姚亮發(fā)+林師龍+張賢金

摘要：從改進(jìn)背景、改進(jìn)思路、一體化實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象以及一體化裝置等方面，對(duì)我國(guó)中學(xué)化學(xué)中的“加熱碳酸氫銨”“微粒運(yùn)動(dòng)”“驗(yàn)證二氧化硫性質(zhì)”等三個(gè)敞口實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)研究。通過(guò)一體化設(shè)計(jì)，不僅減少實(shí)驗(yàn)對(duì)空氣的污染，節(jié)約實(shí)驗(yàn)藥品，縮短反應(yīng)時(shí)間，而且使反應(yīng)生成物的驗(yàn)證更加可視化。同時(shí)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可操作性、環(huán)保性與創(chuàng)新性。

關(guān)鍵詞：加熱碳酸氫銨；微粒運(yùn)動(dòng)；二氧化硫性質(zhì)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；一體化設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）10–0052–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和操作能力的重要手段，但是我國(guó)中學(xué)化學(xué)教材中的一些實(shí)驗(yàn)在操作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生部分有刺激性或有毒性氣體，如氨氣、二氧化硫等，這些氣體逸散在教室中，會(huì)危害學(xué)生的身心健康，不符合環(huán)保理念。將中學(xué)化學(xué)教材中原有敞口實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)成在密閉體系中發(fā)生的一體化反應(yīng)裝置，不僅能減少實(shí)驗(yàn)對(duì)空氣的污染，節(jié)約實(shí)驗(yàn)藥品，縮短反應(yīng)時(shí)間，而且能使反應(yīng)生成物的驗(yàn)證更為可視化，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可操作性、環(huán)保性與創(chuàng)新性。本文以我國(guó)中學(xué)化學(xué)教材中的“加熱碳酸氫銨”“微粒運(yùn)動(dòng)”“驗(yàn)證二氧化硫性質(zhì)”等三個(gè)實(shí)驗(yàn)為例，探討中學(xué)化學(xué)教材中敞口實(shí)驗(yàn)的一體化設(shè)計(jì)問(wèn)題。

1 加熱碳酸氫銨實(shí)驗(yàn)的一體化設(shè)計(jì)

1.1 改進(jìn)背景

上海教育出版社2012年1月出版的《化學(xué)》（九年級(jí)上冊(cè)），第1章《開(kāi)啟化學(xué)之門(mén)》第1節(jié)“化學(xué)給我們帶來(lái)什么”中，加熱碳酸氫銨實(shí)驗(yàn)是這樣敘述的：在蒸發(fā)皿中放少量碳酸氫銨，將蒸發(fā)皿放在酒精燈上加熱，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象[1]（見(jiàn)圖1）。該實(shí)驗(yàn)在操作過(guò)程中有以下兩點(diǎn)不足：一是加熱后產(chǎn)生的氨氣逸散在空氣中，造成空氣污染，不適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)；二是生成的三種物質(zhì)沒(méi)辦法全部用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，缺乏說(shuō)服力。

1.2 改進(jìn)思路

本實(shí)驗(yàn)有教師進(jìn)行過(guò)改進(jìn)，如吳長(zhǎng)順老師“碳酸氫銨受熱分解實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)”[2]。筆者改進(jìn)的加熱碳酸氫銨實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程不僅能減少環(huán)境污染，還能檢驗(yàn)碳酸氫銨受熱分解后的三種產(chǎn)物，既適用于課堂演示實(shí)驗(yàn)，又適合學(xué)生做分組實(shí)驗(yàn)。

1.3 一體化實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)的一體化實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

按圖2連接裝置，并檢查裝置的氣密性。將適量碳酸氫銨固體裝入大試管中，把裝有橙黃色無(wú)鈷變色硅膠固體（無(wú)鈷變色硅膠為球形或不規(guī)則形狀的顆粒，外觀為的橙黃色，其主要成分為二氧化硅，顏色隨濕度不同而變化，未受潮時(shí)為橙黃色，隨著自身吸附水分的增加而逐漸變成綠色、墨綠色，除具有藍(lán)色含鈷硅膠性能外，還具有不含氯化鈷、無(wú)毒，無(wú)害的優(yōu)點(diǎn)）的敞口透明保鮮袋固定在帶導(dǎo)管的橡皮塞里端上側(cè)的小鐵夾上，將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙用小鐵夾固定在帶導(dǎo)管的橡皮塞里端下側(cè)。固定好裝置，導(dǎo)管伸入盛有澄清石灰水的燒杯中。預(yù)熱后，將酒精燈固定在碳酸氫銨固體的部位加熱。

