鄭秀明

摘 ? 要：通過(guò)玻璃茶壺的巧妙使用，對(duì)氧氣的制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合改進(jìn)，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)變得裝置簡(jiǎn)約，操作簡(jiǎn)單；氧氣充足，現(xiàn)象明顯；進(jìn)程可控，藥品節(jié)約；安全可靠，綠色環(huán)保；聯(lián)系生活，趣味無(wú)窮。

關(guān)鍵詞：玻璃茶壺；氧氣制取與性質(zhì)；一體化；實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

1 ?問(wèn)題的提出

“氧氣的實(shí)驗(yàn)室制取和性質(zhì)”是義務(wù)教育九年級(jí)化學(xué)的重要內(nèi)容，是初中化學(xué)的核心知識(shí)，是學(xué)生必做的8個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一。在探究氧氣的化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，有的教師事先收集好氧氣，蓋上玻璃片，甚至在玻璃片上涂上凡士林防止漏氣。結(jié)果還是有部分氧氣逸散空氣中，造成實(shí)驗(yàn)失敗或現(xiàn)象不明顯；也有的教師擔(dān)心氣體泄漏，把制取氧氣的實(shí)驗(yàn)裝置一起帶上，現(xiàn)場(chǎng)制取并進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。但實(shí)驗(yàn)儀器多，步驟復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。雖然有的學(xué)者也提出一些“氧氣制取與性質(zhì)一體化實(shí)驗(yàn)”的改進(jìn)方法，如蔣麗萍等人[ 1 ]使用啟普發(fā)生器、干燥管和平底燒瓶等儀器，通過(guò)過(guò)氧化氫溶液與水泥負(fù)載二氧化錳制成的小球做催化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；楊梅[ 2 ]提出使用酒精燈、鐵架臺(tái)、圓底燒瓶、干燥管、三頸瓶、激光筆、銅絲、紗布袋等儀器藥品進(jìn)行一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；唐慧慧等人[ 3 ]也把三頸瓶作為主要儀器，同時(shí)還配上Y形導(dǎo)管、注射器、學(xué)生電源、導(dǎo)線、電阻絲、氣球、紗布等用品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。他們的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新雖然可以控制反應(yīng)的開(kāi)始與停止，也考慮到尾氣處理和現(xiàn)象明顯、藥品節(jié)約等因素，但實(shí)驗(yàn)用品都較多、儀器笨重、操作繁瑣，與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)理念不符。為了克服以上不足，筆者巧用玻璃茶壺制取氧氣，并在茶壺中進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)變得操作簡(jiǎn)便、進(jìn)程可控、藥品節(jié)約、現(xiàn)象明顯、安全可靠、綠色環(huán)保，充滿趣味性、生活化，便于復(fù)制推廣。

2 ?實(shí)驗(yàn)方案

2.1 ?實(shí)驗(yàn)所需的用品

實(shí)驗(yàn)儀器：容積300 ml玻璃茶壺（包含玻璃容器、過(guò)濾網(wǎng)、玻璃蓋見(jiàn)圖1）、橡皮管、止水夾、單孔橡皮塞、玻璃導(dǎo)管、礦泉水瓶、小塑料瓶、鑷子、藥匙、燃燒匙、廢液缸、酒精燈。

物品：15%的過(guò)氧化氫溶液、球狀的催化劑顆粒（二氧化錳與水泥1：1混合制成）、10%的氫氧化鈉溶液、木炭、細(xì)鐵絲、硫磺、蠟燭、澄清石灰水、火柴、棉花、透明膠布、綠色植物。

2.2 ?實(shí)驗(yàn)的操作步驟和現(xiàn)象

（1）氧氣的制取

步驟一：組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，檢查裝置氣密性

在適宜的橡皮塞上打個(gè)孔，插塞入帶直角彎頭的玻璃導(dǎo)管，橡皮塞面上的導(dǎo)管一端連接橡皮管，并用止水夾夾住，打開(kāi)茶壺蓋子，倒放在桌子上。往茶壺注入超過(guò)玻璃濾風(fēng)底適量高度的水，用橡皮塞塞緊過(guò)濾網(wǎng)口，若過(guò)濾網(wǎng)管內(nèi)的水位與管外茶壺內(nèi)的水位有一定的高度差（見(jiàn)圖2），則說(shuō)明裝置的氣密性良好。

步驟二：制作氧氣的發(fā)生裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

取出管狀過(guò)濾網(wǎng)，打開(kāi)橡皮塞，把球狀的催化劑顆粒放入過(guò)濾網(wǎng)中，塞緊帶導(dǎo)管橡皮塞；往倒掉水的茶壺中加入30 ml的15%過(guò)氧化氫溶液，再把整個(gè)帶橡皮塞的管狀過(guò)濾網(wǎng)放進(jìn)裝有過(guò)氧化氫溶液的茶壺中制取氧氣。

步驟三：收集氧氣并驗(yàn)滿

打開(kāi)止水夾，把導(dǎo)管伸到靠近礦泉水瓶底部，如圖3所示用向上排空氣法收集氧氣。礦泉水瓶?jī)?nèi)放置裝澄清石灰水的小塑料瓶、綠色植物和少量水。用帶火星的木條伸到瓶口驗(yàn)滿，旋緊瓶蓋，用于進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

