U形管在化学实验中的妙用

许大雨 魏 海

U形管因其外形酷似英文字母U而得名，其实质是将一根玻璃管弯曲成U形。U形管既是结构对称的弯曲玻璃管，又是无缝相连的两支弯底试管，因其特殊的结构，所以在化学实验中有很多巧妙地应用。

一、探究蜡烛燃烧的产物

1.原实验的不足

教科书上介绍的实验方法，是在蜡烛火焰上罩一个干冷的烧杯，观察烧杯内壁是否有水珠出现(如图1所示)；然后再把烧杯快速翻转过来，倒入适量的澄清石灰水，观察石灰水是否变浑浊。

图1 教科书上检验蜡烛燃烧产物的实验装置

由于烧杯口大，因而难以聚集较多的燃烧产物，实验现象不够明显；再者，由于烧杯壁薄，易吸热发烫，造成水蒸气不易在杯壁上冷凝。

2.改进后的实验

(1)实验装置

改进后的实验装置如图2所示(夹持装置略)。

图2 利用U形管检验蜡烛燃烧的产物

(2)实验操作

①取一个小烧杯，内盛适量的澄清石灰水；再取一个20 mm×200 mm的U形管。

②取一支长短合适的细蜡烛，点燃，然后如图2所示连好实验装置。

③当蜡烛燃烧大约1 min时，可以观察到澄清的石灰水变浑浊，U形管内壁附有大量的水雾。

④拿起U形管，然后吹灭蜡烛；最后整理实验仪器。

(3)实验结论

①澄清的石灰水变浑浊，说明蜡烛燃烧的产物有二氧化碳；U形管内壁附有大量的水雾，说明蜡烛燃烧的产物还有水。

②根据蜡烛燃烧的产物，还可以知道蜡烛中含有碳、氢元素。

(4)实验优点

①本实验中，热气流大量上升，澄清石灰水中会有气泡冒出，且很快变浑浊。由于U形管较长，因而水蒸气容易在远离火焰的管壁上液化。

②实验现象明显，可以反复演示，也可以用作学生的实验分组。

二、演示“空中生烟”实验

1.原实验的不足

教科书上介绍的实验方案，其操作是完全暴露在空气中的(把两根分别蘸有浓盐酸、浓氨水的玻璃棒相互靠近，两根玻璃棒之间会生成一股白烟，如图3所示)。

图3 教科书上“空中生烟”的实验设计

这样设计虽然实验现象明显，但对室内环境造成了一定的污染，违背了绿色化学的理念。

2.改进后的实验

(1)实验装置

改进后的实验装置如图4所示(夹持装置略)。

图4 利用U形管演示“空中生烟”实验

(2)实验操作

①取一个25 mm×250 mm的U形管。

②在U形管的两个支管中部，分别塞入一团大小合适的棉花；然后在靠近管口处，分别粘贴一张湿润的蓝色石蕊试纸、一张湿润的红色石蕊试纸。

③往两个支管内的棉花团上分别滴加少量的浓盐酸、浓氨水，然后立即在两个管口上分别塞紧橡皮塞。

④很快观察到，湿润的蓝色石蕊试纸变成了红色，湿润的红色石蕊试纸变成蓝色；并且U形管的中下部(靠近浓盐酸的一侧)“浓烟滚滚”，进而整个U形管中下部都充满了白烟。

⑤等到白烟完全消失，拆开装置，整理实验仪器。

(3)实验结论

①湿润的蓝色石蕊试纸没有直接接触浓盐酸却变成了红色，湿润的红色石蕊试纸没有直接接触浓氨水却变成了蓝色，说明氯化氢分子、氨分子都在不停地运动。

②在U形管的中下部靠近浓盐酸的一侧，最先出现白烟，说明氨分子运动的速率明显快于氯化氢分子。

③氯化氢与氨气化合产生氯化铵固体：NH4+HCl=NH4Cl。

(4)实验优点

①本实验在封闭的体系内进行，对环境没有污染，有利于学生树立保护环境的意识。

②实验现象丰富、明显，增强了化学实验的趣味性。

③本实验不仅说明微粒不断运动，还说明不同的分子在相同条件下的运动速率有所不同，从而拓展学生的视野。

三、利用U形管做活性炭的吸附实验

1.原实验的不足

教科书上说明活性炭具有吸附性的实验(如图5所示)，需要的活性炭较多，因此实验不够简约。

图5 教科书上活性炭净水器示意图

2.改进后的实验

(1)实验装置

改进后的实验装置如图6所示(夹持装置略)。

图6 借助U形管做活性炭的吸附实验

(2)实验操作

①取一个25 mm×250 mm的U形管，在其中下部装入足量的活性炭(约占U形管容积的一半)，然后在两个支管的活性炭表面各塞上一团棉花，并用玻璃棒将棉花分别压实一些。

②向U形管的左支管中缓慢的注入适量的红色水(可在自来水中滴加几滴红墨水即可)，静置。红色水会慢慢向下渗透，并进入U形管的底部，在U形管的右支管里缓慢上升，进而在右支管的活性炭表面会持续冒出无色的水。

③当左右两个支管里的水面离管口有大约2 cm的距离时，停止加水。最终，两个支管内的水面持平。

(3)实验结论

当红色的水穿过活性炭层以后，变为无色的水，充分说明活性炭可以吸附色素。

(4)实验优点

①实验操作方便，实验的对比性强。

②有利于培养学生的科学方法，如对比法、移植法、替换法等。

四、结语

U形管虽然是常规仪器，但只要我们勤于尝试、善于发现、勇于思考，就能依托U形管开发出更多的化学实验，这不仅丰富了中学实验装备，也为化学教学开展素质教育提供了更大的平台，从而提高实验教学的有效性，发展学生在化学课中的创造性。

(致谢：本文在写作过程中，得到江苏省特级教师李德前的帮助，谨表谢意)。

参考文献

[1]王海生.U型管在初中化学实验中的妙用[J].成功:教育版,2013(5):41-42.

[2]李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法[J].化学教学,2013(3):65-68.

[3]郭建虹.在初中化学教学中精用对比教学法:例谈“水的净化”教学设计[J].中学化学教学参考,2014(5):17-19.