宋廣良　李德前　凌一洲

摘要： 直角玻璃管和廣口瓶巧妙組合而成的一套實(shí)驗(yàn)裝置，其構(gòu)造簡(jiǎn)單功能多。依托此多功能實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)加熱銅綠、比較碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性、硫的燃燒、鐵與硫的反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)作了新的設(shè)計(jì)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，裝置簡(jiǎn)易，顯著提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 直角玻璃管; 廣口瓶; 多功能實(shí)驗(yàn)裝置; 化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)： 1005-6629（2020）03-0068-04

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

徐州市化學(xué)基礎(chǔ)教育名師工作室團(tuán)隊(duì)曾研制了一種簡(jiǎn)單的化學(xué)儀器“直角玻璃管”[1]，如果將直角玻璃管與大小合適的廣口瓶巧妙組合起來(lái)，就能構(gòu)成一套多功能實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖1），用它可以做不少的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

*本文系中國(guó)化學(xué)會(huì)化學(xué)教育委員會(huì)“十三五”規(guī)劃課題“促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開發(fā)與利用”（HJ2018-0010）;江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度課題“創(chuàng)客教育視域下的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)行動(dòng)研究”（Eb/2018/09）的研究成果。

圖1? 直角玻璃管與廣口瓶組合

而成的多功能實(shí)驗(yàn)裝置

下面結(jié)合實(shí)例說(shuō)明此多功能實(shí)驗(yàn)裝置在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

1? 加熱“銅綠”實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行滬教版九年級(jí)化學(xué)教科書中編排了加熱“銅綠”實(shí)驗(yàn)[2]（裝置見(jiàn)圖2），由于該實(shí)驗(yàn)是在敞口的試管里進(jìn)行，導(dǎo)致氣體產(chǎn)物二氧化碳無(wú)法驗(yàn)證，影響了對(duì)“銅綠”組成的實(shí)證。我們利用直角玻璃管改進(jìn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，克服了原實(shí)驗(yàn)的不足。

圖2? 初中化學(xué)教科書中加熱“銅綠”實(shí)驗(yàn)裝置

1.1? 新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3。

圖3? 借助多功能實(shí)驗(yàn)裝置做加熱“銅綠”實(shí)驗(yàn)

1.2? 主要實(shí)驗(yàn)用品

銅綠[堿式碳酸銅，化學(xué)式為Cu2（OH）2CO3]、澄清石灰水等

10mm×200mm×200mm的直角玻璃管（含配套的橡膠帽）、125mL廣口瓶（含配套的雙孔橡膠塞）、酒精燈、藥匙等

1.3? 實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1） 按圖3所示，裝入少許藥品、連接裝置。

（2） 點(diǎn)燃酒精燈加熱“銅綠”，很快觀察到綠色粉末逐漸變?yōu)楹谏苯遣ＡЧ軆?nèi)壁有明顯的水珠，澄清的石灰水變渾濁。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明，“銅綠”受熱易分解，分解的產(chǎn)物有黑色固體（氧化銅）、水和二氧化碳?xì)怏w，進(jìn)而說(shuō)明“銅綠”由銅、碳、氫、氧等元素組成。

1.4? 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 節(jié)約了實(shí)驗(yàn)藥品，呈現(xiàn)了完整的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有利于實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出。

（2） 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)約、美觀，不需要專門的夾持儀器，有利于學(xué)生動(dòng)手操作。

（3） 瓶塞開一透氣小孔，使裝置內(nèi)氣壓平穩(wěn)，不至于氣壓過(guò)大。

（4） 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和理性思維。

2? 比較碳酸鈉與碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性

現(xiàn)行各版本的高中化學(xué)教科書中比較碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)，均是分別加熱試管中的碳酸鈉和碳酸氫鈉（并將可能產(chǎn)生的氣體通入石灰水中），這樣設(shè)計(jì)對(duì)比性不強(qiáng)。有的文獻(xiàn)中利用“套管實(shí)驗(yàn)”比較碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性（裝置見(jiàn)圖4），雖然對(duì)比性好，但裝置的組裝較繁瑣[3]。我們采用直角玻璃管比較碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性，達(dá)到了揚(yáng)長(zhǎng)避短的效果。

