龔康佳 楊發(fā)福

[摘? ?要]將一種自制簡易綜合反應(yīng)器應(yīng)用于鐵及其化合物的性質(zhì)實驗，以Fe2+與Fe3+的性質(zhì)為主干，設(shè)計對應(yīng)的實驗流程，加強(qiáng)知識之間的聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)了多個實驗的一體化設(shè)計。結(jié)果表明，這一性質(zhì)實驗的一體化設(shè)計，具有節(jié)約、安全、高效、直觀等優(yōu)點，適用于教師課堂演示和學(xué)生實驗探究。

[關(guān)鍵詞]鐵及其化合物;性質(zhì)實驗;一體化設(shè)計

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）17-0071-03

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，化學(xué)實驗在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中的地位舉足輕重。合理高效的化學(xué)實驗?zāi)荏w現(xiàn)化學(xué)學(xué)科特點，提升學(xué)生的知識技能，培養(yǎng)核心素養(yǎng)[1]。然而筆者發(fā)現(xiàn)，在各個版本的高中化學(xué)教材中，鐵及其化合物性質(zhì)實驗的設(shè)置還存在一些問題。盡管教材給出的實驗?zāi)芗由顚W(xué)生對Fe2+和Fe3+性質(zhì)的理解，以及讓學(xué)生認(rèn)識到這是氧化還原反應(yīng)的具體應(yīng)用，但在實際教學(xué)中，若按教材的方法進(jìn)行實驗，可能會遇到以下幾個方面的問題：（1）實驗操作次數(shù)過多且各個實驗相互獨立，如教材單獨列出氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的生成實驗、Fe3+的檢驗實驗及Fe2+與Fe3+的轉(zhuǎn)換實驗，導(dǎo)致實驗藥品浪費過多，實驗占時偏長[2，3]; （2）在生成氫氧化亞鐵的實驗中，學(xué)生觀察不到白色沉淀，甚至形成“氫氧化亞鐵的顏色是灰綠色的”的誤解[4，5];（3）未讓學(xué)生通過實驗掌握硫酸亞鐵溶液的制備，學(xué)生因此難以知道該溶液需要現(xiàn)配現(xiàn)用;（4）教材中的實驗設(shè)計沒有加強(qiáng)知識點的相互聯(lián)結(jié)，不利于學(xué)生整體把握和綜合運用;（5）在Fe2+與Fe3+的轉(zhuǎn)換實驗中，教材采用氯水作為氧化劑，存在一定的安全隱患。

為了解決以上問題，本文在執(zhí)行教學(xué)要求的前提下，從提高教學(xué)效率的角度出發(fā)，進(jìn)行實驗綜合一體化設(shè)計 [6-9]，對現(xiàn)有的簡單化學(xué)儀器和常見物品進(jìn)行組合，設(shè)計出了創(chuàng)新實驗裝置及實驗流程，取得了較好的教學(xué)效果。該一體化設(shè)計思路不僅體現(xiàn)了化學(xué)試劑用量少、污染小、實驗現(xiàn)象突出的特點，而且實驗裝置簡單，實驗操作簡易，適用于演示實驗和學(xué)生實驗，能較為有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為中學(xué)課堂實驗設(shè)計提供了較好的借鑒。

一、一體化設(shè)計思路

將多種實驗整合到一個裝置。傳統(tǒng)實驗將物質(zhì)的制備與性質(zhì)的檢驗分為兩類獨立的實驗，而一體化實驗對兩者進(jìn)行整合，實現(xiàn)了合二為一。

通過連續(xù)的操作完成系列實驗。采用管路系統(tǒng)將多個實驗合理串聯(lián)，將獨立實驗設(shè)計成連鎖反應(yīng)。

根據(jù)知識點的聯(lián)系巧設(shè)系統(tǒng)。利用知識之間的橫向、從屬、因果等內(nèi)在聯(lián)系來設(shè)計裝置的反應(yīng)系統(tǒng)、除雜系統(tǒng)、廢氣廢液處理系統(tǒng)及管路系統(tǒng)。

