摘 要： 針對高中化學必修教材中“氯氣的制備”“氨氣的制備”“銅與濃硫酸的反應”等三個實驗中存在的不足，利用三口連接管改進傳統(tǒng)的實驗裝置，在藥品用量、性質檢驗以及尾氣處理等方面進行了一體化的實驗設計。改進后的實驗具有操作簡單、現象明顯、試劑耗量小、不污染教室空氣等優(yōu)點。

關鍵詞： 實驗改進； 三口連接管； 實驗探究

文章編號： 10056629（2024）10007404

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

中學化學教科書中有一些經典實驗如氯氣的制備等，由于受到實驗條件的限制，以及產物存在刺激性或有害性等因素，許多化學教師取消了在課堂中進行實驗演示和實驗操作，使學生的觀察能力以及動手操作能力難以獲得發(fā)展?；诖?，本研究利用如圖1所示的三口連接管進行相關的實驗改進。三口連接管上端由三個帶內磨口的支管構成，磨口內徑為19mm，中間相互聯通，左右兩側支管較長，高約為75mm，中間支管高約50mm，下端是外磨口接口，可根據實際需求與磨口試管、燒瓶、錐形瓶等進行組裝。以中學化學教材中的三個實驗改進為例，利用三口連接管進行創(chuàng)新設計，與原實驗裝置相比可達到節(jié)約藥品、防止有害氣體逸散等目的。

1 氯氣制備及性質檢驗

1.1 問題提出

氯氣是學生在高中化學中接觸的第一個非金屬單質，在中學化學教材中占有獨特的地位。通過學習掌握氯氣的性質對之后非金屬的學習有重要的意義，因此，氯氣制備及性質檢驗是重要實驗之一?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年版2020年修訂）》要求通過實驗探究氯及其化合物的主要性質［1］。

人教版［2］與蘇教版［3］均采用二氧化錳與濃鹽酸混合加熱的方法制氯氣，并與氯氣的性質實驗分開進行。該裝置在實際教學中存在以下問題：（1）采用圓底燒瓶與分液漏斗進行實驗，藥品用量大，不具有環(huán)保性。（2）在性質檢驗前需再次進行氣體的制取，操作較繁瑣。

通過查閱文獻，不少教師對氯氣制備及性質檢驗進行了一體化的改進設計［4］，取得優(yōu)良成果，但大多依然存在裝置復雜、搭建困難、藥品用量多等問題?；诖?，結合化學教學實際，利用三口連接管設計了一套簡單且現象明顯的實驗裝置。

1.2 實驗設計

用高錳酸鉀代替二氧化錳可減弱因加熱造成濃鹽酸揮發(fā)對實驗結果造成干擾。實驗原理為：2KMnO4+16HCl（濃）2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。

實驗儀器：三口連接管、鐵架臺、磨口試管、注53O0czsqjQbkri/tZPHfsHBX3Hq17KWYb75mdCH8HZs=射器、脫脂棉、翻口塞、氣球等。

實驗藥品：高錳酸鉀固體、濃鹽酸、飽和氯化鈉溶液、無水氯化鈣、有色紙條、淀粉KI試紙、紫色石蕊試紙、酚酞溶液、氫氧化鈉溶液等。

實驗裝置如圖2所示。

1.3 實驗操作及現象

（1） 檢查裝置氣密性后，向磨口試管中加入0.5g高錳酸鉀固體，將其固定在鐵架臺上。

（2） 用鑷子將浸潤過飽和氯化鈉溶液和包裹有無水氯化鈣的脫脂棉團放入三口連接管的右側支管中。依次將濕潤的淀粉KI試紙、濕潤的石蕊試紙、濕潤有色紙條和干燥有色紙條貼在注射器B（規(guī)格為20mL）的內壁上。

（3） 中間支管口用氣球包裹嚴密。左右支管口分別塞入翻口塞，保持整個裝置密封。左側插入吸有2mL濃鹽酸的注射器A（規(guī)格為10mL），右側插入步驟（2）準備好的注射器B。

（4） 裝置固定后，輕推左側注射器將濃鹽酸注入試管中，體系內逐漸有黃綠色氣體產生，氣球逐漸變大。

（5） 輕輕向外拉動注射器B活塞，充分吸入產生的氣體，幾秒后可觀察到注射器內濕潤的有色紙條退色、干燥的有色紙條顏色無變化、淀粉KI試紙變藍后又退色、紫色石蕊試紙變紅后又退色。

