借助T形三通管設計系列化學實驗

李曼曼 李德前

摘要：借助玻璃材質的T形三通管，改進和設計了多個中學化學教科書中的實驗，如檢驗二氧化硫實驗、檢驗火柴頭中硫元素實驗、銨鹽性質實驗、比較蘇打與小蘇打熱穩定性實驗、加熱銅綠實驗等。新設計的實驗，既能用作演示實驗，也能用作分組實驗，而且操作簡便、綠色環保、現象直觀、結論可靠。

關鍵詞：中學化學; 實驗改進; T形三通管; 系列實驗

文章編號：10056629（2021）11006404

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

T形三通管是一種結構簡單的常規玻璃儀器，大多數化學教師用其連接實驗裝置。其實，巧妙利用不同規格的T形三通管（如圖1所示的一種），可以設計出不少的化學實驗。

1 檢驗二氧化硫實驗

現行上海教育出版社《義務教育教科書·化學》、江蘇教育出版社《普通高中課程標準實驗教科書·實驗化學》中分別安排了檢驗二氧化硫氣體、檢驗火柴頭中硫元素實驗[1，2]（裝置如圖2所示），但有關的實驗操作比較麻煩，且實驗現象也不明顯。

我們借助T形三通管改進上述實驗，達到了揚長避短的效果。

1.1 實驗藥品

火柴頭，KMnO4稀溶液，NaOH溶液;1cm×9cm×18cm的T形三通管，100mL細口瓶，2000mw激光筆（網購），脫脂棉，紅色乳膠頭（取自膠頭滴管），玻璃棒，鑷子等

1.2 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖3所示。

1.3 實驗步驟

（1） 準備一個100mL的細口瓶，在細口瓶里注入適量（不超過其容積1/4）的KMnO4稀溶液，備用。

（2） 取一根1cm×9cm×18cm的T形三通管（管內暫時不放入火柴頭和脫脂棉），在其兩端分別套好乳膠頭，然后將T形管的豎直支管插入細口瓶里（見圖3）。輕輕擠壓任一乳膠頭，如果KMnO4溶液里冒氣泡，則說明裝置的氣密性良好（下同）。

（3） 取下T形三通管兩端的乳膠頭，在T形管水平支管的左端放入兩粒火柴頭，在水平支管的右端放入浸有NaOH溶液的脫脂棉，然后按圖3所示連接好實驗裝置。

（4） 打開激光筆的開關按鈕，照射玻璃管內的火柴頭，即刻“噗”的一聲，火柴頭爆燃起來，并出現幾縷白煙，同時KMnO4溶液很快褪為肉色或無色[3]。上述實驗現象說明，火柴頭燃燒放出了二氧化硫氣體，進而可知火柴頭中含有硫元素。

（5） 交替擠壓T形三通管兩端的乳膠頭5～6次，使玻璃管內殘留的二氧化硫氣體能被KMnO4溶液和NaOH溶液最大限度地吸收。

（6） 實驗結束，整理實驗用品，引導學生完成實驗報告。

1.4 幾點說明

（1） 火柴頭的選用，最好是賓館里配備的那種大頭火柴;火柴頭不宜超過2粒，以防其爆燃時沖掉乳膠頭。

（2） KMnO4稀溶液的濃度不宜過大，以免其褪色不明顯，一般在50mL水中溶解0.05g KMnO4所得溶液的濃度較為合適[4]。

（3） 實驗選用的細口瓶容積不宜過小，也不能過大，既要確保細口瓶能平穩支撐T形三通管，又要確保豎直支管能插入溶液2cm左右，選用100mL或125mL的細口瓶為宜（該規格細口瓶的高度在10cm左右，下同）。

2 檢驗銨態氮肥實驗

現行上海教育出版社、北京出版社《義務教育教科書·化學》以及現行江蘇鳳凰教育出版社《普通高中教科書·化學》中均安排了“檢驗銨態氮肥”實驗，由于實驗是在敞口的試管或研缽中進行的，因而對環境不夠友好[5～7]。

我們借助T形三通管對上述實驗進行改進，取得了顯著的教學效果。

2.1 實驗用品

氯化銨固體，熟石灰，酚酞溶液等;1cm×9cm×18cm的T形三通管，100mL的細口瓶，150mL的小型酒精燈，紅色乳膠頭，一端剪成斜口的飲料吸管等

2.2 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖4所示。

2.3 實驗步驟

（1） 準備一個100mL的細口瓶，在其中注入適量（不超過其容積1/5）的酚酞溶液。

（2） 取一根1cm×9cm×18cm的T形三通管，借助剪成斜口的飲料吸管，將適量氯化銨與熟石灰的混合物放置在T形管水平支管的一端。

（3） 按圖4所示連接好實驗裝置，并確保裝置的氣密性良好。

（4） 點燃酒精燈，加熱白色的混合粉末，不到2min即可觀察到白色粉末逐漸減少，同時酚酞溶液變紅色，玻璃管內壁上產生有較多的小水珠。上述實驗現象說明，銨鹽能與堿反應放出氨氣。進而可知，不能將銨態氮肥與堿性肥料混合施用。

（5） 待銨鹽與堿的反應結束后，交替擠壓T形管兩端的乳膠頭5～6次，使玻璃管內殘留的氨氣能被水最大限度地吸收。

（6） 實驗結束，整理實驗用品，引導學生完成實驗報告。

2.4 幾點說明

（1） T形三通管屬于微型儀器，因此使用小型酒精燈加熱較為合適。如果沒有小型酒精燈，可以網購立式防風打火機（火焰溫度高達1000℃、燃燒時沒有黑煙），加熱更方便。