加熱一段時(shí)間后，碳酸氫銨固體慢慢消失、橙黃色無(wú)鈷變色硅膠逐漸變?yōu)榫G色，濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙變?yōu)樗{(lán)色，澄清石灰水變白色渾濁。這些現(xiàn)象證明，碳酸氫銨固體加熱時(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成水、氨氣和二氧化碳?xì)怏w。

1.5 一體化裝置特點(diǎn)

反應(yīng)是在密閉的體系中發(fā)生的，生成的氨氣不會(huì)擴(kuò)散到空氣中，減少了環(huán)境污染；用該裝置作實(shí)驗(yàn)，所需藥品量少，無(wú)鈷變色硅膠可以重復(fù)使用，尾氣無(wú)污染，既可以用做演示實(shí)驗(yàn)，又適合做學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

2 微粒運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的一體化設(shè)計(jì)

2.1 改進(jìn)背景

上海教育出版社2012年1月出版的《化學(xué)》（九年級(jí)上冊(cè)）第3章《物質(zhì)構(gòu)成的奧秘》第1節(jié)“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！敝刑骄课⒘＿\(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)[3]，教材設(shè)計(jì)如下：[實(shí)驗(yàn)1]向燒杯A中加入20mL蒸餾水，滴入2～3滴酚酞試液，得到溶液甲。向溶液甲中滴加1～2滴濃氨水，觀察現(xiàn)象。[實(shí)驗(yàn)2]在燒杯C中重新配置甲溶液。在燒杯B中加入3～5mL濃氨水，用一個(gè)大燒杯把兩個(gè)燒杯罩在一起，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（見(jiàn)圖3）。

筆者多次實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)存在以下不足：一是原裝置將濃氨水放置在敞口的小燒杯中，濃氨水揮發(fā)出來(lái)的氨氣逸散在空氣中，且用過(guò)的濃氨水得不到有效處理，不符合環(huán)保理念；二是原裝置不能隨意移動(dòng)，后排的學(xué)生觀察不清楚；三是原裝置實(shí)驗(yàn)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，靜置2～5分鐘后才出現(xiàn)變紅的現(xiàn)象，學(xué)生不易觀察；四是原裝置實(shí)驗(yàn)需要氨水用量較大，只用一次，浪費(fèi)藥品。

2.2 改進(jìn)思路

本實(shí)驗(yàn)也有不少教師進(jìn)行過(guò)改進(jìn)，如馬逸群等“探究微粒運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)”系列設(shè)計(jì)[4]、朱玉忠等“探究微粒運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)”[5]等。筆者設(shè)計(jì)的探究微粒運(yùn)動(dòng)的一體化環(huán)保型實(shí)驗(yàn)裝置不僅能減少環(huán)境污染，還能節(jié)約藥品用量，非常適合做課堂演示及學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

2.3 一體化實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的一體化裝置見(jiàn)圖4。

2.4 實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

按圖4連接儀器，檢查裝置的氣密性，放開(kāi)止水夾，將無(wú)色酚酞試液潤(rùn)濕過(guò)的棉花團(tuán)分別放入具支試管和另一試管中，連接裝置；輕推裝有濃氨水注射器，將3～5滴濃氨水滴在具支試管中的棉花團(tuán)上，白色的棉花團(tuán)馬上變成紅色，幾秒鐘后試管中白色的棉花團(tuán)逐漸變成紅色，說(shuō)明濃氨水具有揮發(fā)性，氨氣分子不斷運(yùn)動(dòng)，這一現(xiàn)象證明了微粒是在不斷運(yùn)動(dòng)的；實(shí)驗(yàn)完成后，夾緊止水夾，輕推裝有稀硫酸的注射器，逐滴滴入稀硫酸至紅色棉花團(tuán)變成無(wú)色，稀硫酸與濃氨水發(fā)生中和反應(yīng)，消除了污染。endprint

