王丹綿

【摘要】實驗是中學(xué)化學(xué)課程中最能體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的部分，其教育功能不容忽視。其中微型化學(xué)實驗的試劑用量少，對環(huán)境污染較小，對開展學(xué)生實驗有較積極的促進(jìn)作用。本文以注射器、西林瓶為實驗器材，介紹銅與稀硝酸反應(yīng)、有毒氣體（SO₂、Cl₂、H₂S）制備與性質(zhì)實驗、NH₃噴泉實驗，與常規(guī)演示實驗相比，這些微型實驗應(yīng)用于學(xué)生實驗中，有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效率，提高學(xué)生創(chuàng)新意識和環(huán)保意識。

【關(guān)鍵詞】微型實驗;注射器;西林瓶;綠色環(huán)保

一、以注射器、西林瓶為器材微型實驗概述

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，簡單的實驗操作方法、明顯的實驗現(xiàn)象可以幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)化學(xué)。然而在教學(xué)過程中實驗的現(xiàn)狀并不樂觀，由于經(jīng)費、課時有限等，常以教師演示實驗為主，學(xué)生較少機會參與到實驗操作，更難有機會進(jìn)行探究性實驗，學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果大打折扣，學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)無法真正落地。積極進(jìn)行教學(xué)優(yōu)化顯得很有必要，為了更好進(jìn)行優(yōu)化，微型實驗的應(yīng)用具備著一定的優(yōu)勢。

注射器、西林瓶是化學(xué)微型實驗較為常見的實驗器材，注射器具有密封性好，操作方便，易控制氣和液體流速、便于計量等優(yōu)點，可利用注射器作為固一液反應(yīng)容器，探究有毒氣體制備、性質(zhì)實驗，實現(xiàn)氣體無害化處理。西林瓶常用規(guī)格為10ml，在化學(xué)微型實驗中用途很廣，可用做反應(yīng)容器，所需試劑用量較小，耐熱性好，可以直接加熱。簡化的實驗裝置，方便教師和學(xué)生進(jìn)行操作，較少試劑量能有效節(jié)約實驗成本，達(dá)到教學(xué)目的的同時，具有省時、提高課堂效率的特點。化學(xué)藥品用量小還可以降低化學(xué)實驗的危險性，便于學(xué)生更安全進(jìn)行地實驗和觀察，實際用量和常規(guī)實驗相比可以節(jié)約90%以上，具有綠色環(huán)保等優(yōu)點。

二、注射器、西林瓶應(yīng)用案例

1.銅與稀硝酸反應(yīng)微型實驗

如圖1所示，實驗裝置是注射器和西林瓶，在西林瓶中注入稀硝酸，加入少量銅片，在酒精燈上微熱一下，蓋緊橡膠蓋，再用注射器刺入西林瓶中，可以看到銅絲與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生無色氣泡，產(chǎn)生的氣體推動注射器活塞向外移動，能夠清楚地看到NO是一種無色且難溶于水的氣體。收集一定量氣體后，抽出注射器，向外拉動注射器活塞，使空氣進(jìn)入到注射器中，可以看到注射器中氣體變?yōu)榧t棕色。實驗結(jié)束后將氣體注入適量的NaOH溶液即可除去NO₂有毒氣體。

本實驗改進(jìn)有以下優(yōu)點：1.鮮明性，銅與稀硝酸反應(yīng)過程中，NO和NO₂相互轉(zhuǎn)化過程中氣體顏色變化一目了然，便于學(xué)生通過顏色變化分析反應(yīng)原理;2.裝置簡單，僅用注射器、西林瓶即可進(jìn)行反應(yīng)和性質(zhì)實驗;3.綠色化，實驗產(chǎn)生的氣體少，實驗結(jié)束加入堿性物質(zhì)以除去尾氣，體現(xiàn)綠色環(huán)保理念。

2.有毒氣體SO₂、Cl₂、H₂S制備與性質(zhì)微型實驗

SO2是有毒氣體，可以利用注射器完成SO₂的制備與性質(zhì)實驗，如圖2所示。先在西林瓶內(nèi)放入Na₂SO₃固體，注入少量稀硫酸，可以看到西林瓶內(nèi)反應(yīng)劇烈，蓋緊橡膠塞，再插入注射器，生成的氣體將注射器活塞慢慢向外推出。在另外四個西林瓶中分別注入品紅溶液、紫色石蕊溶液、酸性KMnO₄溶液、Na₂S溶液，蓋緊橡膠蓋，通過注射器針尖向西林瓶中分別注入SO₂氣體，結(jié)果可以看到品紅溶液褪色（稍加熱可以看到溶液恢復(fù)紅色，冷卻后溶液又褪色），紫色石蕊溶液變紅，酸性KMnO₄溶液，Na₂S溶液出現(xiàn)黃色渾濁。實驗結(jié)束后，向西林瓶中注入NaOH溶液除去SO₂。

