王昆 邢霞
摘 要:實(shí)驗(yàn)一巧妙利用Y型管對(duì)潔廁靈和84消毒液混用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),操作方便,現(xiàn)象明顯且層次分明,直觀體現(xiàn)了兩者混用后產(chǎn)生氯氣的強(qiáng)烈程度。該實(shí)驗(yàn)可作為學(xué)生“科學(xué)探究”的素材,應(yīng)用于指向?qū)W科核心素養(yǎng)的命題設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)二對(duì)氫氯混合氣體光照爆炸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了再改進(jìn),創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在氫氣、氯氣的收集途徑以及光照爆炸的發(fā)生裝置上,使實(shí)驗(yàn)更易操作,氫氣、氯氣的體積比例得以更好控制。
關(guān)鍵詞:潔廁靈;84消毒液;氫氯光照實(shí)驗(yàn)
一、潔廁靈和84消毒液混用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
盡管商家已經(jīng)在“潔廁靈”瓶標(biāo)上明確寫明:“請(qǐng)勿與漂白劑或其他化學(xué)產(chǎn)品一起使用,以免產(chǎn)生有害氣體。”在“84消毒液”瓶標(biāo)上明確提示:“若與酸性制品或其他清潔產(chǎn)品混合使用,可能產(chǎn)生有害人體的氣體?!钡珒烧呋煊靡鸬闹卸臼录詴r(shí)有發(fā)生。
普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)指出“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的五個(gè)要素之一,其素養(yǎng)水平三指出:具有理論聯(lián)系實(shí)際的觀念,有將化學(xué)成果應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的意識(shí),能依據(jù)實(shí)際條件并運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和方法解決生產(chǎn)、生活中簡(jiǎn)單的化學(xué)問題。
于是筆者巧妙利用Y型管對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì),較相關(guān)實(shí)驗(yàn),此實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單,易操作,現(xiàn)象明顯且有層次。
操作如下。
(1)小心將84消毒液滴入Y型管的一側(cè),將潔廁靈滴入Y型管的另一側(cè),為防止干擾,勿將滴管碰觸Y型管壁。(為避免濃鹽酸揮發(fā)造成的提前產(chǎn)生氯氣的現(xiàn)象,潔廁靈在84消毒液之后放入。)
(2)在瓶口放置濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙,蓋上橡皮塞。(原料有限,產(chǎn)生的氯氣有限,不會(huì)將橡皮塞沖出。)
(3)傾斜Y型管,使兩側(cè)試劑充分接觸。
可以觀察到,濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙自下至上明顯變藍(lán),這說明此反應(yīng)產(chǎn)生了氯氣。但一段時(shí)間后,自下至上又明顯褪色,這說明氯氣繼續(xù)將碘單質(zhì)氧化,從而導(dǎo)致藍(lán)色褪去。
整個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相當(dāng)明顯,層次分明,不僅在實(shí)驗(yàn)的過程中加強(qiáng)了學(xué)生的安全意識(shí),還能通過觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)。另外,此實(shí)驗(yàn)可作為學(xué)生“科學(xué)探究”的素材,應(yīng)用于指向?qū)W科核心素養(yǎng)的命題設(shè)計(jì)。
示例如下。
據(jù)新聞報(bào)道,有人為了增強(qiáng)漂白、殺菌和消毒能力,將潔廁靈(主要成分:濃鹽酸)和84消毒液(主要成分:NaClO)混合使用,結(jié)果殺菌消毒能力沒增強(qiáng),反而生成了黃綠色氣體,把自己熏到中毒。小明同學(xué)就此現(xiàn)象展開了模擬實(shí)驗(yàn):將潔廁靈、84消毒液分裝在Y型管的兩側(cè),用濕潤(rùn)的淀粉KI試紙放在瓶口,塞緊活塞(若控制合適用量,氣體產(chǎn)生的量不足以使活塞彈開)。
(1)傾斜Y型管,將兩側(cè)液體混合后,濕潤(rùn)的淀粉KI試紙明顯變藍(lán),寫出兩側(cè)液體發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式: 。
(2)反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)自下至上出現(xiàn)了藍(lán)色逐漸褪去的現(xiàn)象,你認(rèn)為可能的原因是: 。(用語(yǔ)言或者化學(xué)方程式表示)
(3)潔廁靈中通常會(huì)加入綠色或紅色的色素物質(zhì),來指示潔廁靈已發(fā)揮作用,當(dāng)兩者混合時(shí),發(fā)現(xiàn)顏色變淺,可能的原因是什么?