二、實驗過程

（一）實驗儀器及藥品

1.實驗儀器

集氣瓶，注射器，塑料滴管，止水夾，濾紙，橡膠管，橡膠塞，氣球，鐵架臺以及自制多支口玻璃管（如圖1所示）。

（二）實驗原理

反應(yīng)方程式：Fe+ H2SO4= FeSO4 + H2↑

Fe粉與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，利用氫氣在集氣瓶中產(chǎn)生的氣壓差把生成物硫酸亞鐵溶液沿著玻璃支管壓送到各個容器（塑料滴管的吸囊部分，以下簡稱“吸囊”）中進(jìn)行相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。本實驗涉及的鐵及其化合物的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示。

（三）實驗操作

1.實驗儀器組裝

取一個干凈的集氣瓶，在瓶中放入用濾紙包裹的過量鐵粉。用打孔器在橡膠塞上打兩個約5 mm的小孔。在一個小孔中插入一根直角玻璃導(dǎo)氣管，一端伸至瓶口處，另一端連接一個止水夾;在另外一個小孔中插入自制多支口玻璃管的最長支口，將其伸到瓶底。在四個分支口處均連接一段內(nèi)含玻璃珠的橡膠管，每段橡膠管下均連接吸囊。左起第一個吸囊內(nèi)滴入3～5滴的KSCN溶液;第二段橡膠管下連接兩個相同的吸囊，兩個吸囊之間用注射器針頭連接（吸囊處要使用不小于20 mL注射器的針頭，否則液體無法沿著針頭流入），上下兩個吸囊內(nèi)分別加入適量0.5 mol/L NaOH溶液和4 mol/L NaOH溶液（上層氫氧化鈉溶液要稀釋且量少，否則會完全中和硫酸亞鐵溶液中的氫離子，起不到緩沖作用）;第三和第四段橡膠管下連接吸囊的操作與第二段相同，在第三個支口處連接的上下兩個膠囊中，分別加入適量KMnO4溶液和適量KSCN溶液（上層吸囊中的高錳酸鉀一定要與藥品反應(yīng)完全后，方可進(jìn)行下一步操作，否則高錳酸鉀會干擾下層吸囊中的反應(yīng)）;在第四個支口處連接的上下兩個吸囊中，分別加入適量KMnO4溶液和適量淀粉碘化鉀溶液;最后在末端支口處連接一個氣球。打開止水夾，塞緊橡膠塞，將含有適量稀硫酸的注射器插入橡膠塞。完成儀器組裝及藥品添加后，裝置如圖3和圖4所示。

2.實驗步驟及現(xiàn)象

完成實驗儀器組裝后，進(jìn)行試漏檢驗及集氣瓶氣密性檢驗，緩慢推動注射器，可觀察到濾紙上慢慢產(chǎn)生氣泡。當(dāng)反應(yīng)液浸沒玻璃導(dǎo)管后，關(guān)閉止水夾，觀察到集氣瓶中反應(yīng)溶液呈現(xiàn)淺綠色。繼續(xù)加入適量稀硫酸，反應(yīng)一段時間后，可觀察到反應(yīng)液體沿著玻璃管上升并流到各個支管口處。（若反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的壓強(qiáng)不足以把液體壓入各支管口，則輕輕推動注射器，增加集氣瓶中的壓強(qiáng)，這樣反應(yīng)液便可沿著玻璃管流入各支管口）用左手的拇指和食指捏住玻璃珠靠上的部位，向手心方向捏擠橡膠管，使其與玻璃珠之間形成一條縫隙，溶液即可流出。當(dāng)溶液流入上層吸囊3～4 mL時，停止操作。待反應(yīng)完全后，輕輕移動注射器針頭使得針孔浸沒在反應(yīng)液中，上層吸囊中的反應(yīng)液會沿著針頭流到下層吸囊中去，至下層吸囊中的反應(yīng)結(jié)束，針頭會高出上層吸囊中的溶液液面。從左到右，依次進(jìn)行相同操作。用氣球收集多余的硫酸亞鐵溶液。最后打開止水夾，在止水夾處點燃集氣瓶內(nèi)氣體，會聽見輕微爆鳴聲。實驗結(jié)束后，實驗現(xiàn)象如圖5所示。