妙用塑料瓶 改進(jìn)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

江蘇省南通市海門區(qū)正余初級(jí)中學(xué)(226153) 陸春華

塑料瓶是日常生活中的常見用品，它具有透明、密封、質(zhì)軟等優(yōu)點(diǎn)。將塑料瓶應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中，可以將教材中原本枯燥、乏味的實(shí)驗(yàn)變得生動(dòng)、有趣，能更好地幫助學(xué)生理解和掌握化學(xué)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效果。筆者根據(jù)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，例舉了塑料瓶在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的改進(jìn)應(yīng)用。

1 稀釋濃H2SO4實(shí)驗(yàn)裝置

1.1 實(shí)驗(yàn)用品

注射器、膠皮管、玻璃管、塑料瓶、墻紙刀片、pH試紙、小燒杯、培養(yǎng)皿、濃H2SO4、水等。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 稀釋濃H2SO4實(shí)驗(yàn)裝置

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)取一個(gè)剪去底部的塑料瓶，用燒紅的墻紙刀片在距瓶底8 cm處沿瓶身四周燙6個(gè)小孔。

(2)用一端燒紅的玻璃管對(duì)準(zhǔn)塑料瓶蓋中間位置，燙出1個(gè)小孔。

(3)將pH試紙從瓶身的小孔處穿入瓶內(nèi)，將其固定在塑料瓶內(nèi)壁。

(4)取一長短合適的膠皮管，套在玻璃管的一端，膠皮管的另一端固定在注射器尖嘴部位。

(5)向小燒杯中注入適量的濃H2SO4，并把小燒杯放在培養(yǎng)皿上，用剪去底部的塑料瓶放在小燒杯上面。

(6)用注射器通過膠皮管向濃H2SO4中注入水。

(7)燒杯中產(chǎn)生許多霧氣，液滴飛濺，pH試紙上出現(xiàn)很多斑點(diǎn)。

1.4 幾點(diǎn)說明

(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯，給學(xué)生帶來很強(qiáng)的視覺沖擊力。

(2)玻璃管既可以用來向濃H2SO4中注入水，也可用來攪拌，使?jié)釮2SO4與H2O混合得更加充分，釋放出更多的熱量，現(xiàn)象越發(fā)明顯。

(3)材料易得，加工也很方便，具有很好的推廣性。

(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后，要及時(shí)清洗裝置，防止被濃H2SO4腐蝕。

2 自制固、液體反應(yīng)發(fā)生裝置

2.1 實(shí)驗(yàn)用品

塑料瓶、彈簧夾、乳膠管、玻璃導(dǎo)管、石灰石、稀鹽酸等。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2 自制固、液體反應(yīng)發(fā)生裝置

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)在2只塑料瓶蓋各鉆1個(gè)小孔，再分別連接1根短玻璃導(dǎo)管，用玻璃膠將其密封。剪去塑料瓶b的中下部，在距離塑料瓶a底部約1 cm處鉆1個(gè)小孔，將其與1根短玻璃導(dǎo)管連接，也用玻璃膠將其密封。用乳膠管連接去底的塑料瓶b和塑料瓶a，關(guān)閉彈簧夾B，給瓶a擰上瓶蓋，在玻璃導(dǎo)管上連接乳膠管，并關(guān)閉彈簧夾A。

(2)制取氣體，擰開a的瓶蓋，向a中加入固體，蓋上瓶蓋，向b中加入液體，打開A和B，液體流入a中，與固體接觸，反應(yīng)發(fā)生了。

(3)關(guān)閉A，打開B，液體回流到b中，抬高a的高度或降低b的高度，均可使液體迅速回流到b中，反應(yīng)很快就停止了，若還想讓反應(yīng)再次進(jìn)行，可以將b瓶抬高或?qū)瓶降低。

(4)若需要更換液體藥品，可以在液體全部流入b時(shí)，關(guān)閉B，將b中廢液倒出，再向b中加液體藥品，打開B，讓液體藥品流入a中，反應(yīng)又開始了。

2.4 幾點(diǎn)說明

(1)本實(shí)驗(yàn)裝置適用于塊狀固體和液體反應(yīng)制取氣體，如實(shí)驗(yàn)室制取H2和CO2。

(2)塑料瓶是生活中常見的廢棄物，利用塑料瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以很好地把化學(xué)與生活緊密的聯(lián)系在一起。

3 驗(yàn)證CO2與堿溶液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置

3.1 實(shí)驗(yàn)用品

塑料瓶、飽和燒堿溶液、飽和石灰水、水、二氧化碳?xì)怏w、注射器、稀鹽酸等。

3.2 實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3～5所示。

圖3 CO2與堿反應(yīng)

