一种可进行多项实验革新的简易实验装置

2021-11-24 14:44田琪
化学教与学 2021年9期
关键词:实验创新实验探究

田琪

摘要:基于对实验原理的深度理解,利用生活和实验室中的常见物品,创新设计了一种液体与金属反应生成气体的简易实验装置。在教学活动中应用该装置,可对教材中多个化学实验进行改进和革新,启发学生创新设计多种实验方案,形成系列金属与溶液反应的案例,并可进行铁的吸氧腐蚀、氢氧化亚铁制备的创新实验,极大地激发了学生的创造性和深度学习的热情。

关键词:实验探究;实验创新;钠与水反应;吸氧腐蚀;氢氧化亚铁

文章编号:1008-0546(2021)09-0090-02

中图分类号:G632.41

文献标识码:B

doi: 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.023

《普通高中化学课程标准(2017年版)》提出重视开展“素养为本”的教学,倡导开展以化学实验为主的多种探究活动,激发学生学习化学的兴趣,促进学生学习方式的转变,培养他们的创新精神和实践能力[1]。

基于在课堂教学中发现的问题,充分利用生活中的常见物品,基于科学性、实用性、绿色化的原则,设计富有特色的实验和实践活动,清晰呈现实验现象,可引导学生深度理解实验原理,激发学生的创造性。

笔者在多年教学实践中,应用图1所示的简易实验装置,进行多项实验创新取得成功,既简化了操作过程,也增强了实验现象,同时利于在课堂中开展探究性教学活动。

一、利用简易实验装置进行钠与水反应的创新实验

1.教材中钠与水反应的实验

人教版教材中关于钠与水反应[2]的实验装置如图2(a)、图2(b)。其缺点是(1)钠与水反应与收集气体的实验需要分两次实验进行,(2)用镊子夹包有钠块的铝箔进行实验时,钠容易脱落入水中,且铝箔在碱性条件下也会与水反应生成氢气。

2.钠与水反应的创新实验

将该实验利用图1装置进行创新改进,如图3所示。

钠与水反应创新实验的操作:在橡皮塞上插一根大头针(针头朝下),用大头针插取一小块吸干煤油的金属钠,在塑料瓶中装大半瓶水,实验时,先打开止水夹,手指压紧小孔并挤压塑料瓶,使水沿玻管上升至全充满,排尽导管中空气,立即夹上止水夹(确保安全性)。此时钠块掉入管内的水中,可看到钠熔化成小球并在水面上游动,产生的氢气迅速充满玻璃管的中上部。手指堵住塑料瓶小孔,打开止水夹,并点燃氢气(挤压力度的大小可控制火焰的大小)。玻璃管事先标有刻度,点燃前可直接读取生成的气体体积。

3.钠与水反应的创新实验优点

将两次实验集成为一次实验,使操作更简便,更易控制,同时节约了实验时间。反应体系密闭且用排水法排尽管内空气,使实验更安全,同时可定量测定生成气体的体积,方便直观。

二、利用简易实验装置进行铝条与NaOH溶液或稀H2SO4反应实验、铜丝与稀HNO3反应实验

1.铝条与NaOH溶液或稀H2SO4反应

装置如图4,在塑料瓶中加人大半瓶NaOH溶液或稀H2SO4,在玻璃管中放一卷铝条,实验时,先打开止水夹,手指压紧小孔并挤压塑料瓶,使溶液沿玻管上升至全充满,排尽管中空气,立即夹上止水夹。此时铝条与溶液接触发生反应,可看到产生的氢气迅速充满玻璃管的中上部。手指堵住塑料瓶小孔,打开止水夹,并点燃氢气。

2.铜丝与稀HNO3反应

装置如图5,在塑料瓶中加入稀HNO3,在玻璃管中放一卷铜丝,实验时,先打开止水夹,手指压紧小孔并挤压塑料瓶,使溶液沿玻管上升至全充满,排尽管中空气,立即夹上止水夹。此时铜丝与溶液接触发生反应,可看到生成无色气体,再打开止水夹,并轻轻松开小孔片刻,使适量空气进入,管内气体变为红棕色。 上述实验可观察到无色NO气体被氧化成红棕色NO2气体的过程,操作简便,实验效果好,现象明显。

三、利用简易实验装置进行铁丝的吸氧腐蚀实验

铁丝的吸氧腐蚀实验装置如图6所示,将铁丝卷成螺旋状放入玻璃管,检查气密性后,打开止水夹,挤压塑料瓶,使铁丝浸在食盐水中一会儿,再吸入空气,关闭止水夹,用红线标记玻璃管中液面位置,放置一段時间后,观察固体表面和液面读数的变化,液面上升,说明发生了吸氧腐蚀。

四、利用简易实验装置进行制备Fe(OH)2的实验

将上端活塞处的尖嘴管换成废旧酸式滴定管的一部分,制备Fe(OH)2实验的创新装置如图7所示。

塑料瓶内的液体为稀硫酸,向玻璃管中压人稀硫酸,使铁丝与稀硫酸反应,制得FeSO4溶液和H2(作保护气),再慢慢旋转活塞,滴人NaOH溶液,可清楚地看到玻管中产生大量的白色沉淀且较长时间不变色。

五、结语

本研究性实验利用生活和实验室中常见的物品,从改进钠与水反应的实验到一系列金属与溶液的反应,引导学生利用启普发生器原理创新设计得到此简易的实验装置,从定性和定量的角度优化实验装置,体验了科学创新的乐趣。在教学中,可针对教材实验设计的不足,启发学生利用此装置进行创新设计,使学生进一步熟悉气体制备、检验、定量测定等基本操作,培养学生的团队合作意识、绿色化的实验理念和科学研究能力。极大地激发了学生的好奇心和想象力,激发学生深度学习的热情,提高化学实验创新设计能力、实验操作能力,提升化学学科核心素养。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018:2

[2]化学课程教材研究发展中心.普通高中教科书(化学必修第一册)[M].北京:人民教育出版社,2019:34

*本文系南京市教育科学“十三五”规划重点课题“基于新课标的高中化学‘群师课堂建设的研究”(U2018/373)阶段性研究成果。

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