塑料滴管用于實驗改進的案例

摘 要： 利用塑料滴管對中學化學氫氣、氯氣光照爆炸，萃取分離等幾個實驗進行改進。改進后實驗裝置簡化、制作方便，且成本較低；實驗藥品用量較少、實驗操作簡單，用于教學能啟發學生的創新思維，取得較好的效果。改進案例可為實驗改進提供新的思路。

關鍵詞： 塑料滴管； 實驗改進； 微型實驗

文章編號： 10056629（2024）08007104

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

2023年度上海市教育委員會非競爭性社會科學課題“‘雙新’背景下中小學實驗教學與創客教育融合研究”階段性研究成果。

1 問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：應根據學校實際情況合理地選擇實驗教學形式，有條件的學校盡可能多地為學生提供動手做實驗的機會；條件有限的學校，可采取教師演示實驗或利用替代品進行實驗，鼓勵實驗的綠色化設計，開展微型實驗［1］。在教學實踐中，由于受實驗時間、實驗儀器配備以及實驗安全性等多方面因素的影響，確實存在部分實驗的教學工作難以開展［2］，一些教師的演示實驗被視頻播放替代，有些學生的探究實驗也被取消，在一定程度上減弱了實驗的教學功能，影響了學生化學學科核心素養的發展。

塑料滴管是實驗室中常見的實驗器材，價格便宜、耐腐蝕、質地柔軟、可塑性強。能否借助塑料滴管對中學化學一些實驗進行改進設計，為學生創造更多動手實驗的機會？基于此，本研究運用塑料滴管對中學化學部分實驗進行了改進和重新設計，以期為教學中開展學生探究實驗、創造更多動手實驗的機會提供一些思路。

2 實驗設計與現象

2.1 氫氣、氯氣光照條件下爆炸實驗的改進

氫氣、氯氣光照條件下爆炸的實驗在以往的教學中是先分別收集氯氣、氫氣后再混勻，并用塑料薄片蓋住集氣瓶，通過鎂帶燃燒產生的強光觸發反應。反應中可聽見“嘭”的一聲，集氣瓶上塑料薄片彈開，并可以清晰觀察到反應產生白霧。盡管實驗現象較為明顯，但也存在一些問題，如氯氣、氫氣分別收集的時間過長，操作較為復雜；氣體混合過程中容易泄漏；鎂帶燃燒產生的強光會傷害眼睛；反應生成的氯化氫與未完全反應的氯氣以及鎂帶燃燒產生的白煙未經處理就直接散逸到空氣中，造成環境污染；實驗還存在一定的危險性，用于學生實驗有一定的安全隱患。鑒于以上問題，本研究借助塑料滴管、魯爾閥等對實驗進行如下改進。

首先進行實驗裝置的制作（見圖1a）。用剪刀將塑料滴管（約10mL）尖嘴處剪去部分，使尖嘴處開口略小于魯爾閥口徑，將魯爾閥嵌套入塑料滴管，使二者相連，并在連接處用防水膠帶或滴膠密封。然后用錐子在塑料滴管的管肚處由下至上依次鉆2個小孔，孔徑應略小于2B鉛芯直徑，鉆孔時應注意僅在塑料滴管壁一側上鉆孔，不要將管壁兩側均鉆穿，并在鉆好的小孔中插入鉛芯。

實驗時，先往稀鹽酸（1～4mol/L）中加入氯化鈉固體至飽和，之后打開魯爾閥，擠壓塑料滴管管肚吸取少量上述溶液（或使用注射器抽取少量上述溶液注入滴管中），倒置滴管，用手指輕輕彈擊滴管外壁，使溶液順利進入滴管管肚中，并使溶液液面高于2根鉛芯位置。然后用手由下至上擠壓滴管未裝有液體部分，盡可能排出塑料滴管中的空氣，關閉魯爾閥。然后用鱷魚夾導線將2根鉛芯分別與9V電池正負極相連，鉛芯上迅速產生氣泡（若要加快氣泡產生，可以串聯多節9V電池），待原先壓癟的滴管部分重新膨脹即完成氫氣與氯氣的收集。接著在魯爾閥上部連接螺口注射器（60mL），打開魯爾閥，用紫外光手電筒（15W）照射塑料滴管約4秒鐘（見圖1b），可以觀察到氫氣與氯氣在光照條件下發生爆炸反應，注射器活塞被推動，滴管與注射器中均可以觀察到白霧現象。

