xué)生探究創(chuàng)新的能力。

關(guān)鍵詞：尾氣處理裝置；氣體發(fā)生裝置；實(shí)驗(yàn)緩沖裝置；實(shí)驗(yàn)平衡裝置；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證裝置

文章編號(hào)：1005–6629（2017）5–0078–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于幫助學(xué)生理解鞏固化學(xué)知識(shí)、形成化學(xué)概念、獲得實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)實(shí)事求是的態(tài)度和科學(xué)方法具有不可替代的作用。日常教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和組裝是一個(gè)不斷改進(jìn)、逐步完善的過(guò)程，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的操作繁瑣、儀器短缺、現(xiàn)象模糊、數(shù)據(jù)粗略等問(wèn)題巧妙改進(jìn)，不僅解決了原有實(shí)驗(yàn)裝置欠缺之處，而且能使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更清晰、實(shí)驗(yàn)理念更環(huán)保、實(shí)驗(yàn)效果更明顯、實(shí)驗(yàn)操作更連貫。對(duì)啟迪學(xué)生心智、開(kāi)拓學(xué)生思維、發(fā)展學(xué)生智力、培養(yǎng)學(xué)生能力有極為重要的作用。

1 改進(jìn)尾氣處理裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)節(jié)能化

工業(yè)煉鐵的原理是利用氧化鐵和一氧化碳在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成金屬鐵和二氧化碳。教材中采用如圖1所示裝置探究一氧化碳還原氧化鐵的反應(yīng)。

該裝置中試管內(nèi)的澄清石灰水既可用于檢驗(yàn)反應(yīng)中產(chǎn)生的二氧化碳，又可除去一氧化碳中混有的二氧化碳。為了防止尾氣中的一氧化碳污染環(huán)境，該實(shí)驗(yàn)采用燃燒的方法，將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳。將一氧化碳點(diǎn)燃白白燃燒掉有些可惜，其實(shí)廢氣中的一氧化碳可以進(jìn)行收集再利用，為此我們將改進(jìn)尾氣處理裝置，變?nèi)紵龤怏w為儲(chǔ)存氣體。即在廣口瓶?jī)?nèi)裝滿澄清石灰水，外接一個(gè)空燒杯。這樣，既達(dá)到檢驗(yàn)產(chǎn)生的二氧化碳，又除去尾氣中混有的二氧化碳，還可以通過(guò)排水集氣法收集一氧化碳的目的。改進(jìn)裝置如圖2所示。

通過(guò)這樣的改進(jìn)，既能夠?qū)崿F(xiàn)原來(lái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模质占搅耸Ｓ嗟囊谎趸迹┮院髮?shí)驗(yàn)使用，體現(xiàn)了節(jié)約資源、變廢為寶的綠色環(huán)保理念。

2 改進(jìn)氣體發(fā)生裝置，實(shí)現(xiàn)儀器替代化

實(shí)驗(yàn)室用過(guò)氧化氫溶液和二氧化錳的混合物制取氧氣，一般利用分液漏斗（或長(zhǎng)頸漏斗）以隨時(shí)添加液體藥品，使反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行，如圖3所示[1]。

實(shí)驗(yàn)室中分液漏斗（或長(zhǎng)頸漏斗）數(shù)量有限。能否利用實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的儀器，使用普通漏斗代替長(zhǎng)頸漏斗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，解決儀器不足的問(wèn)題呢？大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為，這需要太多的過(guò)氧化氫溶液才能淹沒(méi)漏斗的下管口，從而起到液封的作用。其實(shí)，若選用一個(gè)容量較小的儀器（如小試管等）放到漏斗的下端管口處，如圖4所示。這樣，既解決了液封的問(wèn)題，又減少了過(guò)氧化氫溶液的用量，解決了實(shí)驗(yàn)儀器不足的問(wèn)題，化解了實(shí)驗(yàn)中遇到的困難。

3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)常規(guī)裝置，實(shí)現(xiàn)環(huán)保綠色化