圖4 將稀鹽酸注入反應(yīng)后的A、B兩瓶

圖5 變癟的A、B兩瓶又重新鼓起來

3.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)取A、B、C 3只大小、形狀一樣的塑料瓶，并分別收集滿CO2氣體，再分別向其中注入等體積的飽和NaOH溶液、飽和Ca(OH)2溶液和水，并將3只塑料瓶振蕩相同的次數(shù)，發(fā)現(xiàn)A瓶變癟程度最明顯，B瓶略有變癟，C瓶幾乎無明顯現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖3所示。由此可知，CO2能與NaOH、Ca(OH)2溶液發(fā)生反應(yīng)，且與NaOH反應(yīng)程度更為明顯。此外，還可由Ca(OH)2溶液與CO2作用有白色沉淀生成、NaOH與CO2反應(yīng)使瓶子變癟程度更大等現(xiàn)象分析可知，檢驗(yàn)CO2用Ca(OH)2溶液，吸收CO2用NaOH溶液。

(2)再分別用2支一樣規(guī)格的注射器分別吸取等量的稀鹽酸，再分別向上述反應(yīng)后的A、B 2瓶注入等體積、等濃度的稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)瓶內(nèi)都有氣泡出現(xiàn)，變癟的A、B 2瓶口又重新鼓起來，如圖4、5所示，則說明CO2與堿溶液的確發(fā)生了反應(yīng)。

3.4 幾點(diǎn)說明

(1)根據(jù)塑料瓶變癟的程度來設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，借助產(chǎn)生的可視化現(xiàn)象，化“隱性”為“顯性”，說明CO2與堿溶液發(fā)生了反應(yīng)。

(2)由于溶液中均含有H2O，且CO2能溶于水，用此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，巧妙地避免了由于水的存在而造成的對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，并排除了這一可能。

4 氣體溶解度受外界因素影響實(shí)驗(yàn)裝置

4.1 實(shí)驗(yàn)用品

塑料瓶、冷水、白醋、純堿、大碗、沸水等。

4.2 實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。

4.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)向一塑料瓶中注入約300 mL冷水，再注入50 mL白醋，振蕩、使其混合均勻，再向塑料瓶中加入2 g純堿，發(fā)現(xiàn)塑料瓶中立刻出現(xiàn)大量氣體(Na2CO3+2CH3COOH=H2O+2CH3COONa+CO2↑),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖6(a)所示。

(a)

(2)用拇指堵住塑料瓶口，如圖6(b)所示，瓶中壓強(qiáng)變大，此時(shí)瓶中仍在產(chǎn)生氣泡。待反應(yīng)結(jié)束時(shí)，移開拇指，發(fā)現(xiàn)塑料瓶中又開始出現(xiàn)大量氣泡(CO2氣體)。這是因?yàn)橐崎_拇指后，瓶中壓強(qiáng)變小，原先溶解在水中的CO2氣體不斷逸出，則說明溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)變小，氣體溶解度下降。

(3)待步驟(2)結(jié)束，水中不再有CO2氣體逸出時(shí)，將塑料瓶放入一盛有2/3容積沸水的大碗中，如圖6(c)所示。此時(shí)，塑料瓶內(nèi)溫度升高，瓶內(nèi)就有大量氣泡產(chǎn)生，則說明當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度升高，氣體溶解度下降。

4.4 幾點(diǎn)說明

(1)材料易得，所選塑料瓶、白醋、大碗均是日常生活用品。

(2)操作簡便，適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

5 鈉和水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置

5.1 實(shí)驗(yàn)用品

塑料瓶、剪刀、乳膠管、水槽、坩堝鉗玻璃管、彈簧夾、注射針(截去尖端部位)、鐵架臺(tái)、鈉等。

5.2 實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖7所示。

圖7 鈉和水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置

5.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)取1個(gè)大小合適的塑料瓶、剪去瓶底，在塑料瓶蓋上打1小孔，插入玻璃管后密封，再連接夾有彈簧夾的乳膠管和注射針。

(2)將塑料瓶固定在鐵架臺(tái)上，使塑料瓶底浸入水中2 cm(玻璃管下端套一合適的塑料管，當(dāng)彈簧夾關(guān)閉時(shí)，即使裝置浸入水中，水也不會(huì)倒流入玻璃管，當(dāng)打開彈簧夾時(shí)，H2能順利排出)。

(3)關(guān)閉彈簧夾，將塑料瓶傾斜浸沒在水中，將瓶中空氣排盡。如圖7所示，將塑料瓶固定在鐵架臺(tái)上。

(4)用坩堝鉗將一小塊鈉迅速放在塑料瓶口的下方，鈉和水反應(yīng)，迅速脫離坩堝鉗，鈉開始熔化，并懸浮于塑料瓶內(nèi)的水面上。

(5)待完全反應(yīng)后，將塑料瓶盡可能下移至水面下方固定，再把彈簧夾打開，將氣體點(diǎn)燃，氣體燃燒產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，則說明生成了H2。