（6） 實驗結束后，向內推動注射器B活塞將氣體推回裝置內，換用注射器C（規(guī)格為20mL）向一側的支管口注入氫氧化鈉溶液處理裝置內殘留的氣體至氣球變癟。

2 氨氣制備

2.1 問題提出

氨氣是一種重要的含氮化合物，人教版2019版教材［5］中利用氯化銨和氫氧化鈣發(fā)生復分解反應制取氨氣，雖然該實驗裝置搭建簡單，但在實際教學中存在著以下問題：（1）氯化銨受熱分解為HCl氣體和氨氣在試管口冷卻后又重新結合成氯化銨晶體會堵塞導管；（2）在氣體收集的試管口僅用棉花塞住依然會有氨氣泄露，污染環(huán)境。

不少學者對該實驗也進行了改進，有一定效果［6］。但部分裝置仍存在搭建困難、氣密性差、藥品用量多等問題?；诖耍Y合化學教學實際，利用三口連接管設計了一套簡單且現象明顯的實驗裝置。

2.2 實驗設計

采用濃氨水與氫氧化鈉混合制取氨氣。實驗原理為：NH+4+OH-NH3·H2ONH3↑+H2O。

實驗儀器：三口連接管、鐵架臺、磨口試管、注射器、脫脂棉、翻口塞、氣球等。

實驗藥品：濃氨水、氫氧化鈉固體、酚酞溶液、濃鹽酸、稀鹽酸等。

實驗裝置如圖3所示。

2.3 實驗操作及現象

（1） 檢查裝置氣密性后，向磨口試管中加入0.5g NaOH固體，將其固定在鐵架臺上。

（2） 用鑷子將滴有酚酞溶液的脫脂棉團放入三口連接管的中間支管中。中間支管口用氣球包裹嚴密，左右支管口塞入翻口塞，保持整個裝置密封。

（3） 左側插入吸有4mL濃氨水的注射器A（規(guī)格為10mL），右側插入放有浸過濃HCl脫脂棉的注射器B（規(guī)格為10mL）。

（4） 裝置固定后，輕推注射器A將濃氨水注入磨口試管中，幾秒后氣球逐漸變大，滴有酚酞溶液的脫脂棉團由無色變成淺紅色。

（5） 輕輕向外拉動注射器B的活塞，吸入裝置內產生的氣體，可觀察到注射器B內有白煙產生（NH3+HClNH4Cl）。

（6） 實驗結束后，將注射器B內殘留的氣體推回裝置內，換用注射器C（規(guī)格為20mL）向一側的支管口注入稀鹽酸處理裝置內殘留的氣體至氣球變癟。

3 銅與濃硫酸的反應

3.1 提出問題

銅與濃硫酸反應實驗是學生認識濃硫酸性質的重要途徑之一，人教版2019版教材［7］編排的實驗，驗證了銅與濃硫酸的反應產物SO2的漂白性和酸性，現象比較明顯，但還存在以下問題：（1）缺少防倒吸裝置，在反應過程中品紅溶液容易被倒吸至反應試管中。（2）用浸有NaOH溶液的棉團處理尾氣，難以確保產生的SO2被全部吸收。（3）裝置內部殘留的SO2會泄漏污染空氣。

查閱相關文獻，有教師對該實驗進行了創(chuàng)新設計，對產物二氧化硫的性質進行了驗證，現象明顯［8］。但實際應用時仍存在裝置復雜、不利于課堂演示、藥品用量過多等問題?；诖?，筆者結合化學教學實際，利用三口連接管設計了一套簡單且現象明顯的實驗裝置。

3.2 實驗創(chuàng)新設計

銅與濃硫酸共熱，其實驗原理為：Cu+2H2SO4（濃）△CuSO4+SO2↑+2H2O。

實驗儀器：三口連接管、鐵架臺、磨口試管、注射器、脫脂棉、翻口塞、氣球等。

實驗藥品：銅絲、品紅溶液、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、紫色石蕊試紙、氫氧化鈉溶液、蒸餾水等。