圖4? 文獻(xiàn)中比較碳酸鈉與碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性的套管實(shí)驗(yàn)

2.1? 新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖5。

圖5? 利用多功能實(shí)驗(yàn)裝置比較碳酸鈉和

碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

2.2? 主要實(shí)驗(yàn)用品

碳酸鈉、碳酸氫鈉、石灰水、藍(lán)色的石蕊試紙等

10mm×200mm×270mm的直角玻璃管（含配套的橡膠帽）、125mL廣口瓶（含配套的雙孔橡膠塞）、酒精燈、玻璃棒、藥匙等

2.3? 實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1） 按圖5所示，放入試紙和藥品，連接實(shí)驗(yàn)裝置。

（2） 點(diǎn)燃酒精燈先加熱碳酸鈉，觀察到干燥的石蕊試紙不變色、石灰水不變渾濁;再加熱碳酸氫鈉，很快看到石灰水變渾濁、干燥的石蕊試紙逐漸變紅。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象充分說(shuō)明，碳酸鈉受熱難以分解，碳酸氫鈉受熱易分解，且分解的產(chǎn)物有二氧化碳和水等。

2.4? 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀、實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性強(qiáng)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

（2） 實(shí)驗(yàn)裝置便于組裝，實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)簡(jiǎn)單，提高了實(shí)驗(yàn)的效率。

（3） 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)蘊(yùn)含了控制變量、對(duì)比實(shí)驗(yàn)等科學(xué)方法，有利于培育學(xué)生的科學(xué)精神。

（4） 整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)巧妙，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

3? 硫的燃燒實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行各版本的九年級(jí)化學(xué)教科書中有關(guān)硫分別在空氣、氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)都沒(méi)有采取環(huán)保措施[4～6]（裝置見(jiàn)圖6），致使教室里彌漫著刺鼻嗆人的氣味。我們借助直角玻璃管對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，不僅控制了二氧化硫氣體對(duì)環(huán)境的污染，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀、有趣。

圖6? 初中化學(xué)教科書中硫的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置

3.1? 新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖7。

圖7? 借助多功能實(shí)驗(yàn)裝置做硫的燃燒實(shí)驗(yàn)

3.2? 主要實(shí)驗(yàn)用品

硫粉、氧氣（裝在儲(chǔ)氣囊里）、氫氧化鈉濃溶液、品紅試紙等

10mm×200mm×200mm的直角玻璃管（含配套的單孔橡膠塞）、125mL廣口瓶（含配套的雙孔橡膠塞）、小氣球、酒精燈、玻璃棒、藥匙等

3.3? 實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1） 按圖7所示，放入試紙、裝入藥品，連好實(shí)驗(yàn)裝置（確保裝置氣密性良好）。

（2） 點(diǎn)燃酒精燈加熱硫粉，硫粉很快熔化，接著燃燒，發(fā)出很不明顯的淡藍(lán)色火焰。隨后通入氧氣，硫粉劇烈燃燒（此刻移走酒精燈），火焰呈明亮的藍(lán)紫色，此時(shí)品紅試紙完全褪色，小氣球明顯變大。以上現(xiàn)象說(shuō)明，硫粉在氧氣中燃燒比在空氣中劇烈、硫燃燒的產(chǎn)物是二氧化硫氣體。

（3） 停止通入氧氣，硫粉停止燃燒;再次通入氧氣（無(wú)需酒精燈加熱），硫粉又燃燒起來(lái)[7]。如此反復(fù)幾次，火焰一閃一滅，直至硫粉燃燒完全。

（4） 待玻璃管冷卻至室溫，擠壓小氣球（排出其中的尾氣），同時(shí)輕輕振蕩廣口瓶，確保裝置內(nèi)的二氧化硫氣體被氫氧化鈉溶液充分吸收。

3.4? 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 硫的燃燒時(shí)間長(zhǎng)，有利于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;硫先后在空氣、氧氣中燃燒，實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性強(qiáng)。

（2） 避免對(duì)空氣的污染，能夠促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成愛(ài)護(hù)環(huán)境的良好習(xí)慣。

（3） 通過(guò)控制氧氣囊的開關(guān)，能反復(fù)觀察到硫粉燃燒、熄滅、再燃燒的現(xiàn)象，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性。