Cl₂是中學(xué)化學(xué)實驗中劇毒氣體之一，用MnO₂和濃鹽酸共熱制取并進(jìn)行性質(zhì)實驗裝置復(fù)雜，不利于開展學(xué)生實驗，且具有一定的不安全因素。改用注射器、西林瓶材料，我們就可以很容易進(jìn)行學(xué)生實驗，裝置簡單，安全可靠。首先在西林瓶中加入少量KMnO₄固體，注入少量濃鹽酸，馬上可以觀察到有黃綠色氣體生成，蓋緊橡膠塞，再插入注射器，生成的氣體將注射器活塞慢慢向外推出。在三個西林瓶中分別注入紫色石蕊溶液、干燥的有色布條、濕潤的有色布條，蓋緊橡膠蓋。通過注射器針尖向西林瓶中分別注入Cl₂，紫色石蕊溶液先變紅再慢慢褪色，干燥的有色布條無明顯現(xiàn)象，濕潤的有色布條褪色。實驗結(jié)束后向西林瓶中注入NaOH溶液除去Cl₂。

H₂S是中學(xué)化學(xué)實驗中劇毒氣體之一，利用注射器、西林瓶也可以完成H₂S的制備和性質(zhì)實驗。預(yù)先在西林瓶內(nèi)放入適量FeS固體，注入少量稀硫酸，蓋緊橡膠塞，插入注射器。這時H₂S氣體進(jìn)入注射器內(nèi)。在另外兩個西林瓶中分別注入紫色石蕊溶液、硫酸銅溶液，蓋緊橡膠蓋。通過注射器針尖向西林瓶中分別注入H₂S，觀察西林瓶中的現(xiàn)象，可以看到紫色石蕊溶液變紅，硫酸銅溶液中有黑色沉淀生成。實驗結(jié)束后向西林瓶中注入NaOH溶液除去H₂S。

由于教材設(shè)計的實驗具有藥品用量大、成本較高、廢棄物多、污染嚴(yán)重等問題，妨礙了該實驗在教學(xué)中的開展。學(xué)生在實驗時會認(rèn)為用的藥品越多，實驗現(xiàn)象越好，造成藥品的巨大浪費。對此，采用微型實驗裝置，可以節(jié)約藥品，大大減少有毒氣體實驗的污染，保護(hù)環(huán)境，降低危險。通過微型實驗，將綠色化學(xué)的理念融入實驗設(shè)計中，增強學(xué)生的環(huán)保意識。通過學(xué)生對綠色化學(xué)理念的理解和應(yīng)用，不斷制造實驗改進(jìn)方面的創(chuàng)新點，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)科學(xué)探究精神與創(chuàng)新意識等核心素養(yǎng)。

3. NH₃噴泉實驗

往干燥的西林瓶中充入NH₃，充滿后蓋緊橡膠蓋，注射器吸滿滴有酚酞的水溶液，針頭刺入西林瓶膠塞，如圖3所示，小心推動活塞，使少量溶液射入瓶內(nèi)，注射器活塞便自動向上推進(jìn)，形成紅色噴泉。若想終止噴泉，只需控制活塞，松開后，又可以出現(xiàn)噴泉，可重復(fù)多次。

該實驗過程耗時短，操作方便，利用壓強變化形成噴泉來吸引學(xué)生，加深學(xué)生對噴泉實驗原理的理解，還可以將該實驗設(shè)計成HCl、SO₂、CO₂等氣體噴泉。

三、總結(jié)與反思

注射器、西林瓶是較好的微型實驗儀器，具有節(jié)約試劑、污染較少、操作簡單且耗時短等優(yōu)點。合理選擇微型實驗進(jìn)行學(xué)生的隨堂實驗，可以增加學(xué)生動手做實驗的機會，提高學(xué)生的動手、觀察能力，微型實驗體現(xiàn)綠色化學(xué)理念，有利于培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識。不限于注射器、西林瓶，學(xué)生可以尋找其它微型實驗儀器代替，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，激發(fā)其創(chuàng)造性思維。

微型實驗雖然具有許多優(yōu)點，但并不是所有的實驗都可用微型實驗代替。在教學(xué)中，應(yīng)該根據(jù)實驗的內(nèi)容、目的、現(xiàn)象和要求等進(jìn)行選擇，如，由教材中操作復(fù)雜的、污染較大的、有毒氣體的常規(guī)實驗引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計，可從實驗思路、儀器、試劑用量、反應(yīng)條件等進(jìn)行考慮，得出最佳方案后，再動手完成微型實驗。常規(guī)實驗和微型實驗相結(jié)合，揚長避短，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祖浩，王程杰.中學(xué)化學(xué)創(chuàng)新實驗[M].廣西教育出版社，2007.

[2]程果，胥會敏.微型化學(xué)實驗提高課堂教學(xué)效率[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2019（11）：48—49.

[3]高峰.基于核心素養(yǎng)下高中化學(xué)實驗微型化、生活化的探究[D].西南大學(xué)，2020.

[4]史有利.基于核心素養(yǎng)的中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)[J].化學(xué)教育，2019（17）：95.

[5]周平.注射器在微型實驗中的應(yīng)用[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報（化學(xué)專輯），2002：46—48.

[6]張紅俊.注射器在微型實驗中的應(yīng)用案例與點評[J].實驗設(shè)計與技術(shù)，2011（3）：32—33.

責(zé)任編輯? 楊? 杰