實驗裝置如圖4所示。

3.3 實驗操作及現象

（1） 檢查裝置氣密性后，向磨口試管中加入4mL濃硫酸，將其固定在鐵架臺上。

（2） 用鑷子分別將浸潤過酸性高錳酸鉀溶液和品紅溶液的脫脂棉團放入三口連接管的左右兩側支管中。并將濕潤的紫色石蕊試紙貼在右側支管的內壁上。

（3） 在翻口塞上打出孔徑為1mm的細孔，把下端繞成螺旋狀的銅絲（直徑為1mm）用凡士林涂抹穿過翻口塞后，將其固定在中間支管上，將三口連接管與磨口試管連接，此時銅絲未接觸濃硫酸。

（4） 左右兩側支管口分別用氣球包裹嚴密，保持整個裝置密封。裝置固定后，輕輕將銅絲伸入磨口試管的濃硫酸中，此時沒有明顯現象。

（5） 將銅絲抽離濃硫酸，點燃酒精燈加熱濃硫酸至有少量白霧產生，將銅絲再次與濃硫酸接觸，一段時間后可觀察到氣球逐漸變大，浸有品紅溶液的脫脂棉退色，浸有酸性高錳酸鉀溶液的脫脂棉退色，濕潤的紫色石蕊試紙變紅。

（6） 輕輕將銅絲與濃硫酸抽離，將酒精燈移至放有浸過品紅溶液脫脂棉的位置進行加熱，幾秒后可觀察到退色的脫脂棉又變?yōu)榧t色。

（7） 熄滅酒精燈，將吸有蒸餾水的注射器A（規(guī)格為20mL）通過翻口塞注入到磨口試管中，觀察到試管中溶液呈現藍色，再用吸有飽和氫氧化鈉的注射器B（規(guī)格為20mL）通過翻口塞注入，處理裝置內的殘留的氣體至氣球變癟。

4 裝置優(yōu)點

4.1 裝置一體化

利用三口連接管能夠將氣體制備與性質檢驗結合于一體。如在氯氣制備中，實現了對氯氣的氧化性、酸性、氯氣與水反應產物（HClO）的漂白性的驗證。再如氨氣實驗以及銅與濃硫酸實驗也均實現了對氨氣的堿性、氨氣與濃鹽酸化合以及二氧化硫的酸性、還原性、漂白性等性質的驗證。在短時間內就可以一氣呵成，且現象明顯，有利于提高教學效率。

4.2 過程環(huán)?；?/p>

與教材的實驗裝置和其他實驗改進相比，利用三口連接管可以在保證藥品量較少的同時，產生明顯的實驗效果。另外，裝置中的氣球起到平衡氣壓和吸收尾氣的作用；翻口塞在維持裝置氣密性的同時，可利用注射器對裝置內殘留氣體進行處理，體現了綠色化學的實驗原則。

4.3 實驗簡單化

除了三口連接管外，其余選用的均是簡單易得的物品，便于普及，有利于落實到基礎設施條件較差的學校。此外，該實驗裝置組裝簡單，易于教師課堂演示和學生動手操作，有利于促進學生思維發(fā)展和培養(yǎng)實驗動手能力。

綜上，除以上列舉的三個實驗外，結合三口連接管的特點，還可設計出其他更簡便且直觀的化學實驗，如初中化學教材中二氧化碳的制備實驗、高中化學教材中乙醇的催化氧化實驗等。

參考文獻：

［1］中國人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020.

［2］王晶， 鄭長龍主編. 普通高中教科書·化學必修第一冊［M］. 北京： 人民教育出社， 2019： 45.

［3］王祖浩主編. 普通高中教科書·化學必修第一冊［M］. 南京： 江蘇鳳凰教育出社， 2020： 58.

［4］劉江， 洪俊華， 趙寧東， 徐懷春. 氣體制備及性質驗證綜合一體化創(chuàng)新設計［J］. 化學教學， 2021， 43（2）： 62～66.

［5］［7］王晶， 鄭長龍主編. 普通高中化學教科書·化學必修第二冊［M］. 北京： 人民教育出版社， 2019： 15，5.

［6］丁志忠， 盧新生， 李榕. 氨氣制備及性質驗證實驗裝置的改進［J］. 山東化工， 2023， 52（8）： 79～81， 85.

［8］周密， 岑秋琳， 安浪沙， 王中華. 用N形管和三通閥改進銅與濃硫酸反應實驗［J］. 化學教學， 2023， （10）： 71～73.