氧氣化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

四川省廣元市利州區(qū)大東英才學(xué)校(628017) 趙楊周

氧氣的化學(xué)性質(zhì)探究?jī)?nèi)容教材中共安排了4個(gè)實(shí)驗(yàn)：①帶火星的木條在氧氣中復(fù)燃；②硫在空氣和氧氣中燃燒；③木炭在空氣和氧氣中燃燒；④鐵在氧氣中燃燒。教材通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究得出氧氣的化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察、思維和動(dòng)手能力，讓學(xué)生逐步掌握實(shí)驗(yàn)的方法。

1 教材實(shí)驗(yàn)的不足

(1)實(shí)驗(yàn)中至少需要準(zhǔn)備4瓶氧氣，增加了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的難度，收集的氧氣在搬運(yùn)的過(guò)程中容易逸散，易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

(2)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)硫燃燒生成的二氧化硫在空氣中逸散較多(有教師為了讓學(xué)生加深印象，拿著裝有燃著硫的燃燒匙在教室里巡回走一趟)，不利于師生健康，違反綠色化學(xué)理念。

(3)木炭的燃燒放出的熱量及反應(yīng)生成的二氧化碳把瓶?jī)?nèi)的氧氣壓出瓶外，導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)氧氣含量降低，看到的往往不是明顯的白光，而是偏黃的光。

(4)為了讓鐵絲更容易燃燒往往選用很細(xì)的鐵絲(石棉網(wǎng)或鐵紗窗上抽取的鐵絲)，但太細(xì)的鐵絲較易熔化燒斷，火星四射的現(xiàn)象稍現(xiàn)即逝。

2 改進(jìn)思路

(1)氧氣來(lái)源充足，可連續(xù)反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(2)木炭、硫、鐵絲在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)象明顯、持久，實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全環(huán)保。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

(1)實(shí)驗(yàn)儀器：分液漏斗(或注射器)、錐形瓶、酒精燈、橡膠塞、抽濾瓶、銅絲、乳膠管、燃燒匙、導(dǎo)管、三通管(Y形管或T形管)、彈簧夾、藥匙、燒杯。

(2)藥品：30%過(guò)氧化氫溶液、二氧化錳、氫氧化鈉溶液、澄清的石灰水、硫、鐵絲、木炭、酒精、火柴。

3.2 改進(jìn)裝置及相關(guān)說(shuō)明

(1)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置

(2)氧氣用過(guò)氧化氫溶液在二氧化錳催化下分解制取，發(fā)生裝置采用固液常溫型，過(guò)氧化氫溶液用分液漏斗注入，便于控制反應(yīng)速率(也可用50 mL注射器代替分液漏斗，可避免裝置頭重腳輕)，錐形瓶中事先加入二氧化錳和100 mL稀釋過(guò)氧化氫溶液的水。

(3)集氣瓶改用容積更大、玻璃更厚的500 mL抽濾瓶，實(shí)驗(yàn)前抽濾瓶中加入300 mL左右的水。

(4)鐵絲選用實(shí)驗(yàn)室中相對(duì)較粗的不純鐵絲(不純鐵絲里面含有一定的碳，其中碳燃燒生成的二氧化碳?xì)怏w更能把熔化的四氧化三鐵帶出來(lái)，可以看到更明顯的火星四射現(xiàn)象)，表面打磨光亮，下端盤(pán)成螺旋狀，綁1根火柴。

(5)橡皮塞準(zhǔn)備：取2個(gè)與抽濾瓶瓶口配套的橡膠塞，分別打孔后連接導(dǎo)管(實(shí)驗(yàn)中便于排除瓶?jī)?nèi)氣體)，將銅絲一端插入其中一個(gè)橡膠塞，另一端插入烘烤過(guò)的木炭中，如圖2(a)所示。將燃燒匙(玻璃燃燒匙更好)一端插入另一個(gè)橡膠塞，另一端(有勺)放入硫粉，如圖2(b)所示。注意：銅絲與燃燒匙露出橡膠塞的長(zhǎng)度要調(diào)節(jié)到在抽濾瓶塞緊膠塞后，木炭與硫粉處于抽濾瓶上支口處附近。

圖2 橡皮塞的準(zhǔn)備

3.3 實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)驗(yàn)1:木炭在空氣中和氧氣中燃燒

(1)打開(kāi)K1，關(guān)閉K2。

(2)將木炭在空氣中點(diǎn)燃。

(3)打開(kāi)分液漏斗的活塞，注入一定量的30%過(guò)氧化氫溶液。

(4)把燃著的木炭伸入抽濾瓶中，塞緊橡皮塞，觀察木炭在空氣中和氧氣中燃燒的現(xiàn)象。

(5)打開(kāi)K2，關(guān)閉K1，燃燒結(jié)束后，打開(kāi)K1，關(guān)閉K2，繼續(xù)通入氧氣一會(huì)兒，把生成的二氧化碳全都?jí)喝氲窖b有澄清石灰水的燒杯中，觀察石灰水的變化。

實(shí)驗(yàn)2：硫在空氣和氧氣中燃燒

操作與木炭燃燒基本相同，燒杯中改加入氫氧化鈉溶液。

實(shí)驗(yàn)3：鐵絲在氧氣中燃燒

(1)打開(kāi)K1，關(guān)閉K2。

(2)打開(kāi)分液漏斗活塞(或推動(dòng)注射器)，注入一定量的30%過(guò)氧化氫溶液。

(3)把鐵絲下端火柴引燃，立即伸入到抽濾瓶?jī)?nèi)上支管附近(無(wú)需等到火柴快要燃盡時(shí)才伸入)，長(zhǎng)時(shí)間觀察鐵絲劇烈燃燒現(xiàn)象。

4 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

(1)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)所需儀器和用品實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)少，操作簡(jiǎn)單，課堂上一邊制取氧氣一邊進(jìn)行氧氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，既減少課前氧氣的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，又提高了課堂效率，同時(shí)為課題3的氧氣的制取做好了鋪墊。

(2)硫、木炭燃燒實(shí)驗(yàn)在封閉空間里進(jìn)行，對(duì)燃燒的硫、木炭不斷通入氧氣，硫燃燒發(fā)出藍(lán)紫色火焰，木炭發(fā)出的白光非常明顯，演示時(shí)間長(zhǎng)(可調(diào)節(jié))。木炭燃燒生成的二氧化碳多，石灰水渾濁明顯。同時(shí)能更多地吸收二氧化硫，減少對(duì)空氣的污染，實(shí)驗(yàn)過(guò)程更環(huán)保。

(3)鐵的燃燒實(shí)驗(yàn)無(wú)需擔(dān)心瓶?jī)?nèi)氧氣在放置過(guò)程中逸散或火柴燃燒消耗瓶?jī)?nèi)氧氣導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，也不會(huì)出現(xiàn)鐵絲太細(xì)很快熔斷的情況，源源不斷供給的氧氣讓鐵絲的燃燒持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，現(xiàn)象更明顯。

(4)該改進(jìn)有意識(shí)地把實(shí)驗(yàn)儀器“放大”，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更便于學(xué)生觀察，適合教師演示實(shí)驗(yàn)使用。