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        有毒氣體制備及性質(zhì)探究儀的設(shè)計(jì)與制作

        2012-08-17 06:32:10蔣勝芝
        中國現(xiàn)代教育裝備 2012年18期
        關(guān)鍵詞:電熱絲廣口氣筒

        蔣勝芝

        “以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),是化學(xué)學(xué)科的基本特征之一?!盵1]作為一名一線化學(xué)教師,深知實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中給學(xué)生帶來的深遠(yuǎn)意義。一個(gè)富有創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn),可以引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的探究興趣和對(duì)科學(xué)的憧憬,進(jìn)而在內(nèi)心深處埋下探究科學(xué)的種子。多年來,筆者在化學(xué)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)過程中,對(duì)一些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)及創(chuàng)新整合,使其更利于操作和探究。

        人教版九年級(jí)化學(xué)教材上冊(cè)第二單元課題二《氧氣》一節(jié)中,氧氣具有氧化性,是通過氧氣能與多種物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)來說明的。其中就有“硫在空氣及氧氣中燃燒”的實(shí)驗(yàn),這一實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)操作方法是:先在燃燒匙里放少量的硫粉,然后將燃燒匙放在酒精燈火焰上加熱,直到燃燒匙內(nèi)的硫粉發(fā)生燃燒,觀察硫在空氣中燃燒的現(xiàn)象。再把盛有燃燒著的硫粉的燃燒匙緩慢伸入充滿氧氣的集氣瓶里(氧氣瓶內(nèi)有少量的水,其作用是吸收生成的SO2和及時(shí)熄滅燃燒著的硫粉),進(jìn)一步觀察硫在氧氣中燃燒的現(xiàn)象(如圖1所示)。

        圖1

        一、問題的提出

        1.SO2是一種無色、有刺激性氣味的有毒氣體??諝庵蠸O2的濃度僅為1 ppm時(shí),就會(huì)使人有胸部被壓迫的不適感;當(dāng)濃度達(dá)到8 ppm時(shí),人就會(huì)感到呼吸困難。SO2的危害還在于它常常跟大氣中的飄塵結(jié)合在一起,進(jìn)入人的肺部。按傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作方法,實(shí)驗(yàn)過程中生成的SO2對(duì)實(shí)驗(yàn)者和學(xué)生有直接危害。

        2.即使該實(shí)驗(yàn)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行,也只是將生成的SO2排入大氣中,仍然存在污染問題,還會(huì)影響學(xué)生的觀察。

        3.實(shí)驗(yàn)過程中,瓶底少量的水僅能吸收很少的SO2,致使較多的SO2逸散到空氣中,對(duì)環(huán)境造成污染。

        基于以上問題,筆者多年來一直在探索既能順利完成實(shí)驗(yàn)又不造成空氣污染的方法。經(jīng)過一次次的實(shí)驗(yàn)、一次次的改進(jìn),終于制作出了有毒氣體制備及性質(zhì)探究儀。

        二、儀器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

        1.儀器結(jié)構(gòu)

        圖2

        如圖2所示:

        1是儲(chǔ)氣罐,儲(chǔ)有氧氣,由閥門控制氧氣的進(jìn)入,以便觀察硫粉在氧氣中燃燒的現(xiàn)象。

        2是皮老虎,可以通過它鼓入空氣。

        3是硫粉燃燒的發(fā)生裝置。這也是該探究儀的亮點(diǎn)之一,注射器下端固定電熱絲,可以升降,當(dāng)接通電源將硫粉引燃后,可以提起,防止電熱絲被氧化;鼓入的空氣或氧氣由導(dǎo)管進(jìn)入裝置內(nèi)的聚氣器,使氣體在聚氣器內(nèi)向外溢,為燃燒匙內(nèi)硫粉的充分燃燒提供條件。當(dāng)皮老虎鼓入空氣時(shí),可以觀察硫粉在空氣中燃燒的現(xiàn)象,當(dāng)儲(chǔ)氣罐中的氧氣進(jìn)入時(shí),可以觀察硫粉在氧氣中燃燒的現(xiàn)象。整個(gè)發(fā)生裝置是密閉的。

        4是盛有濃氫氧化鈉溶液的一級(jí)吸收裝置,發(fā)生裝置中生成的SO2在這里被濃氫氧化鈉溶液吸收。

        5是二級(jí)吸收裝置,將4中未吸收完的SO2再次吸收。

        6是兩用氣筒,可以與皮老虎配合使用(皮老虎為首端加壓,兩用氣筒為末端減壓)作為裝置中氣體流動(dòng)的動(dòng)力來源。

        7是氣囊,兩用氣筒抽出的氣體中可能會(huì)有少量SO2,可用其收集。

        如果增加圖3裝置,還可進(jìn)行酸雨危害的模擬實(shí)驗(yàn)、SO2漂白作用的實(shí)驗(yàn)。將該裝置放于裝置3,4之間,裝置3中生成的SO2進(jìn)入圖3的裝置中將鮮花漂白,驗(yàn)證了SO2的漂白作用,同時(shí)也證明了酸雨對(duì)植物的危害。

