摘要：U型管是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的一種常用儀器，U型管的結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和改進(jìn)后，既能節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和藥品，又現(xiàn)象鮮明.通過(guò)改進(jìn)U型管裝置驗(yàn)證二氧化錳對(duì)氯酸鉀起催化作用、類似啟普發(fā)生器的簡(jiǎn)易裝置改進(jìn)、燃燒條件的對(duì)比實(shí)驗(yàn)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果.

關(guān)鍵詞：U型管;創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);對(duì)比

作者簡(jiǎn)介：林家平（1971-），男，江蘇南京人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：化學(xué)學(xué)科教學(xué)研究和區(qū)域教科研管理工作. 化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，同時(shí)又是研究物質(zhì)變化的科學(xué)，化學(xué)學(xué)科的形成、發(fā)展和應(yīng)用的研究過(guò)程，都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于初中化學(xué)課程目標(biāo)的落實(shí)有著重要的作用.在初中化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，氣體的制取、驗(yàn)證氣體的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)以及一些對(duì)比性的實(shí)驗(yàn)占有很大的比例.而在教材中對(duì)于上述的許多實(shí)驗(yàn)，有的實(shí)驗(yàn)在儀器的裝配上、具體實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程都設(shè)計(jì)的比較繁瑣.如何使得這些實(shí)驗(yàn)操作既簡(jiǎn)便又安全？實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象既有利于觀察，又能體現(xiàn)出儀器多用的特點(diǎn)？U型管是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的一種常用儀器， U型管的結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和改進(jìn)后，很適合完成上述相關(guān)實(shí)驗(yàn)，既能節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和藥品，又現(xiàn)象鮮明.筆者結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，將U型管或改進(jìn)后的U型管引入初中化學(xué)常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果.現(xiàn)舉例如下：

【實(shí)驗(yàn)一】教材中二氧化錳對(duì)氯酸鉀起催化作用產(chǎn)生氧氣的演示對(duì)比探索研究實(shí)驗(yàn)

教材中對(duì)該實(shí)驗(yàn)的組織教學(xué)時(shí)，采用三支試管進(jìn)行3次相對(duì)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，最后才得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：二氧化錳在化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有發(fā)生改變，是該反應(yīng)的催化劑.如果使用變形后的U型管，就可以在同一儀器中，同時(shí)將3個(gè)步驟鮮明的展現(xiàn)出來(lái)，即節(jié)約時(shí)間，又增強(qiáng)了該實(shí)驗(yàn)的直觀效果（如圖1）.

1. 藥品的加入.在U型管的底部加入實(shí)驗(yàn)所需的藥品氯酸鉀，再將二氧化錳加入到變形后的U型管一側(cè).

2. 實(shí)驗(yàn)裝置的組裝.在未變形的U型管一側(cè)塞緊橡皮塞，并用試管夾或鐵架臺(tái)的鐵夾夾持此側(cè).

3.進(jìn)行相關(guān)對(duì)比實(shí)驗(yàn).

（1）先用酒精燈單獨(dú)加熱二氧化錳，并用帶火星的木條檢驗(yàn)，木條不能復(fù)燃.

（2）加熱U型管底部的氯酸鉀，直至融化后，緩慢放出氧氣，帶火星木條不易復(fù)燃（復(fù)燃比較困難，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，一段時(shí)間后，木條復(fù)燃）.

（3）撤去U型管底部的酒精燈，停止加熱，降溫到氯酸鉀快要凝固時(shí)快速將二氧化錳與氯酸鉀混合，用帶火星的木條靠近進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，帶火星木條迅速?gòu)?fù)燃.

利用了一個(gè)變形的U型管，在同一儀器中能夠很直觀地把二氧化錳的催化作用很好地進(jìn)行了驗(yàn)證，同時(shí)也有利于學(xué)生對(duì)催化劑這一概念的理解.

【實(shí)驗(yàn)二】啟普發(fā)生器原理的裝置改進(jìn)

如圖2所示，在U型管一端中部放有一個(gè)帶孔的塑料墊片，上部接一個(gè)帶活塞的導(dǎo)管（或者連一個(gè)帶鐵夾的橡皮管）就可以隨時(shí)控制反應(yīng)的發(fā)生和停止，把此裝置變成一個(gè)簡(jiǎn)易的啟普發(fā)生器，可用于實(shí)驗(yàn)室制二氧化碳、氫氣等氣體.