分子是構(gòu)成物質(zhì)的一種基本粒子。為了探究分子具有不斷運(yùn)動(dòng)的特性，初中化學(xué)教材[2]利用圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究氨分子具有不斷運(yùn)動(dòng)的特性。但由于濃氨水具有揮發(fā)性，該裝置密封性差，氨氣逸出到空氣中，使學(xué)生聞到刺激性的氨味，造成了對(duì)環(huán)境的污染。為此，我們對(duì)教材實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，利用圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：固體氫氧化鈉溶解時(shí)放出熱量，加快氨分子的運(yùn)動(dòng)速率，支管口連接氣球，整個(gè)體系處于密封狀態(tài)，結(jié)果不再聞到刺激性的氨味，并且很快觀察到濕潤(rùn)的酚酞濾紙條變紅等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，由此得出分子不斷運(yùn)動(dòng)的結(jié)論。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置濃氨水用量大大減少且在密封體系中進(jìn)行，既做到了現(xiàn)象明顯、趣味性強(qiáng)，又避免了對(duì)環(huán)境的污染，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的綠色化、實(shí)驗(yàn)藥品的節(jié)約化以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的直觀化。如果沒(méi)有現(xiàn)成的管壁有口的破損試管，我們也可以用U型管對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的裝置如圖7所示，能夠得到與圖6相同的實(shí)驗(yàn)效果[3]。

4 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)緩沖裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化

測(cè)定空氣中氧氣含量的方法有多種、裝置有多樣。魯教版初中化學(xué)教材曾用注射器、具支試管等形成密閉體系，測(cè)定密封空氣中氧氣的含量，如圖8所示[4]。這樣的設(shè)計(jì)，氣球位于具支試管的一側(cè)，推拉注射器時(shí)，氣體不夠流暢，不利于氣體與氧化銅充分接觸，會(huì)產(chǎn)生一定的實(shí)驗(yàn)誤差。若將具支試管更換為硬質(zhì)玻璃管，將氣球從具支試管的一側(cè)位置變換為放到硬質(zhì)玻璃管的一端管口，如圖9所示[5]。這樣更有利于空氣流通，空氣全部通過(guò)銅粉，使氧氣與銅粉反應(yīng)更充分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。

5 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)平衡裝置，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)生活化

二氧化碳的密度是二氧化碳重要的物理性質(zhì)之一，是利用向上排空氣法收集二氧化碳的重要依據(jù)。教材中對(duì)二氧化碳與空氣密度大小的介紹，是利用托盤(pán)天平進(jìn)行稱量的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖10所示。但由于托盤(pán)天平靈敏度差，有時(shí)倒入二氧化碳后并不能使天平發(fā)生傾斜，現(xiàn)象不夠明顯，學(xué)生不易觀察，產(chǎn)生半信半疑的感覺(jué)。若利用杠桿原理，在一根木條的兩端各系上一個(gè)大小相同的一次性飲水杯，在木條的中間部位系上一根細(xì)線，把它系在鐵架臺(tái)上，使之保持平衡，把事先收集好的1（集氣）瓶二氧化碳，迅速傾倒入其中一個(gè)紙杯中，由于木條較長(zhǎng)（力臂長(zhǎng)），可以觀察到倒入二氧化碳的紙杯明顯下沉，小木條失去平衡，如圖11所示。紙杯大小相同，盛有二氧化碳的紙杯比盛有空氣的紙杯重，說(shuō)明二氧化碳的密度比空氣密度大。

該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，而且木條、一次性紙杯都是學(xué)生熟悉的常見(jiàn)物品，利用學(xué)生身邊的物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)身邊物品有用性的認(rèn)識(shí)，體現(xiàn)了“變廢為寶”的綠色化學(xué)理念。

6 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)一體化

對(duì)于二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取與性質(zhì)的探究，多數(shù)教材采用圖12所示裝置[6]。當(dāng)集氣瓶?jī)?nèi)收集滿二氧化碳?xì)怏w時(shí)，依次將導(dǎo)氣管伸入盛有紫色石蕊試液的小試管、盛澄清石灰水的小試管、盛高低不同的階梯狀蠟燭的小燒杯中，探究二氧化碳?xì)怏w的相關(guān)性質(zhì)。這樣的操作過(guò)于繁瑣，在更換盛試劑的儀器時(shí)會(huì)造成二氧化碳的流失與浪費(fèi)。若將二氧化碳的制取、性質(zhì)、驗(yàn)證于一體，組成如圖13所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、方便快捷、節(jié)約藥品[7]。

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行創(chuàng)新、改進(jìn)與優(yōu)化，不僅使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯、實(shí)驗(yàn)理念更環(huán)保，更重要的是能開(kāi)啟學(xué)生智慧、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度，提高學(xué)生的實(shí)證意識(shí)，讓學(xué)生主動(dòng)參與、樂(lè)于探究、勤于動(dòng)手，真正成為學(xué)習(xí)的主人。

參考文獻(xiàn)：

[1][2][4][5][6]盧巍.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)（九年級(jí)全一冊(cè)）·教師教學(xué)用書(shū)[M].濟(jì)南：山東教育出版社，2007；2012.

[3]王榮橋.微型實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教學(xué)與管理，2014，（6）：51.

[7]王榮橋.不斷創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)考題[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011，（6）：57.