W管在化學實驗中的應用研究

陳 雷

(江蘇省贛榆高級中學 222100)

一、常規(guī)W管實驗

作者設計W管規(guī)格有10mm、12mm、15mm三種口徑，但無論那種規(guī)格W管出口均比較小，膠塞不易匹配，而且為了實驗中用針管添加試劑方便，用膠頭替代膠塞，由于口徑不同，需對膠頭適當剪切，如直徑為15mm的玻璃管剪切位置如圖1所示.

向W管加入物質時，用針管添加液體；固體粉末采用吸管加入，小塊狀的固體用鑷子夾住直接放在管口處滑入管中.

1．一氧化碳還原氧化鐵實驗設計

教材中一氧化碳還原氧化鐵實驗裝置如圖2(Ⅰ)，操作復雜污染較大.今年初全市優(yōu)秀課比賽前應參賽教師要求，我們對該實驗進行創(chuàng)新設計，改進的實驗裝置如圖2(Ⅱ).

實驗步驟：(1)把0.5g氧化鐵滴加少量水攪拌為糊狀，用細毛筆蘸糊狀的氧化鐵涂在W管內壁彎管處，晾干或小火加熱烘干.(2)在另一彎管處加入澄清石灰水，浸沒彎部，如圖3.(3)先用1個氣球收集一氧化碳氣體，收好扎緊口備用；再用W收集氣體，待排盡W管空氣后套上另一個氣球，并收集氣體，然后再把先前收集好氣體的氣球接到W管上，組好裝置如圖3(Ⅱ).(4)用酒精噴燈加熱W管氧化鐵部位，并不斷用手捏動一邊氣球，使管中氣體流動起來與氧化鐵充分反應.(5)半分鐘后W管中棕紅色氧化鐵變?yōu)楹谏谏镔|能被磁鐵吸引，石灰水變渾濁.

實驗說明：(1)氣體的收集需要在通風櫥中進行，防止引起中毒.(2)實驗用酒精噴燈加熱，若沒有酒精噴燈可以給酒精燈加擋風罩提高火焰溫度.酒精燈火焰溫度偏低，溫度較低時氧化鐵會被還原為黑色的Fe3O4，也產生相同的現(xiàn)象.(3)該實驗裝置美觀、操作簡單、綠色環(huán)保、現(xiàn)象明顯，適合學生分組實驗.

2．氯氣的制備與性質實驗設計

2012年10月，我在學校的公開課中采用3個W管設計了氯氣的制備和性質實驗.實驗裝置如圖4.用該裝置做演示實驗，同時采用實物投影，演示效果很好.

實驗步驟：(1)少量鐵粉(不能堵住W管)放入W管，振動使鐵粉均勻的涂在管壁.按圖3搭好裝置，檢驗裝置的氣密性.(2)用針管把濃鹽酸注入W管中二氧化錳處，關閉止水夾a，打開止水夾b，酒精燈加熱二氧化錳處.待管中充滿氯氣后加熱鐵粉處，反應產生棕黃色煙，KSCN溶液變紅.說明氯氣與鐵在加熱條件下反應生成FeCl3.(3)打開止水夾a，關閉止水夾b，干燥紅色紙花不退色；用針管從膠管處注水，打濕紙花，觀察到濕潤的紙花很快褪色.

實驗說明：(1)實驗時W管一段放置滴加了氫氧化鈉溶液的棉花，處理尾氣防止污染氣體的產生.(2)實驗時一般可用0.5g二氧化錳和2mL濃鹽酸(視反應情況分批次加入)，若用高錳酸鉀替代二氧化錳，產生氣體更快，且不需加熱.

(3)本實驗由于產生各種顏色的物質，現(xiàn)象非常明顯，先做與鐵反應后做漂白性實驗順序能更好的吸收尾氣，若實驗控制得到，整個實驗幾乎聞不到氯氣的氣味.

二、改進W管實驗

實驗過程中發(fā)現(xiàn)，利用W管實驗內容偏少，若要進行多個實驗則需要連接多個W管，造成實驗操作不便，故對W管進行改進，增加一個彎管，同時在第二個彎管上部留一個出口便于添加試劑，改進的W管采用直徑為10mm和15mm兩種規(guī)格.用改進后的W管設計以下多種實驗，其中選取了二氧化硫的制備與性質實驗參加江蘇省青年教師基本功比賽，獲得好評.改進的W管如圖5.