（a）

（b）

改進后的實驗具有以下優點：（1）實驗藥品用量較少、實驗裝置簡單、制作方便，制作成本也相對較低，適用于學生自己動手制作實驗裝置以增強“創客”體驗，探索“創客式實驗教學”［3～5］；（2）實驗操作相對容易、實驗用時相對較短、現象較為清晰、安全性較高、過程綠色環保，不僅適用于教師演示實驗，也非常適用于學生的探究實驗。

此外，利用本裝置還可以完成“自制84消毒液”的電化學實驗：在塑料滴管中吸入溶有一定氫氧化鈉的飽和食鹽水，然后將下端鉛芯連接電源正極，上端鉛芯連接電源負極，使得氯氣在上逸過程中能夠與溶液中的氫氧化鈉快速反應。電解結束后，打開魯爾閥，輕輕擠壓滴管管肚，即可將自制的84消毒液滴加在彩色花瓣處，以完成后續相關的性質實驗。

2.2 簡易的萃取分液實驗裝置的改進

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》要求學生初步學會物質分離、提純等化學實驗的基礎知識和基本技能，學習進行物質分離化學實驗及探究活動的核心思路與基本方法。萃取、分液不僅是重要的分離和提純的實驗方法，在生產生活中也具有廣泛的應用。以“從碘水中萃取碘”的實驗為例，在實際教學過程中發現該實驗存在一些值得商榷和改進的地方，例如萃取劑用量相對較大，而且萃取劑四氯化碳有一定毒性，實驗操作也相對復雜，不利于學生動手進行探究實驗。為此，借助塑料滴管、魯爾閥等對該實驗進行如下改進。

首先進行實驗裝置的制作（見圖2）。與前述2.1改進裝置類似，用剪刀將塑料滴管（10mL）尖嘴處剪去部分，使尖嘴處開口略小于魯爾閥口徑，將魯爾閥嵌入塑料滴管，使二者相連，并在連接處用防水膠帶或滴膠密封即可。利用本實驗裝置進行萃取分液實驗時，僅需先擠壓滴管吸取少量試樣，然后倒置滴管，并用手指輕彈滴管外壁，便可使液體順利進入滴管管肚中。再擠壓滴管未裝有液體的部分吸取少量萃取劑，再次倒置滴管，并用手指輕彈滴管外壁，使液體順利進入滴管管肚中，關閉魯爾閥，振蕩滴管，使兩種液體充分混合，然后打開魯爾閥放氣，重復振蕩數次后，將滴管正放靜置。等待液體出現清晰分層后，將滴管管肚上方剪去少許使內外相通（若僅需下層液體，也可用錐子在滴管管肚上方鉆一小孔），將魯爾閥打開，使下層液體沿容器壁緩緩流出。當兩種液體交界面進入魯爾閥孔時，關閉魯爾閥，將上層液體從滴管管肚上方倒出。

改進后的實驗具有以下優點：（1）萃取劑用量與實驗藥品用量均較少，更為安全環保，適用于學生進行探究實驗；（2）實驗裝置簡單、實驗操作方便、現象清晰、用時短，便于在實驗過程中引導學生更多地關注萃取、分液實驗的一般思路與方法。

2.3 氫氧化鋇固體與氯化銨固體反應實驗的改進

氫氧化鋇與氯化銨熱效應的實驗，一般是將氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體放入錐形瓶中，然后在玻璃上滴加少許水，將錐形瓶放置于滴有水的玻璃上，接下來用玻璃棒在燒杯中快速攪拌晶體，氫氧化鋇與氯化銨晶體反應吸熱使得燒杯底部和玻璃片粘合，由此證明該反應吸收熱量。但由于上述實驗在錐形瓶這個敞口容器內進行，產生的氨氣未進行及時處理，會直接擴散到空氣中造成環境污染。此外，上述實驗常因室溫較高，使得冰與玻璃板結合不牢，甚至會出現不結冰的情況，使實驗現象不夠明顯。但當氣溫較低時，由“手摸”錐形瓶來獲得冷感同樣不夠明顯，而且也不能進一步探究反應前后溫度的具體變化值。基于以上問題，借助塑料滴管、溫度傳感器等，作了以下改進。