        圖3

        2.儀器特點(diǎn)

        (1)該探究儀使用方便,反應(yīng)可以隨時(shí)發(fā)生、隨時(shí)停止,節(jié)約高效,減少污染。

        (2)現(xiàn)象明顯,可觀性強(qiáng)。

        (3)使用范圍廣:初中化學(xué)硫在空氣及氧氣中的燃燒、SO2的漂白作用、酸雨危害的模擬實(shí)驗(yàn);高中化學(xué)NO2的制備及性質(zhì)探究。

        (4)符合化學(xué)儀器管道化、綠色化、人文化的特點(diǎn)。

        三、制作方法

        (1)做一個(gè)能盛下3~ 4個(gè)500 mL廣口瓶的底座。

        (2)準(zhǔn)備3~4個(gè)500 mL的廣口瓶,每個(gè)廣口瓶配10號(hào)的橡膠塞。第一個(gè)膠塞打6個(gè)孔,配一廣口瓶作為氣體制備裝置1;第二個(gè)膠塞打3個(gè)孔,與另一個(gè)廣口瓶作為性質(zhì)驗(yàn)證裝置2;第三、第四個(gè)膠塞為兩孔,與另外2個(gè)廣口瓶作為一、二級(jí)吸收裝置3和裝置4。

        (3)將3~4個(gè)廣口瓶用橡膠管連在一起,并在每處備有止水夾,組成有毒氣體制備及性質(zhì)探究儀。

        (4)輔助設(shè)備:儲(chǔ)氣罐、兩用氣筒、尾氣袋、注射器等。

        四、使用方法

        (1)準(zhǔn)備:在裝置1中放入適量硫粉;在性質(zhì)驗(yàn)證裝置2中放入一朵鮮花;在裝置3、裝置4中加入適量的濃氫氧化鈉溶液,用橡膠管將儲(chǔ)氣罐以及裝置1,2,3,4連接;備好兩用氣筒和氣袋;調(diào)節(jié)好調(diào)壓器(電壓小于30 V)。

        (2)實(shí)驗(yàn):接通電源,加熱電熱絲,將燃燒匙中的硫粉引燃(在密閉容器中將硫粉引燃,避免SO2向空氣中逸散),然后將電熱絲提起并切斷電源(防止電熱絲被氧化)。輕輕地鼓入適量的空氣,觀察硫在空氣中燃燒的現(xiàn)象。然后關(guān)閉皮老虎,打開氧氣儲(chǔ)氣罐的活塞,鼓入氧氣,這時(shí)可看到硫在氧氣中燃燒,產(chǎn)生明亮的藍(lán)紫色火焰。

        (3)對(duì)比實(shí)驗(yàn)做完后關(guān)閉儲(chǔ)氣罐的閥門,再用皮老虎鼓入空氣,同時(shí)用兩用氣筒在末端抽氣,直到裝置2內(nèi)的SO2很少為止。

        (4)還可以在裝置3和裝置4之間增加若干裝置,驗(yàn)證酸雨對(duì)金屬的腐蝕、酸雨對(duì)大理石建筑的危害等。

        五、優(yōu)點(diǎn)

        (1)整個(gè)硫的燃燒過程、SO2性質(zhì)的驗(yàn)證過程、SO2的被吸收過程,都在密閉裝置中進(jìn)行,符合化學(xué)自制教具的管道化、封閉化的走向特點(diǎn)。

        (2)操作簡單、現(xiàn)象明顯、安全可行,可隨時(shí)控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。

        (3)材料簡單、成本低,所用儀器規(guī)范,符合儀器化的特點(diǎn)。

        (4)該探究儀知識(shí)容量大,探究功能齊全,氣體發(fā)生裝置還可用于空氣中氧氣含量的測定、質(zhì)量守恒定律、燃燒條件的探究等實(shí)驗(yàn)。

        六、拓展

        該探究儀可供初中、高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用。初中化學(xué)中“硫的燃燒”實(shí)驗(yàn)、“分子運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)以及高中化學(xué)中“NO2,H2S氣體的制備”等實(shí)驗(yàn)。

        著名的教育家蘇霍姆林斯基說過:“在人的心靈深處,都有一種根深蒂固的需要,這就是希望感到自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者。而在兒童的精神世界中,這種需要特別強(qiáng)烈?!币粋€(gè)人如果有了積極的科學(xué)情感和旺盛的探究熱情,他的能力就會(huì)提高得很快,知識(shí)面會(huì)很快拓寬與深化[2]。如果能在平時(shí)的教學(xué)活動(dòng)中滲透一種思想:科學(xué)探究永無止境,科學(xué)的路上要鍥而不舍,并通過各種方式將學(xué)生心靈深處的那種希望挖掘出來,激發(fā)學(xué)生的探究熱情,使科學(xué)探究的種子在他們的內(nèi)心深處生根、發(fā)芽。

        [1]義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)解讀[M].北京:高等教育出版社,2012.

        [2]鐘啟泉.課程的邏輯[M].上海:華東師范大學(xué)出版社,2008.

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