（2） 氧氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一：鐵絲在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)

取下帶導(dǎo)管的橡皮塞，把細(xì)鐵絲繞成圈，末端系上火柴梗，引燃火柴。等火柴即將燃盡時(shí)，用鑷子夾住細(xì)鐵絲從上到下緩慢地伸入茶壺中，觀察到鐵絲在氧氣中劇烈反應(yīng)，火星四射，放出大量的熱，產(chǎn)生黑色固體濺落下來(lái)，進(jìn)入裝有過(guò)氧化氫溶液溶液的茶壺中（見(jiàn)圖4）。

實(shí)驗(yàn)二：木炭在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)

用帶火星的木條伸到茶壺口驗(yàn)滿，將鑷子夾住一小塊木炭，在酒精燈火焰上灼燒至紅熱，然后上到下緩慢地伸入茶壺中，觀察到木炭燃燒激烈（見(jiàn)圖5）。把內(nèi)壁沾有澄清石灰水的茶壺蓋蓋上，震蕩茶壺，茶壺蓋上的澄清石灰水變渾濁。如果不讓反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，則拿出管狀的過(guò)濾網(wǎng)放在茶壺蓋上，讓催化劑與過(guò)氧化氫溶液分開(kāi)，激烈反應(yīng)暫停。

實(shí)驗(yàn)三：蠟燭在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)

把裝有催化劑的管狀過(guò)濾網(wǎng)重新放入茶壺中，等驗(yàn)滿后將點(diǎn)燃的蠟燭伸進(jìn)茶壺中，同樣觀察到蠟燭燃燒激烈，比空氣中燒得更旺（見(jiàn)圖6，圖7），蓋上內(nèi)壁沾有澄清石灰水的茶壺蓋子震蕩，觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)四：硫在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)

用帶火星的木條再次驗(yàn)滿，點(diǎn)燃燃燒匙中的硫粉（圖8）放入茶壺中，觀察硫在氧氣中燃燒更旺，發(fā)出明亮的藍(lán)紫色火焰，產(chǎn)生刺激性氣味的氣體（圖9）。取出管狀過(guò)濾網(wǎng)放置在倒放的茶壺蓋上，立即用另一個(gè)內(nèi)壁用膠布粘住的氫氧化鈉溶液棉花團(tuán)的茶壺蓋蓋上，振蕩茶壺，使二氧化硫氣體被充分吸收。

實(shí)驗(yàn)五：綠色植物呼吸作用實(shí)驗(yàn)

把圖3中的礦泉水瓶放在教室暗處的柜子里，讓學(xué)生定期觀察礦泉水瓶?jī)?nèi)的澄清石灰水變化情況，并用手機(jī)拍照進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)澄清的石灰水變渾濁程度較嚴(yán)重時(shí)，用帶火星的木條檢驗(yàn)瓶?jī)?nèi)的氣體是否能復(fù)燃。驗(yàn)證綠色植物的呼吸作用是消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。

3 ?實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及相關(guān)說(shuō)明

本實(shí)驗(yàn)為了能控制反應(yīng)的開(kāi)始和停止，把粉末狀的二氧化錳改為用二氧化錳與水泥按質(zhì)量比1：1混合制成球狀的催化劑顆粒，放入玻璃過(guò)濾網(wǎng)中。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這種比例配制既可保證較好的催化效果，又能通過(guò)水泥加水后硬化，避免因?yàn)槎趸i粉末結(jié)合水泥不牢固而通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)孔道進(jìn)入茶壺容器中，無(wú)法做到隨制隨停。二氧化錳粉末由于制成顆粒狀，減少了與過(guò)氧化氫溶液的接觸面積。如果用6%的稀溶液實(shí)驗(yàn)，將會(huì)減慢反應(yīng)速率，所以改為15%的溶液進(jìn)行，較適合老師的實(shí)驗(yàn)演示和學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究。

過(guò)氧化氫溶液制取氧氣的反應(yīng)是放熱的，實(shí)驗(yàn)時(shí)間久了，容器內(nèi)的水蒸氣會(huì)較多，影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，也影響氧氣的濃度，因而細(xì)鐵絲的燃燒實(shí)驗(yàn)可安排在實(shí)驗(yàn)一進(jìn)行，既保證氧氣充足，又便于實(shí)驗(yàn)觀察。做下一個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)用帶火星的木條伸到玻璃茶壺容器口驗(yàn)滿后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，保證容器內(nèi)氧氣濃度足夠，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。實(shí)驗(yàn)間歇時(shí)，可以把玻璃過(guò)濾網(wǎng)取出，置于茶壺蓋上，使激烈反應(yīng)暫停，既可以節(jié)約藥品，也可以使溶液中的溫度下降，減少容器內(nèi)的水蒸氣形成。