2.5 一體化裝置特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)是在密閉的體系中進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)完成后用稀硫酸將過(guò)量濃氨水中和掉，減少了環(huán)境污染；該裝置實(shí)驗(yàn)所需藥品量少，無(wú)污染，適宜做演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

3 驗(yàn)證二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的一體化設(shè)計(jì)

3.1 改進(jìn)背景

人民教育出版社高中《化學(xué)1》第四章《非金屬及其化合物》第三節(jié)“硫和氮的氧化物”中二氧化硫性質(zhì)的演示實(shí)驗(yàn)是先用試管收集二氧化硫后再逐個(gè)做實(shí)驗(yàn)[6]。筆者按教材中的實(shí)驗(yàn)方法多次實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)存在以下不足：一是二氧化硫的性質(zhì)不能全面體現(xiàn)，且會(huì)給環(huán)境帶來(lái)污染，不符合環(huán)保理念；二是藥品用量較大，操作較復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)。

3.2 改進(jìn)思路

本實(shí)驗(yàn)也有不少教師進(jìn)行過(guò)改進(jìn)，如梁峰麗“二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的綠色化創(chuàng)新設(shè)計(jì)”[7]（見(jiàn)圖5）、李猛等“二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的一體化設(shè)計(jì)”[8]。筆者設(shè)計(jì)的驗(yàn)證二氧化硫性質(zhì)一體化環(huán)保型實(shí)驗(yàn)裝置能一次性驗(yàn)證二氧化硫的多個(gè)化學(xué)性質(zhì)，操作簡(jiǎn)便，節(jié)約藥品，做到省時(shí)、省力、環(huán)保。

3.3 一體化實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的一體化裝置見(jiàn)圖6。

3.4 實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

按圖6連接儀器，檢查裝置的氣密性。將適量亞硫酸鈉裝進(jìn)大試管中，在硬質(zhì)玻管的左部、中部、右部分別放置用紫色石蕊試液、酸性高錳酸鉀溶液和品紅溶液潤(rùn)濕過(guò)的棉花團(tuán)，固定好裝置，將導(dǎo)管的末端伸入裝有氫氧化鈉溶液的燒杯。實(shí)驗(yàn)時(shí)，往分液漏斗中加適量濃硫酸，打開(kāi)分液漏斗的活塞，讓濃硫酸逐滴滴入大試管中，亞硫酸鈉表面立即產(chǎn)生氣泡，幾分鐘后可以看到硬質(zhì)玻管左部用紫色石蕊試液潤(rùn)濕過(guò)的棉花團(tuán)變紅色、中部用酸性高錳酸鉀溶液潤(rùn)濕過(guò)的棉花團(tuán)變成無(wú)色、右部用品紅溶液潤(rùn)濕過(guò)的棉花團(tuán)褪色。

以上現(xiàn)象證明：二氧化硫溶于水呈酸性，能使紫色石蕊溶液變紅色；二氧化硫具有還原性，能使紅色酸性高錳酸鉀溶液變成無(wú)色；二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色。

3.5 一體化裝置特點(diǎn)

整個(gè)反應(yīng)是在密閉的體系中發(fā)生的，實(shí)驗(yàn)中多余的氣體被氫氧化鈉溶液吸收，消除了環(huán)境污染。該裝置能驗(yàn)證二氧化硫的多個(gè)化學(xué)性質(zhì)，且藥品用量少，做到省時(shí)、省力、環(huán)保。

4 小結(jié)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的重要手段，化學(xué)教師在教學(xué)實(shí)踐中要善于創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)保型實(shí)驗(yàn)裝置，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要避免環(huán)境污染，關(guān)注師生的身體健康，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)理念，讓更多的化學(xué)實(shí)驗(yàn)向著環(huán)境友好的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[5]朱玉忠，李德前.探究微粒運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2016，（1）：67～69.

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[7]梁峰麗.二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的綠色化創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2014，（9）：44～45.

[8]李猛，王世存，王后雄.二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的一體化設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（12）：59～61.endprint