利用改進后的W管，設計了部分實驗如下.

1．二氧化硫的制備與性質實驗設計

濃硫酸與銅反應容易產生黑色物質，同時得到的溶液不是藍色.為了取得明顯實驗現(xiàn)象和簡便的實驗操作，實驗設計如圖5.

實驗步驟：(1)配制1∶6的濃硫酸，即1體積水中加入6體積的濃硫酸.(2)在三個彎管處均加入碎瓷片，防止加熱時爆沸.(3)按裝置圖依次加裝試劑，液體試劑要沒過彎管.(4)加熱濃硫酸，待到沸騰時插入銅絲，反應開始.可以觀察到溶液逐漸變藍，品紅和酸性高錳酸鉀溶液依次逐漸褪色.待到高錳酸鉀溶液接近無色時拔出銅絲，停止反應.(5)加熱品紅和高錳酸鉀溶液，品紅恢復紅色，停止加熱一段時間后又變無色；高錳酸鉀溶液無現(xiàn)象.(6)實驗結束后，用50mL針筒從左邊膠頭中注入空氣，趕出并吸收裝置中二氧化硫氣體.(7)打開膠頭，用滴管吸出濃硫酸底部的白色物質加入水中，溶液為藍色，即生成物為硫酸銅.

實驗說明：(1)原實驗中濃硫酸與銅反應溶液呈黑色，觀察不到藍色.對濃硫酸稀釋后，經過先加熱濃硫酸至沸騰再與銅反應，避免產生黑色的硫化銅和硫化亞銅，得到的藍色溶液.(2)濃硫酸稀釋為1∶6至1∶5，濃度稀產生水蒸氣過多，濃度高會產生黑色物質且溶液不出現(xiàn)藍色.(3)本實驗步驟(4)探究二氧化硫的漂白原理，并與其還原性進行對比.(5)實驗過程中把好污染關，過程中的氣體用堿液吸收，實驗結束后用空氣排盡裝置中氯氣，進一步減少污染.

2．氮的氧化物的制備與性質實驗設計

氮的氧化物的制備與性質實驗筆者用W管進行實驗，藥品用量更少，操作簡單，現(xiàn)象更為明顯，如圖6.

實驗步驟：(1)按圖6裝置依次加入試劑，并且搭好裝置.(2)把銅絲插入濃硝酸中，反應開始，產生紅棕色氣體，經過水后產生無色氣體.(3)抽出銅絲，使銅絲與硝酸分離.從中間出口處用針管注入空氣，無色氣體變?yōu)榧t棕色.(4)用針管加水(濃硝酸體積2倍)到濃硝酸中，插入銅絲，反應繼續(xù)產生無色氣體.(5)取出銅絲，從左端用針筒注入空氣，趕出并吸收裝置中氣體.

實驗說明：(1)當水右邊的管中由紅色氣體變?yōu)闊o色氣體時要不斷的注入空氣，以便氣體被氫氧化鈉充分吸收.(2)硝酸稀釋時一般加水為原硝酸體積的2倍左右，過多水反應太慢，過少水產生二氧化氮.

3．氯氣的制備和性質實驗

在改進后的W管的基礎上，又重新設計氯氣的制備和性質實驗，實驗裝置如圖7.該實驗在這學期的化學課堂演示，獲得較好的效果.

實驗步驟：(1)少量鐵粉(不能堵住W管)放入W管，振動使鐵粉均勻的涂在管壁.按圖7搭好裝置，檢驗裝置的氣密性.(2)用針管把2mL濃鹽酸(分批次加入)注入W管中二氧化錳處，加熱反應開始.(3)從膠管處用注射器向紅紙花噴水.(4)加熱W管鐵粉處，產生棕黃色煙，KSCN溶液變紅，停止加熱，反應結束.(5)用氣嘰從左端鼓入空氣，趕出裝置中氯氣.

實驗說明：(1)當左邊的W管充滿黃綠色氣體后，再向紅紙花噴水，才能說明起漂白作用的是次氯酸而不是氯氣.(2)硫氰化鉀溶液可以換成水，反應后溶液為棕色.

用W管設計的實驗優(yōu)點突出，但實驗中存在如粉末狀固體物質加入過多堵住W管、液體加入過少沒能沒過彎管讓氣體通過等問題，通過對學生向W管添加物質等基本操作稍加訓練，就可以在課堂中進行分組實驗.