首先用剪刀將塑料滴管（10mL）尖嘴處剪去部分（以開口處大小可以伸入藥匙末端為宜），用藥匙末端依次將氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體裝入該塑料滴管管肚處，將前述滴管所剪去部分反向嵌入滴管開口處，并用熱熔膠或密封膠帶將連接處密封（亦可在連接處放置蘸有飽和食鹽水的棉花團吸收氨氣），然后將無線溫度傳感器插入塑料滴管管肚（見圖3），連接處也可放置蘸有飽和食鹽水的棉花團。實驗時僅需用手揉搓塑料滴管管肚，使氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體混合反應，并通過溫度傳感器觀察溫度的變化曲線。

本實驗藥品用量微量化，且現象明顯，實驗中基本聞不到氨氣的味道，符合綠色環保理念。借助溫度傳感器獲得的數據是實時化、數字化的，有助于學生理解化學反應中熱量變化這一抽象概念。利用無線溫度傳感器（量程-40～125℃，精度±0.25℃）可提供比水銀或酒精溫度計更精確的數據，不僅提高了測量的精度和速度，也節省了傳統實驗所需的記錄、計算、分析的時間，使實驗的重心可以更多地落到對化學反應熱效應的本質探究和思維提升上。

2.4 簡易氣體制取與性質實驗的改進

中學階段某些氣體的制取與性質實驗較多存在儀器復雜、操作繁瑣、耗時較長、藥品用量較多、有毒氣體逸出等問題，為此，借助塑料滴管、魯爾閥、注射器、針頭等，進行了如下改進。

同樣地，首先用剪刀將塑料滴管（10mL）尖嘴處剪去部分，使尖嘴處開口略小于魯爾閥口徑，用藥匙或鑷子放入固體藥品（如Zn粉）后，將魯爾閥嵌套入塑料滴管，使二者相連，并在連接處用防水膠帶或滴膠密封。實驗時，由滴管管肚至滴管尖嘴處依次擠壓，盡可能地排出塑料滴管中的空氣后，吸取少量液體反應物（如稀鹽酸）（或使用注射器抽取少量上述溶液注入滴管中），關閉魯爾閥后，倒置滴管，用手指輕輕彈擊滴管外壁，使溶液順利進入滴管管肚中，固液接觸，反應開始。實驗中可以將魯爾閥與針頭、注射器等相連（見圖4），進行氣體性質實驗或氣體收集等。實驗結束后，

還可通過魯爾閥注入相關試液進行尾氣處理等。

此外，將本裝置略做改進，還可以達到簡易啟普發生器的效果。僅需將本裝置滴管管肚處用錐子鉆數個小孔，將本裝置滴管管肚浸入液體反應物中，打開魯爾閥，液體反應物進入滴管管肚與固體反應物接觸，反應開始，而當關閉魯爾閥，生成的氣體將液體反應物排出滴管管肚，反應即停止。改進后的實驗具有裝置簡單，易于操作，且通用性強等優點，適用于中學階段涉及的氧氣、氫氣、二氧化硫、氯氣、一氧化氮、二氧化氮等多種氣體的制備以及相關的性質實驗。

3 結語

上述幾個改進實驗，在實際教學過程中取得了較好的效果，對開展化學實驗改進提供了一些新的思路和啟發。此外，基于塑料滴管的實驗裝置本身，在教學實踐中也可以用于學生的創客式實驗教學的開展，在教學中通過引導學生動手進行實驗裝置的改進與制作，幫助學生深入認識實驗的本質，啟迪科學思維，培養創新意識。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 5.

［2］趙雯. 對上海市中小學實驗教學工作的分析與思考［J］. 中國現代教育裝備， 2023，（12）： 5～7.

［3］趙雯， 馬力. 基于膠囊及壓片制樣的實驗設計與改進［J］. 化學教學， 2024，（2）： 62～65.

［4］趙雯. 熱縮管用于中學化學實驗改進的案例［J］. 化學教學， 2023，（3）： 69～72.

［5］趙雯， 馬力. 啟普發生器裝置的新改進［J］. 化學教學， 2022，（7）： 53～56.