王義堂 李桂芬 陳興順

一、問題的提出

有關(guān)氣體制取和性質(zhì)驗(yàn)證的教學(xué)是初中化學(xué)教學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。氣體的發(fā)生裝置主要有兩套，分別是“固固反應(yīng)，反應(yīng)需加熱”類型和“固液反應(yīng)，反應(yīng)不需加熱”類型。氣體的性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，由于獨(dú)立、不連續(xù)，并且整個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)所用的儀器多，因此更適合在講臺(tái)上操作，不便于課堂巡回展示，這樣對坐在教室后面的學(xué)生來說，實(shí)驗(yàn)的能見度很低，課堂教學(xué)效果大打折扣。能否開發(fā)出便于巡回展示的理想教具，向全體學(xué)生呈現(xiàn)明顯的、可近距離觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使學(xué)生獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論從而獲得知識(shí)呢？

通過對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置圖進(jìn)行仔細(xì)研究、分析，對學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)效性進(jìn)行反思、整理和歸納，筆者發(fā)現(xiàn)，如果創(chuàng)建一種可用的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，教師在展示這些綜合性實(shí)驗(yàn)時(shí)，就能大大提高實(shí)驗(yàn)的可觀察性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性。因此，筆者本著有效、節(jié)約、創(chuàng)新的原則，設(shè)計(jì)制作了這套多功能氣體制取和性質(zhì)驗(yàn)證系列實(shí)驗(yàn)演示器。

二、多功能氣體制取和性質(zhì)驗(yàn)證系列實(shí)驗(yàn)演示器的設(shè)計(jì)及組裝說明

1.鐵夾的設(shè)計(jì)

(1)取直徑分別為2.1 cm和1.9 cm，長度分別為13 cm和23.5 cm的兩段鐵管套在一起(如圖1所示)。

圖1

(2)升降設(shè)計(jì)

取拉桿伸縮套鎖(如圖2所示)，將兩段鐵管套在一起，制成一個(gè)可升降的鐵架(如圖3所示)，以便隨時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)生裝置的高度。

圖2拉桿伸縮套鎖

圖3 可升降的鐵架

(3)傾斜度與方向設(shè)計(jì)

將里面鋼管的上端穿孔擰上螺絲，孔內(nèi)插入鐵夾，以便通過螺絲的調(diào)節(jié)隨時(shí)調(diào)節(jié)鐵夾的傾斜度和方向(如圖4所示)。

圖4

2.演示平臺(tái)設(shè)計(jì)

(1)取一塊30 cm×60 cm的木板，在木板左邊旋孔，孔的大小剛好可插入鐵管，一共10個(gè)孔，分成兩排(如圖5所示)，這樣不僅可調(diào)節(jié)發(fā)生裝置的橫向距離，也可調(diào)節(jié)發(fā)生裝置的縱向距離。

圖5

(2)“固固反應(yīng)”(如圖6所示) “固液反應(yīng)”(如圖7、圖8所示)兩裝置融合的設(shè)計(jì)

將鐵夾放入演示平臺(tái)左邊的孔中制成發(fā)生裝置，不固定，這樣通過鐵夾的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)兩種發(fā)生裝置的有機(jī)融合。

圖6 “固固反應(yīng)，反應(yīng)需加熱”

圖7 “固液反應(yīng)，反應(yīng)不需加熱”類型一

圖8 “固液反應(yīng)，反應(yīng)不需加熱”類型二

(3)氧化還原反應(yīng)的設(shè)計(jì)(如圖9所示)

圖9 氧化還原反應(yīng)裝置

(4)驗(yàn)證裝置的設(shè)計(jì)

在木板的右邊用可升降的鐵桿制成驗(yàn)證裝置(如圖10、圖11所示)。升起支架(如圖12所示)，可用試管連接成連續(xù)的驗(yàn)證及除雜裝置(如圖13所示)，下放支架則為平臺(tái)，可用于用燒杯盛放液體的驗(yàn)證以及氣體的收集(如圖14所示)。

圖10 升降試管支架

圖11 俯視圖

圖12 升降試管支架(升起)

圖13 氣體的連續(xù)驗(yàn)證及除雜

圖14 降低試管支架則為平臺(tái)