綠色植物呼吸作用實(shí)驗(yàn)的塑料瓶應(yīng)擰緊蓋子，放置于暗處實(shí)驗(yàn)，避免呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w又參與光合作用。每天讓學(xué)生觀察瓶中澄清石灰水的變化情況，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察的能力和實(shí)驗(yàn)探究的樂(lè)趣。當(dāng)澄清石灰水變渾濁時(shí)，說(shuō)明綠色植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳。通過(guò)拍照對(duì)比觀察，當(dāng)發(fā)現(xiàn)渾濁程度較為嚴(yán)重時(shí)，打開(kāi)瓶蓋，用帶火星的木條伸入礦泉水瓶?jī)?nèi)。若發(fā)現(xiàn)帶火星的木條沒(méi)有復(fù)燃，說(shuō)明氧氣參與反應(yīng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分析，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)和邏輯推理能力。

4 ?本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及意義

4.1 ?裝置簡(jiǎn)約，操作簡(jiǎn)便

這套簡(jiǎn)易裝置只需生活中經(jīng)常使用的茶壺、帶橡皮塞的導(dǎo)管、礦泉水瓶等幾個(gè)簡(jiǎn)單常用的儀器和生活用品，就可以完成了氧氣的制取與性質(zhì)的一體化實(shí)驗(yàn)。需要的實(shí)驗(yàn)儀器既少又簡(jiǎn)單，攜帶方便，而且操作簡(jiǎn)便，可以做到隨時(shí)制取馬上使用，使實(shí)驗(yàn)變得簡(jiǎn)約高效。尤其在做細(xì)鐵絲燃燒的實(shí)驗(yàn)中不需要預(yù)先加入少量水或鋪上細(xì)沙，茶壺中的過(guò)氧化氫溶液就可防止燃燒后的產(chǎn)物熔化濺落下來(lái)炸裂壺底。

4.2 ?氧氣充足，現(xiàn)象明顯

由于該實(shí)驗(yàn)制取氧氣可以通過(guò)添加過(guò)氧化氫溶液的量隨時(shí)制取，直接在反應(yīng)容器中進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，無(wú)需事先收集儲(chǔ)備，因而氧氣充足，現(xiàn)象明顯。減少了以往做性質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)課前收集多瓶氧氣備用，而在實(shí)驗(yàn)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)漏氣了，導(dǎo)致現(xiàn)象不明顯的尷尬局面。

4.3 ?反應(yīng)可控，藥品節(jié)約

通過(guò)管狀過(guò)濾網(wǎng)的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了隨制隨停的目的，也減少過(guò)氧化氫溶液的浪費(fèi)；用水泥和二氧化錳制成的球狀顆粒，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后洗滌曬干裝在試劑瓶中可以反復(fù)使用，省去了二氧化錳粉末在過(guò)濾洗滌回收處理中步驟繁瑣、時(shí)間太長(zhǎng)，也避免粉末狀固體回收時(shí)容易造成損失，導(dǎo)致藥品浪費(fèi)。

4.4 ?尾氣處理，綠色環(huán)保

硫燃燒產(chǎn)生的有毒氣體，通過(guò)蓋上用膠布粘有氫氧化鈉溶液棉花團(tuán)的茶壺蓋，振蕩。二氧化硫既可與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，也可與過(guò)氧化氫溶液反應(yīng)，使有害氣體能被充分吸收，防止污染空氣。

4.5 ?實(shí)驗(yàn)安全，防止事故

用此裝置和藥品制取氧氣并進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，可避免用高錳酸鉀加熱制取氧氣，因酒精燈使用不當(dāng)造成火災(zāi)；實(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)，導(dǎo)致水被倒吸，造成試管炸裂傷人的事故發(fā)生；學(xué)生不小心接觸到高錳酸鉀藥品，造成皮膚腐蝕等，大大提高了實(shí)驗(yàn)的安全性。

4.6 ?實(shí)驗(yàn)趣味，聯(lián)系生活

實(shí)驗(yàn)通過(guò)日常生活中泡茶用的茶壺，進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)用于實(shí)驗(yàn)中，使氧氣的制取與性質(zhì)一體化實(shí)驗(yàn)更具生活化和趣味性，而且也便于學(xué)生進(jìn)行課外的家庭實(shí)驗(yàn)探究，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新精神。

5 ?結(jié)語(yǔ)

義務(wù)教育階段的化學(xué)教育，要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的好奇心，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，啟迪學(xué)生的科學(xué)思維，理解學(xué)科本質(zhì)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[ 4 ]。玻璃茶壺在“氧氣制取與性質(zhì)一體化實(shí)驗(yàn)”中的妙用，必然能啟發(fā)學(xué)生有創(chuàng)造性地使用生活用品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)，在實(shí)踐中不斷探索科學(xué)與真理，逐步形成科學(xué)精神和創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，提高學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 蔣麗萍，錢(qián)柳云.氧氣的制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新[J].化學(xué)教與學(xué)，2021（4）：97-99.

［2］ 楊梅.氧氣的實(shí)驗(yàn)室制取及性質(zhì)檢測(cè)一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].教育與裝備研究，2021（3）：62-64.

［3］ 唐慧慧，賴琛虹.“氧氣的制取及性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)一體化設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2021（2）：38-40.

［4］ 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：1.