一種可進(jìn)行多項實驗革新的簡易實驗裝置

田琪

摘要：基于對實驗原理的深度理解，利用生活和實驗室中的常見物品，創(chuàng)新設(shè)計了一種液體與金屬反應(yīng)生成氣體的簡易實驗裝置。在教學(xué)活動中應(yīng)用該裝置，可對教材中多個化學(xué)實驗進(jìn)行改進(jìn)和革新，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計多種實驗方案，形成系列金屬與溶液反應(yīng)的案例，并可進(jìn)行鐵的吸氧腐蝕、氫氧化亞鐵制備的創(chuàng)新實驗，極大地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性和深度學(xué)習(xí)的熱情。

關(guān)鍵詞：實驗探究;實驗創(chuàng)新;鈉與水反應(yīng);吸氧腐蝕;氫氧化亞鐵

文章編號：1008-0546（2021）09-0090-02

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.023

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，倡導(dǎo)開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力[1]。

基于在課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，充分利用生活中的常見物品，基于科學(xué)性、實用性、綠色化的原則，設(shè)計富有特色的實驗和實踐活動，清晰呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象，可引導(dǎo)學(xué)生深度理解實驗原理，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

筆者在多年教學(xué)實踐中，應(yīng)用圖1所示的簡易實驗裝置，進(jìn)行多項實驗創(chuàng)新取得成功，既簡化了操作過程，也增強了實驗現(xiàn)象，同時利于在課堂中開展探究性教學(xué)活動。

一、利用簡易實驗裝置進(jìn)行鈉與水反應(yīng)的創(chuàng)新實驗

1.教材中鈉與水反應(yīng)的實驗

人教版教材中關(guān)于鈉與水反應(yīng)[2]的實驗裝置如圖2（a）、圖2（b）。其缺點是（1）鈉與水反應(yīng)與收集氣體的實驗需要分兩次實驗進(jìn)行，（2）用鑷子夾包有鈉塊的鋁箔進(jìn)行實驗時，鈉容易脫落入水中，且鋁箔在堿性條件下也會與水反應(yīng)生成氫氣。

2.鈉與水反應(yīng)的創(chuàng)新實驗

將該實驗利用圖1裝置進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，如圖3所示。

鈉與水反應(yīng)創(chuàng)新實驗的操作：在橡皮塞上插一根大頭針（針頭朝下），用大頭針插取一小塊吸干煤油的金屬鈉，在塑料瓶中裝大半瓶水，實驗時，先打開止水夾，手指壓緊小孔并擠壓塑料瓶，使水沿玻管上升至全充滿，排盡導(dǎo)管中空氣，立即夾上止水夾（確保安全性）。此時鈉塊掉入管內(nèi)的水中，可看到鈉熔化成小球并在水面上游動，產(chǎn)生的氫氣迅速充滿玻璃管的中上部。手指堵住塑料瓶小孔，打開止水夾，并點燃?xì)錃猓〝D壓力度的大小可控制火焰的大?。２ＡЧ苁孪葮?biāo)有刻度，點燃前可直接讀取生成的氣體體積。

3.鈉與水反應(yīng)的創(chuàng)新實驗優(yōu)點

將兩次實驗集成為一次實驗，使操作更簡便，更易控制，同時節(jié)約了實驗時間。反應(yīng)體系密閉且用排水法排盡管內(nèi)空氣，使實驗更安全，同時可定量測定生成氣體的體積，方便直觀。

二、利用簡易實驗裝置進(jìn)行鋁條與NaOH溶液或稀H2SO4反應(yīng)實驗、銅絲與稀HNO3反應(yīng)實驗

1.鋁條與NaOH溶液或稀H2SO4反應(yīng)

裝置如圖4，在塑料瓶中加人大半瓶NaOH溶液或稀H2SO4，在玻璃管中放一卷鋁條，實驗時，先打開止水夾，手指壓緊小孔并擠壓塑料瓶，使溶液沿玻管上升至全充滿，排盡管中空氣，立即夾上止水夾。此時鋁條與溶液接觸發(fā)生反應(yīng)，可看到產(chǎn)生的氫氣迅速充滿玻璃管的中上部。手指堵住塑料瓶小孔，打開止水夾，并點燃?xì)錃狻?/p>

2.銅絲與稀HNO3反應(yīng)

裝置如圖5，在塑料瓶中加入稀HNO3，在玻璃管中放一卷銅絲，實驗時，先打開止水夾，手指壓緊小孔并擠壓塑料瓶，使溶液沿玻管上升至全充滿，排盡管中空氣，立即夾上止水夾。此時銅絲與溶液接觸發(fā)生反應(yīng)，可看到生成無色氣體，再打開止水夾，并輕輕松開小孔片刻，使適量空氣進(jìn)入，管內(nèi)氣體變?yōu)榧t棕色。 上述實驗可觀察到無色NO氣體被氧化成紅棕色NO2氣體的過程，操作簡便，實驗效果好，現(xiàn)象明顯。

三、利用簡易實驗裝置進(jìn)行鐵絲的吸氧腐蝕實驗

鐵絲的吸氧腐蝕實驗裝置如圖6所示，將鐵絲卷成螺旋狀放入玻璃管，檢查氣密性后，打開止水夾，擠壓塑料瓶，使鐵絲浸在食鹽水中一會兒，再吸入空氣，關(guān)閉止水夾，用紅線標(biāo)記玻璃管中液面位置，放置一段時間后，觀察固體表面和液面讀數(shù)的變化，液面上升，說明發(fā)生了吸氧腐蝕。

四、利用簡易實驗裝置進(jìn)行制備Fe（OH）2的實驗

將上端活塞處的尖嘴管換成廢舊酸式滴定管的一部分，制備Fe（OH）2實驗的創(chuàng)新裝置如圖7所示。

塑料瓶內(nèi)的液體為稀硫酸，向玻璃管中壓人稀硫酸，使鐵絲與稀硫酸反應(yīng)，制得FeSO4溶液和H2（作保護(hù)氣），再慢慢旋轉(zhuǎn)活塞，滴人NaOH溶液，可清楚地看到玻管中產(chǎn)生大量的白色沉淀且較長時間不變色。

五、結(jié)語

本研究性實驗利用生活和實驗室中常見的物品，從改進(jìn)鈉與水反應(yīng)的實驗到一系列金屬與溶液的反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生利用啟普發(fā)生器原理創(chuàng)新設(shè)計得到此簡易的實驗裝置，從定性和定量的角度優(yōu)化實驗裝置，體驗了科學(xué)創(chuàng)新的樂趣。在教學(xué)中，可針對教材實驗設(shè)計的不足，啟發(fā)學(xué)生利用此裝置進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉氣體制備、檢驗、定量測定等基本操作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識、綠色化的實驗理念和科學(xué)研究能力。極大地激發(fā)了學(xué)生的好奇心和想象力，激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的熱情，提高化學(xué)實驗創(chuàng)新設(shè)計能力、實驗操作能力，提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：2

[2]化學(xué)課程教材研究發(fā)展中心.普通高中教科書（化學(xué)必修第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2019：34

*本文系南京市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃重點課題“基于新課標(biāo)的高中化學(xué)‘群師課堂建設(shè)的研究”（U2018/373）階段性研究成果。