（2） 現行滬教版初中化學教科書中設計的加熱碳酸氫銨實驗是在敞口蒸發皿中進行的[8]，這樣設計不夠環保。其實，利用圖4所示的改進裝置，只需更換藥品（見圖5所示裝置），就可以進行加熱銨鹽實驗（稍微加熱碳酸氫銨，即可觀察到酚酞紗布條變紅色、澄清石灰水變渾濁、玻璃管內壁有大量小水珠，從而證明碳酸氫銨不穩定，受熱易分解，分解產物是氨氣、二氧化碳和水蒸氣。從而可知，銨鹽需要密封保存在陰涼干燥處，施用時要避免受熱）。

3 比較蘇打與小蘇打的熱穩定性

現行多個版本的《普通高中教科書·化學》中比較蘇打、小蘇打的熱穩定性，大都是先后加熱兩種固體（并借助石灰水檢驗有無二氧化碳產生），這樣操作，實驗的對比性不強[9]。另外，很多文獻中采用“套管實驗”比較蘇打、小蘇打的熱穩定性（裝置如圖6所示），雖然對比性強，但操作起來很麻煩[10]。

我們利用T形三通管重新設計上述實驗，提高了實驗教學的有效性。

3.1 實驗用品

蘇打，小蘇打，澄清石灰水等;1cm×9cm×18cm的T形三通管，100mL的細口瓶，150mL的小型酒精燈，紅色乳膠頭，一端剪成斜口的飲料吸管等

3.2 實驗裝置

新設計的實驗裝置如圖7所示。

3.3 實驗步驟

（1） 準備一個100mL的細口瓶，在其中注入適量（不超過其容積1/3）的石灰水。

（2） 取一根1cm×9cm×18cm的T形三通管，借助剪成斜口的飲料吸管，將相同質量的蘇打、小蘇打分別放置在T形管水平支管的左、右兩端。

（3） 按圖7所示連接好實驗裝置，并確保裝置的氣密性良好。

（4） 點燃酒精燈，先加熱蘇打2～3min，觀察到白色固體沒有明顯變化，石灰水也沒有變渾濁。再加熱小蘇打2～3min，觀察到白色固體逐漸減少，石灰水明顯變渾濁，玻璃管內壁附有較多的水珠[11]。上述實驗現象足以說明，在相同的條件下，蘇打受熱不易分解，小蘇打受熱易分解，且小蘇打分解的產物有二氧化碳氣體和水。

3.4 幾點說明

（1） 為了增強實驗的對比性，所取用的蘇打、小蘇打的質量應該相同，而且加熱蘇打、小蘇打的時間必須相等。

（2） 現行滬教版初中化學教科書中編排的加熱銅綠實驗是在敞口試管里進行的[12]，因而難以檢驗銅綠分解的氣體產物，這不利于學生認識堿式碳酸銅的組成和性質。其實，仍可利用圖7所示的改進裝置，只需更換藥品（見圖8所示裝置），就可以進行加熱銅綠實驗（只要加熱銅綠十幾秒，就可以觀察到綠色粉末逐漸變為黑色，同時石灰水變渾濁，玻璃管內壁上有較多的水珠，這說明銅綠不穩定、受熱易分解，分解的產物有氧化銅、水和二氧化碳氣體）。

4 結束語

玻璃材質的T型三通管是構造簡單的微型儀器，因此用它進行化學實驗，既節約藥品，又綠色環保。不僅現象直觀，而且從現象到結論很流暢。不但豐富了實驗教學資源，還有利于培養學生的創新精神與實踐能力[13]。

總之，如此簡單的儀器卻可以改進多個化學實驗，實現了“一管多用”，充分說明“簡約不簡單”的哲理[14]。為落實學科育人目標，我們一線化學教師應該不斷創新及改進化學實驗，從而開發出更多優秀的實驗教學素材。

參考文獻：

[1]義務教育化學課程標準研制組. 義務教育教科書·化學（九年級下冊）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2015： 108.

[2]王祖浩主編. 普通高中課程標準實驗教科書·化學（必修1）[M]. 南京： 江蘇教育出版社， 2014： 32～33.

[3]宋廣良， 李德前. U型管用于化學實驗的幾個案例[J]. 化學教學， 2018， （2）： 68～72.

[4]王永臻， 魏海， 李德前. 檢驗二氧化硫實驗的組合設計[J]. 化學教學， 2019， （2）： 70～72.

[5][8][12]義務教育化學課程標準研制組. 義務教育教科書·化學（九年級上冊）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2015： 58～59， 20～21.

[6]宋心琦主編. 義務教育教科書·化學（九年級下冊）[M]. 北京： 北京出版社， 2013： 81～82.

[7]王祖浩主編. 普通高中教科書·化學（必修第二冊）[M]. 南京： 江蘇鳳凰教育出版社， 2020： 45～46.

[9]王祖浩主編. 普通高中教科書·化學（必修第一冊）[M]. 南京： 江蘇鳳凰教育出版社， 2020： 72.

[10]陳立銘， 李德前. 利用長柄V型玻璃管比較碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩定性[J]. 化學教育， 2014， （21）： 56～57.

[11]宋廣良， 李德前， 凌一洲. 直角玻璃管和廣口瓶組合構建的多功能實驗裝置[J]. 化學教學， 2020， （3）： 68～72.

[13]李德前. 例談初中化學實驗創新的思維方法[J]. 化學教學， 2013， （3）： 65～68.

[14]劉瑤， 李德前， 李為才. 巧用直角玻璃管改進初中化學實驗[J]. 化學教學， 2019， （4）： 77～79.