（4） 如果更換相應(yīng)的藥品（氧氣換為氯氣、硫粉換為金屬鈉），該裝置也可以用來(lái)做鈉在氯氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)。

4? 鐵粉與硫粉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行浙教版九年級(jí)科學(xué)教科書中，通過(guò)加熱試管中鐵粉與硫粉的混合物完成鐵與硫反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)[8];現(xiàn)行魯科版高中化學(xué)教科書中，利用灼熱的玻璃棒引燃石棉網(wǎng)上鐵粉與硫粉的混合物[9]。由于上述反應(yīng)體系是開放的，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的副產(chǎn)物二氧化硫氣體擴(kuò)散到空氣中。另外，在普通玻璃材質(zhì)的試管里進(jìn)行鐵與硫的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，試管常會(huì)破裂。我們依托石英材質(zhì)的直角玻璃管改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)約化。

4.1? 新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖8。

圖8? 借助多功能實(shí)驗(yàn)裝置做鐵與硫反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

4.2? 主要實(shí)驗(yàn)用品

鐵粉與硫粉的混合物（兩者的質(zhì)量比約為7∶5）、氫氧化鈉溶液、品紅試紙等

10mm×200mm×250mm石英材質(zhì)的直角玻璃管（含配套的橡膠帽）、125mL廣口瓶（含配套的雙孔橡膠塞）、小氣球、小磁鐵、酒精燈、玻璃棒、藥匙等

4.3? 實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1） 按圖8所示，放入試紙、裝入藥品（不超過(guò)0.4g）[10]，連好實(shí)驗(yàn)裝置（確保裝置不漏氣）。

（2） 找一小塊的磁鐵，靠近玻璃管中固體混合物的右下方，磁鐵立即被牢牢地吸在玻璃管的外壁，說(shuō)明玻璃管內(nèi)的固體中含有足量的鐵粉。

（3） 點(diǎn)燃酒精燈，加熱最左端的固體粉末，被加熱部位很快出現(xiàn)紅熱狀態(tài);此時(shí)移走酒精燈，紅熱現(xiàn)象持續(xù)并從左向右逐漸推進(jìn)，小氣球也隨之變大，品紅試紙也緩慢褪色（說(shuō)明有二氧化硫產(chǎn)生）。稍后，小磁鐵從玻璃管底部脫落，說(shuō)明玻璃管內(nèi)的鐵已完全轉(zhuǎn)化為新物質(zhì)，觀察到新物質(zhì)為黑色的塊狀物（即硫化亞鐵）。

（4） 反應(yīng)結(jié)束，小氣球逐漸恢復(fù)至原來(lái)的大小;待直角玻璃管自然冷卻到室溫，輕輕振蕩廣口瓶里的氫氧化鈉溶液，使裝置內(nèi)的二氧化硫氣體充分吸收。

4.4? 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，反應(yīng)前后對(duì)比顯著，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)鐵或硫的化學(xué)性質(zhì)。

（2） 使用石英材質(zhì)的直角玻璃管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確保實(shí)驗(yàn)儀器完好無(wú)損。

（3） 使用微型玻璃管，裝置內(nèi)殘留的氧氣少，副產(chǎn)物二氧化硫也少，減少了對(duì)主體實(shí)驗(yàn)的干擾。

（4） 實(shí)驗(yàn)裝置密閉，使得熱量不易散失，有利于反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行;副產(chǎn)物二氧化硫氣體產(chǎn)生于封閉體系內(nèi)并及時(shí)處理，因此避免了空氣污染，增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

總之，上述多功能實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、制作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛，用其開發(fā)出來(lái)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)既簡(jiǎn)約又直觀，不僅安全環(huán)保而且充滿思維性[11]，尤其適合學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉瑤， 李德前， 李為才. 巧用直角玻璃管改進(jìn)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2019， （5）： 76～79.

[2][5]中學(xué)化學(xué)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)研制組. 義務(wù)教育

課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)

教科書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2017： 21， 110～111.

[3]陳立銘， 李德前. 利用長(zhǎng)柄V型玻璃管比較碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性[J]. 化學(xué)教育， 2014， （21）： 56～57.

[4]課程教材研究所化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心. 義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2012： 33.