利用直角试管改进化学实验四例_李志勇.pdf

312023.07技术装备与实验教学利用直角试管改进化学实验四例李志勇 李德前摘 要：直角试管造型简单，用途广泛；借助直角试管开发出加热铜绿、二氧化锰催化作用、检验铵态氮肥、铁粉与硫粉的反应等实验，丰富了实验教学资源，提高了实验教学的效率。关键词：直角试管；实验创新；案例中图分类号：G424.31 文献标识码：A 文章编号：1672-1438(2023)14-0031-03作者简介：李志勇，本科，一级教师。江苏省泰州市姜堰区城西实验学校，225500李德前，本科，正高级教师。江苏省徐州市西苑中学，221002基金项目：江苏省教育科学“十四五”规划2021年度课题以“化学实验创新”主题教研促进名师工作室发展的研究(编号：D/2021/02/742)。长久以来，大部分玻璃试管都是直管，笔者团队在化学实验教学中研制出了直角试管，可以用于演示多种中学化学实验，有效提高了实验教学的效率。直角试管的长短及粗细可以根据需要定制，图1是由硬质玻璃制成的直角试管(1.5 cm15 cm15 cm)，其外径是1.5 cm，两个支管的长度均为15 cm。图1 直角试管的结构与尺寸下面结合具体的化学实验创新案例，介绍直角试管在化学实验中的应用。一、加热铜绿实验现行沪教版九年级化学教科书中编排了加热铜绿实验，旨在探究铜绿的组成，但实验方案仅在敞口的试管里加热铜绿，并且没有检验气体产物1，实验的教学价值没有充分体现出来。笔者团队借助直角试管对该实验进行改进，扬长避短，实现了良好的实验效果。1.实验用品主要是铜绿粉末、蓝色石蕊试纸；直角试管(1.5 cm15 cm 15 cm)、酒精灯、药匙、镊子、铁架台。2.实验方案新设计的实验方案如图2所示(夹持装置略)。图2 新设计的加热铜绿实验方案3.实验步骤首先，准备一支直角试管，先将铜绿粉末加入试管底部(盖满试管底部即可)，再将湿润的蓝色石蕊试纸放置在直角试管的水平支管中部偏左的位置；然后按图2所示，连好整个实验装置。其次，点燃酒精灯，预热直角试管，然后集中外焰加热铜绿粉末；很快可以观察到，绿色粉末变为黑色粉末，试管内壁附着许多小水珠，蓝色石蕊试纸明显变红。这些实验现象充分说明，铜绿热稳定性差，受热易分解为氧化铜、水和二氧化碳气体，有关的化学方程式是Cu2(OH)2CO32CuO+CO2+H2O；可进而推知，铜绿是由铜元素、碳元素、氢元素和氧DOI:10.13492/ki.cmee.2023.14.015322023.07技术装备与实验教学 元素组成的。最后，实验结束，整理实验用品，引导学生完成实验报告。二、二氧化锰催化作用实验现行人教版、沪教版、粤教版的九年级化学教科书中都编排了加热氯酸钾和二氧化锰固体混合物制氧气实验，其中都直接给出了二氧化锰的催化作用，使得教学缺少实证性和直观性2。笔者团队借助直角试管，通过控制变量法，引导学生探究二氧化锰具有催化作用。1.实验用品主要是氯酸钾、二氧化锰、直角试管(1.5 cm15 cm 15 cm)、酒精灯、药匙、铁架台。2.实验方案新设计的实验方案如图3所示(夹持装置略)。图3 新设计的验证二氧化锰催化作用实验方案3.实验步骤首先，准备一支直角试管，先将两药匙的氯酸钾晶体送入试管底部，再将一药匙二氧化锰放置于直角试管的水平支管中部；然后按图3所示，连好整个实验装置。其次，点燃酒精灯，预热直角试管，然后集中外焰加热氯酸钾；加热不到2 min，氯酸钾会开始熔化，然后将带火星木条放入导管口，可观察到木条发亮，但没有复燃，有关的化学方程式是2KClO32KCl+3O2。该实验现象说明，仅加热氯酸钾晶体至熔化，只能缓慢放出氧气。接下来，加热二氧化锰2 min左右，再将带火星木条放入导管口，可观察到木条不发亮。该实验现象说明，仅加热二氧化锰不能放出氧气。再次，将直角试管向左倾斜，使二氧化锰粉末落入试管底部；然后稍微加热氯酸钾和二氧化锰的混合物，再将带火星木条放入导管口，可观察到木条立即复燃。该实验现象说明，二氧化锰可以加快氯酸钾的分解。从反应后的混合物中滤出二氧化锰并再次使用，可发现它的质量和化学性质不变，充分证明了二氧化锰是氯酸钾分解的催化剂。最后，实验结束，整理实验用品，引导学生完成实验报告。