(4)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),未將兩側(cè)傾倒混合時(shí),試紙已有部分變藍(lán),你認(rèn)為可能的原因是什么?
二、氫氯光照實(shí)驗(yàn)的再改進(jìn)
人教版教科書中,對(duì)氫氣和氯氣在光照條件下迅速化合而爆炸的實(shí)驗(yàn)表述如下:把新收集到的一瓶氫氣和一瓶氯氣口對(duì)口地放置,抽去瓶口間的玻璃片,上下顛倒幾次,使充分混合。取一瓶混合氣體,用塑料片蓋好,在距集氣瓶約10cm處點(diǎn)燃鎂條。此實(shí)驗(yàn)存在以下不足:實(shí)驗(yàn)室制氯氣的裝置復(fù)雜;氫氣、氯氣混合時(shí)可能逸出;反應(yīng)物用量大,爆炸時(shí)對(duì)空氣造成一定的污染。
已有文獻(xiàn)中關(guān)于此實(shí)驗(yàn)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面:第一,巧妙利用濃鹽酸能和高錳酸鉀快速制備氯氣,能和鋅粒快速產(chǎn)生氫氣的原理,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置合二為一設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),但氧化還原過程中副產(chǎn)物太多;第二,用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法制備,并用排飽和食鹽水的方法收集氫氣和氯氣,創(chuàng)新點(diǎn)集中在對(duì)光照實(shí)驗(yàn)的裝置進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn);第三,鑒于此實(shí)驗(yàn)較易失敗而進(jìn)行的反應(yīng)原理的理論研究。在以上研究中,張改花老師選用的真空罩可以有效防止環(huán)境污染,但是操作相對(duì)復(fù)雜;趙亭老師選用的儀器相對(duì)方便,但是收集氫氣、氯氣仍是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法,步驟煩瑣。
本實(shí)驗(yàn)擬在減少氫氣、氯氣用量的前提下,對(duì)氫氣、氯氣的發(fā)生裝置重新進(jìn)行選擇。氫氣、氯氣除了可以單獨(dú)制備外,它們同時(shí)是電解飽和食鹽水的產(chǎn)物。上海市格致中學(xué)教師研制的電解飽和食鹽水的裝置,不僅可以讓學(xué)生直觀地看到電解飽和食鹽水的過程,還能作為收集純凈氫氣、氯氣的有效途徑。整個(gè)裝置設(shè)有自動(dòng)報(bào)停裝置,當(dāng)氫氣、氯氣收集滿后,電解實(shí)驗(yàn)自動(dòng)停止。
收集氣體的裝置改用10mL的注射器,不僅方便讀出氫氣和氯氣的體積,而且注射器的使用還使得爆炸的方向具有了可預(yù)測(cè)性。
操作如下:在陽(yáng)極和陰極分別收集5mL的氯氣和氫氣,將注射器針頭豎直插在橡膠塞上,起支撐固定作用,同時(shí)起到密封作用。當(dāng)燃著的鎂條靠近混合氣體時(shí)發(fā)生劇烈爆炸,將針筒活塞向上彈出。
結(jié) 語(yǔ)
潔廁靈和84消毒液反應(yīng)的發(fā)生裝置簡(jiǎn)單,可操作性強(qiáng),現(xiàn)象明顯直觀,不僅可以進(jìn)行學(xué)生或者市民的安全教育,在實(shí)驗(yàn)的過程中還可培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)。
在氫氣、氯氣光照爆炸的實(shí)驗(yàn)中,拓展氫氣、氯氣收集途徑——利用電解飽和食鹽水裝置進(jìn)行收集,使得收集裝置更簡(jiǎn)單便攜。改進(jìn)光照爆炸發(fā)生裝置,不僅所需反應(yīng)物的體積可明確讀出,總用量少,還可預(yù)見爆炸發(fā)生時(shí)活塞彈出的方向。
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作者簡(jiǎn)介:王 昆(1985—),女,山東聊城人,中學(xué)一級(jí)教師,博士,研究方向:高中化學(xué)教學(xué)。