【實(shí)驗(yàn)三】作對(duì)比實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)器

如圖3所示，將具支U型管從底部用液體（如：瓊脂）封住或隔板隔開(kāi)，就可以形成兩個(gè)相同的儀器.利用此裝置進(jìn)行對(duì)比性實(shí)驗(yàn)探究，一方面易于控制，便于操作和觀察，形成對(duì)比，另一方面由此得出的結(jié)論也比較可靠，易于被學(xué)生接受.例如：用此裝置來(lái)做碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與鹽酸反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究.（1）分別用粉末狀固體碳酸鈉和碳酸氫鈉（顆粒大小相同）與等濃度等體積的鹽酸溶液反應(yīng)，來(lái)探究比較二者反應(yīng)速率的大?。ㄍ瑫r(shí)加深學(xué)生對(duì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)需要控制相關(guān)變量進(jìn)行強(qiáng)化）.（2）用等體積等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液與同濃度的鹽酸反應(yīng)，并調(diào)節(jié)分液漏斗的活塞控制兩側(cè)滴速相同，根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象可探究碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)的過(guò)程，進(jìn)一步探究?jī)蓚€(gè)化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，加深對(duì)復(fù)分解反應(yīng)本質(zhì)的理解.

【實(shí)驗(yàn)四】對(duì)可燃物燃燒所需條件的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.教材上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在500mL燒杯中加入300mL熱水，并放入硬紙圈圈住的一小塊白磷，在燒杯上蓋一片薄銅片，銅片上一端放一小堆干燥的紅磷，另一端放一小塊已用濾紙吸去表面水的白磷（如圖4Ⅰ），觀察現(xiàn)象.

用導(dǎo)管對(duì)準(zhǔn)上述燒杯中的白磷，通入少量氧氣（或空氣，如圖4Ⅱ）觀察現(xiàn)象.

2.教材中該實(shí)驗(yàn)的不足

教材中對(duì)可燃物“燃燒條件”實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)是在非密閉的空間進(jìn)行的，白磷和紅磷在開(kāi)放的體系中燃燒，產(chǎn)生的白煙（P2O5）會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，不利于學(xué)生和教師的身心健康，因此教材特別注明了該實(shí)驗(yàn)需要在通風(fēng)櫥里或抽風(fēng)設(shè)備下進(jìn)行.然而事實(shí)上我們?cè)S多的化學(xué)教師通常都是在普通教室里完成該實(shí)驗(yàn)的演示.部分學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中也缺少通風(fēng)櫥或抽風(fēng)設(shè)備，部分教師雖然對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些改進(jìn)設(shè)計(jì)，但是效果也不是很理想.由于白磷和紅磷燃燒產(chǎn)生的污染問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決，因而有不少化學(xué)教師對(duì)該實(shí)驗(yàn)往往采用“黑板講實(shí)驗(yàn)”或利用現(xiàn)成“多媒體播實(shí)驗(yàn)”的方式來(lái)處理，一定程度上弱化了這一經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能，同時(shí)也弱化了學(xué)生的動(dòng)手能力、解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)造性思維能力.

3.用U型管改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后的裝置及藥品，如圖5所示.

4. U型管改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后的操作及產(chǎn)生的現(xiàn)象及原因分析.

（1）在半封閉式U型管的兩端分別加入體積相同的冷水和熱水.并分別在冷水和熱水中加入兩塊大小相同的白磷，然后迅速塞上橡皮塞（橡皮塞上帶有銅絲繞成的隔板），觀察U型管內(nèi)兩塊白磷都沒(méi)有燃燒.說(shuō)明可燃物燃燒的條件之一是可燃物需要與氧氣或空氣接觸.

（2）將該裝置倒置，能夠觀察到熱水中的白磷開(kāi)始燃燒，而冷水中的白磷仍然沒(méi)有燃燒.說(shuō)明可燃物燃燒的又一條件是所需溫度必須達(dá)到該可燃物的著火點(diǎn).

（3）所有實(shí)驗(yàn)完成后，將U型管再次倒置，振蕩，這樣就消除了產(chǎn)生的P2O5對(duì)空氣可能造成的污染.

5.對(duì)比教材實(shí)驗(yàn)，該改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)驗(yàn)在封閉體系中進(jìn)行，綠色環(huán)保、無(wú)污染，這是教材實(shí)驗(yàn)所不具備的最大優(yōu)點(diǎn).

（2）實(shí)驗(yàn)的操作簡(jiǎn)便易行，且有很好的重復(fù)性，實(shí)用性強(qiáng)，有利于在各種不同類型的學(xué)校中推廣和普及.

（3）改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)使用的藥品種類少（只用了白磷，沒(méi)有使用紅磷）、藥品使用量也減少，即節(jié)約了資源，又避免了藥品的浪費(fèi).

（4）該改進(jìn)實(shí)驗(yàn)不僅可以作為教師的演示實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也適合在教師指導(dǎo)下的學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn).

總之，U型管看似普通，但在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的作用不可小覷，通過(guò)使用變形或改進(jìn)后的U型管組合成不同類型的實(shí)驗(yàn)裝置，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作和步驟，增強(qiáng)教師演示和學(xué)生分組探究的實(shí)驗(yàn)效果，充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究功能，為學(xué)生的科學(xué)探究和意義建構(gòu)提供直接或間接的證據(jù)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效開(kāi)展發(fā)揮積極的作用.

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（收稿日期：2019-06-15）