三、检验铵态氮肥实验现行沪教版、北京版的九年级化学教科书及苏教版的高中化学教科书中都编排了检验铵态氮肥实验，但其实验方案是在开放的实验体系(如敞口的试管、研钵)中进行的，没有体现绿色化学理念2-4。笔者团队借助直角试管对该实验进行改进，较好地弥补了原实验的不足之处。1.实验用品主要是氯化铵与熟石灰的混合物(两者质量比约为58)、红色石蕊试纸、直角试管(1.5 cm15 cm 15 cm)、酒精灯、小气球、药匙、镊子、铁架台。2.实验方案新设计的实验方案如图4所示(夹持装置略)。图4 新设计的检验铵态氮肥实验方案3.实验步骤首先，准备一支直角试管，向其底部加入适量氯化铵与熟石灰的混合物，再将湿润的红色石蕊试纸放置在直角试管的水平支管上；然后按图4所示，连好整个实验装置(确保装置气密性良好)。其次，点燃酒精灯，先预热试管，再集中火焰加热氯化铵与熟石灰的混合粉末；很快可以观察到，白色粉末逐渐减少，小气球稍微膨胀，试管内壁附着有较多的小水珠，湿润的红色石蕊试纸变成332023.07技术装备与实验教学蓝色。这些实验现象能够说明，铵盐与碱共热会放出氨气，有关的化学方程式是Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2H2O+2NH3；可进而推知，铵盐与碱共热可以制取氨气、铵态氮肥不能与碱性物质混合使用。最后，实验结束，整理实验用品，引导学生完成实验报告。四、铁粉与硫粉反应的实验现行浙教版九年级化学教科书中编排了在试管内进行铁粉与硫粉反应的实验5，但实验过程中常常会出现试管破裂的情况；现行鲁科版高中化学教科书中编排了在石棉网上进行铁粉与硫粉反应的实验6，但由于反应体系完全开放，实验时的副产物二氧化硫气体会逸散在空气中，严重污染教室内的空气。笔者团队借助直角试管改进设计该实验，较好地解决了原实验的不足。1.实验用品铁粉与硫粉的混合物、品红溶液、直角试管(2 cm15 cm15 cm)、药匙、小磁铁、小气球、150 mL小型酒精灯、铁架台。2.实验方案新设计的实验方案如图5所示(夹持装置略)。图5 新设计的铁粉与硫粉反应实验方案3.实验步骤首先，取一支直角试管，向试管中注入约10 mL品红溶液，再向直角试管的水平支管中部装入适量铁粉与硫粉的混合物(两者质量比为75为宜7)，将其平铺在试管内壁上，然后按图5所示，连好整个实验装置(确保装置不漏气)。其次，点燃酒精灯，集中外焰加热混合物粉末的中部；很快，混合物粉末中部呈现红热状态，立即停止加热，利用反应放出的热量，促进剩余的混合物粉末持续反应，此时红热状态向左右两边的粉末缓慢扩散，同时小气球逐渐变大、品红溶液逐渐褪色，说明反应产生了二氧化硫气体，有关的化学方程式是S+O2SO2；待红热状态消失，试管内留下黑色块状物，小磁铁也从试管外壁上脱落，充分证明试管内的铁粉已全部变为新的物质，有关的化学方程式是Fe+SFeS。最后，实验结束，处理实验尾气(轻轻振荡品红溶液)，整理实验用品，引导学生完成实验报告。五、结语借助直角试管还可以进行加热碳酸氢铵、检验火柴头中硫元素等化学实验9。本文的实验创新案例巧妙地利用了直角试管的特殊结构，使得实验操作简单，实验现象直观，实验结论可靠，因此丰富了实验教学装备，提升了中学生科学探究能力8，使得直角试管在化学实验教学中展现出很好的推广性和实用性。参考文献1 义务教育教科书 化学(九年级上册)M.上海:上海教育出版社,2017:21.2 义务教育教科书 化学(九年级下册)M.上海:上海教育出版社,2015:58-59.3 义务教育教科书 化学(九年级下册)M.北京:北京出版社,2013:81-82.4 普通高中教科书 化学(必修第二册)M.南京:江苏凤凰教育出版社,2020:45-46.5 义务教育教科书 科学(九年级上册)M.杭州:浙江教育出版社,2014:59.6 普通高中课程标准实验教科书 化学 1(必修)M.济南:山东科学技术出版社,2007:86.7 王建芬,齐俊林.激光笔照射引发铁与硫反应的实验设计 J.化学教学,2016(7):54-56.8 李德前,魏海,李伟,等.从化学实验创新谈培养师生的科学精神 J.化学教学,2018(4):65-68,77.9 徐作培,李德前,周珊珊.直角试管改进装置用于几个化学实验的尝试J.化学教学,2023(2):65-68.