三、多功能氣體制取和性質(zhì)驗(yàn)證系列實(shí)驗(yàn)演示器的應(yīng)用

1.“固固反應(yīng)，反應(yīng)需加熱”類型氣體制取及性質(zhì)驗(yàn)證的應(yīng)用

將鐵夾橫插并且稍微傾斜(目的是為了讓試管口略向下傾斜)，將鐵管插在下邊一排的圓孔上，可用于“固固反應(yīng)，反應(yīng)需加熱”類型氣體制取和性質(zhì)驗(yàn)證，例如高錳酸鉀制氧氣、氯酸鉀制氧氣等，將右邊裝置下放，可在臺(tái)上進(jìn)行氧氣的收集和驗(yàn)證。如果將試管換成玻璃彎管，把酒精燈換成酒精噴燈，也可用于木炭和氧化銅的反應(yīng)(如圖15所示)。

圖15

2.“固液反應(yīng)，反應(yīng)不需加熱”類型氣體制取及性質(zhì)驗(yàn)證的應(yīng)用

將鐵管向右旋轉(zhuǎn)，用螺絲調(diào)節(jié)鐵夾，夾持住直立的反應(yīng)容器的試管(如圖16所示)，或者直接撤去鐵管，在驗(yàn)證支架的左邊放上錐形瓶、廣口瓶、啟普發(fā)生器等(如圖17所示)，又可適用于初中化學(xué)中“固液反應(yīng)，反應(yīng)不需加熱”類型氣體的制取和驗(yàn)證，例如雙氧水制氧氣、實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳、實(shí)驗(yàn)室制取氫氣等，并且可連續(xù)驗(yàn)證氣體的性質(zhì)，例如二氧化碳的性質(zhì)(與石蕊反應(yīng)、與石灰水反應(yīng))等。

圖16

圖17

3.氧化還原反應(yīng)氣體的性質(zhì)驗(yàn)證及生成物的驗(yàn)證、除雜、尾氣處理

在左邊的孔中插上兩支將鐵夾豎插的鐵管，并且在鐵夾上夾上玻璃管(如圖18所示)，就能做氫氣和氧化銅反應(yīng)、一氧化碳和氧化銅反應(yīng)、一氧化碳和氧化鐵反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)和生成物驗(yàn)證及除雜、尾氣處理，如果將氧化銅粉換成氧化銅片的話，還可用于木炭和氧化銅的反應(yīng)。

圖18

四、儀器創(chuàng)新的意義

(1)利用木板作為演示平臺(tái)，將綜合性實(shí)驗(yàn)移到這個(gè)展示平臺(tái)上來進(jìn)行，提高了實(shí)驗(yàn)的可觀察性和有效性。

(2)通過自制的可升降鐵架(帶可通過旋轉(zhuǎn)便可調(diào)節(jié)方向的鐵夾)，將初中化學(xué)中“固固反應(yīng)，反應(yīng)需加熱”類型和“固液反應(yīng)，反應(yīng)不需加熱”類型的兩種裝置有機(jī)融合在一起，解決了初中化學(xué)學(xué)習(xí)中的綜合實(shí)驗(yàn)所用儀器多，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)眼花繚亂，影響學(xué)生知識(shí)掌握的缺點(diǎn)。

(3)通過可升降的連續(xù)驗(yàn)證裝置(升起為“架”，放下為“臺(tái)”)，將有關(guān)氣體的性質(zhì)驗(yàn)證、除雜、尾氣處理集于一體，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，降低了操作難度和對儀器的要求，使實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)變得簡便快捷，而且效果更加理想。

(4)演示器集初中化學(xué)教材中多種氣體的制法、性質(zhì)驗(yàn)證及除雜于一體，儀器簡便美觀，操作連續(xù)簡單，原理通俗易懂，節(jié)省藥品和時(shí)間，極大地培養(yǎng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。

五、教學(xué)成效

應(yīng)用這套裝置的課堂教學(xué)實(shí)踐證明，教具能有效地幫助學(xué)生建立直觀感性的認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生的創(chuàng)造性綜合思維能力的形成。在教具制作過程中，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生的積極思維，幫助學(xué)生分析思考，提出問題，從而使復(fù)雜問題簡單化，使知識(shí)內(nèi)容變得容易理解和接受，有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力及動(dòng)手操作能力，提高教學(xué)實(shí)效。再者，該教具體現(xiàn)了“廢物利用”的創(chuàng)造思想，利用了“改變”“代替”“重組”“借用”“變通”等創(chuàng)造思路和手法，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的發(fā)散性思維，培養(yǎng)了學(xué)生的節(jié)約、環(huán)保和創(chuàng)造意識(shí)。