5.4 幾點(diǎn)說明

(1)由于鈉熔化時(shí)會(huì)有少許鈉粘在塑料瓶內(nèi)壁，極易造成塑料瓶壁破裂，因此本實(shí)驗(yàn)最好選用瓶壁較厚的塑料瓶。

(2)為防止熔化的鈉導(dǎo)致塑料瓶破裂，可在塑料瓶內(nèi)壁涂一層植物油。

(3)鈉的用量不宜過多，過多可能會(huì)引起爆炸。實(shí)驗(yàn)中鈉的質(zhì)量最好不要超過0.2 g。

6 分子運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置

6.1 實(shí)驗(yàn)用品

塑料礦泉水瓶、塑料吸管、注射器、燒杯、棉簽、酚酞溶液、濃氨水等。

6.2 實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖8所示。

圖8 分子運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置

6.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)在吸管上交叉插5根棉簽，在棉簽上各滴加2滴酚酞溶液。將吸管放入廣口塑料瓶中，擰緊瓶蓋。

(2)用注射器抽取2 mL濃NH3·H2O，并從塑料瓶底將其注入，不一會(huì)兒，棉簽由下往上依次變紅。

(3)若將塑料瓶底置于熱水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，棉簽變色更快(也可另取一套相同的實(shí)驗(yàn)裝置放在冷水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩組實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，更具說服力)。

(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，清洗實(shí)驗(yàn)裝置，以便下次再用。

6.4 幾點(diǎn)說明

(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分明顯，證明分子在不斷運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還可以證明溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)速率越快。

(2)材料易得，成本低，在不影響實(shí)驗(yàn)效果的前提下還能更好的培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力。

7 銅和稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置

7.1 實(shí)驗(yàn)用品

塑料瓶、橡皮塞、銅絲、稀HNO3等。

7.2 實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖9、10所示。

圖9 將銅絲插入橡皮塞中部

7.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)取1個(gè)容積為200 mL的塑料瓶，找1個(gè)與塑料瓶口匹配的橡皮塞，取1根長短合適的銅絲，將其一端擰成螺旋狀，另一端插入橡皮塞口徑較小一側(cè)的中部，如圖9所示。

(2)向塑料瓶中加入約半瓶稀HNO3，用手慢慢擠壓塑料瓶(一定要慢，防止稀HNO3溢出)外壁，使稀HNO3液面緩慢上升至離瓶口1 cm處。

(3)用插有銅絲的橡皮塞迅速塞緊瓶口，銅絲與稀HNO3在塑料瓶內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)瓶內(nèi)有無色氣體產(chǎn)生，溶液由無色慢慢變?yōu)榫G色，變癟的塑料瓶又重新鼓起，瓶內(nèi)液面逐漸下降，銅絲與稀HNO3分離，反應(yīng)停止。

(4)再將塑料瓶放倒，銅絲與稀HNO3又重新反應(yīng)，瓶內(nèi)液體顏色越來越深，且仍有無色氣體生成，塑料瓶體積慢慢變大，如圖10所示。

圖10 銅絲與稀HNO3反應(yīng)

(5)再把塑料瓶倒放過來，使瓶口向上，緩緩松開橡皮塞，使少許NO逸出，迅速將橡皮塞塞緊，發(fā)現(xiàn)瓶內(nèi)有紅棕色氣體出現(xiàn)。

7.4 幾點(diǎn)說明

(1)本實(shí)驗(yàn)裝置簡易，操作簡便。塑料瓶是日常生活用品，適合實(shí)驗(yàn)器材缺乏的學(xué)校開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)使用，也適用于學(xué)生家庭實(shí)驗(yàn)。

(2)塑料瓶可變性強(qiáng)，可以很好地將瓶中空氣排盡，防止NO被氧化，更能清晰地看到NO是一種無色氣體。

(3)本實(shí)驗(yàn)裝置的密封性好，生成的NO幾乎沒有逸出，避免了環(huán)境污染。

(4)本實(shí)驗(yàn)裝置可以重復(fù)多次使用，具有很好的推廣性。

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，切不可將稀HNO3久置于塑料瓶中，否則塑料瓶會(huì)被腐蝕，影響下次實(shí)驗(yàn)。

8 結(jié)語

改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的潛能。選用塑料瓶來改進(jìn)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)變廢為寶，材料易得，操作簡便，裝置經(jīng)過清洗后可多次使用。