中学化学实验装置的创新设计与应用，本文主要内容关键词为：装置论文,化学实验论文,中学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
化学实验是中学化学课程内容不可缺少的组成部分，是学生认识化学科学知识的重要工具和媒体，是化学教学认识过程的一个重要环节[1]。现有的高中化学教材中的一些实验装置较为复杂，不利于更多的学生参与实验操作；在安全性、可靠性、环保性等方面也存在着一些不足。因此在教学实验中对实验方法进行重新设计、改造和组合、形成固定的实验装置和实验设计方案，这样不仅解决了实验所存在的不足之处，同时这对活跃学生的思维、激发学生的创造欲望、培养学生的创造能力都具有重要意义。
一、实验装置的设计
实验装置是化学实验的重要组成部分，从实验装置的简约性、环保性、安全性等角度出发，设计安全、绿色、简约的实验装置来提高实验的质量是十分必要的。[2]但在我国中学教材中的有些实验往往存在实验现象不明显，装置过于复杂，而且实验过程中往往会对环境造成较大污染，为此笔者设计出一套“综合实验装置”来取代中学化学实验教学中较为复杂的装置，该实验装置，操作简便、装置简单、污染小、实验现象明显且能应用于不同化学实验。
实验装置如图1所示。
图1
二、实验装置的应用
下面以几例中学化学实验改进为例，对该综合装置的使用方法及装置的特点加以说明。
1.次氯酸的漂白性实验的改进
(1)教材上的实验[3]
［实验4-4］取干燥的和湿润的有色布条各一条，分别放入两个集气瓶中，然后通入｛■｝观察发生的现象。
(2)实验缺陷：在实际操作过程中，一次需要制取两瓶氯气，对氯气的需求量大，特别是将有色布条放进集气瓶中的时间间隔内有氯气逸散出来污染环境造成人体危害。
(3)实验改进
①实验装置：如图2所示。
图2
②实验步骤
a.按图所示连接好实验装置，称取0.5g
装入具支试管中，再用带橡皮塞的滴管吸入约0.5mL的HCl然后塞上橡皮塞。
b.在T形管的上下两端各放置湿润和干燥的红纸。
c.轻轻地挤压滴管胶头，使浓HCl缓缓流下，根据反应的剧烈程度控制流速，观察试管中红纸的颜色是否发生变化。
③现象解释
a.干燥的氯气中只有氯气分子，不能使干燥的红纸褪色。
b.氯气溶于水后和水反应生成次氯酸，次氯酸具有强的氧化性能使红纸褪色。
④实验改进的优点
a.实验装置简单，操作简便，药品用量少。
b.将两次实验合并成一次进行易于操作，现象明显，对比鲜明。
c.尾气装置用湿NaOH棉团吸收，整个实验在全封闭的环境中进行，对环境无污染。
2.氯气的制备和卤素间的置换反应实验的改进
图1所示的实验装置还可应用于氯气的制备和卤素间的置换反应实验，只要关闭止水夹，替换T形管，就可进行，十分方便。下面我们介绍综合实验装置在卤素间的置换反应改进中的应用。
(1)教材上的实验[3]
［实验4-9］将少量新制的饱和氯水分别注入盛有NaBr溶液和KI溶液的试管中，用力振动后，再注入少量四氯化碳，振荡。观察四氯化碳层和水层颜色的变化。
［实验4-10］将少量溴水注入盛有KI溶液的试管中，用力振动后，再注入少量四氯化碳。观察四氯化碳层和水层颜色的变化。
［实验4-11］在装有少量淀粉溶液的试管中，滴入几滴碘水。观察溶液颜色的变化。
(2)实验缺陷
卤素间的置换反应实验是按三个独立的实验进行操作的，故操作过程较为烦琐，另外实验中还需要制备新制的氯水，而制备氯水则对环境造成较大污染，试剂用量也比较大，对师生的身体健康造成危害。
(3)实验改进
①实验装置如图3所示。
图3
②实验步骤及现象
打开止水夹，轻挤胶头滴管，使少量浓盐酸滴入具支试管中，浓盐酸与高锰酸钾发生反应，产生氯气，氯气进入T形管中，待浸有溴化钠的棉团有橙黄色出现时，关闭止水夹，可防止氯气与碘化钾直接反应。若这一段反应不明显，用酒精灯在溴化钠棉团处微热，可见到橙黄色的溴蒸气出现在T形管中段，并使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，湿润的碘化钾滤纸呈棕褐色。
③实验改进后的优点
a.操作简单，将常规的氯气的制取与卤素的置换反应的间断实验设计为连续实验。
b.实验现象明显直观。
c.实验药品用量少，污染少，实验过程气体不外逸，是一种绿色环保的实验。
d.实验成功率达百分之百。
3.二氧化硫的制备和性质实验的改进
二氧化硫是一种有毒气体，具有酸性、漂白性、氧化还原等性质。教材中只给出二氧化硫的漂白性实验，至于二氧化硫的其他性质教材中只有文字说明，而无实验加以说明。
(1)教材上的实验[3]
［实验6-2］
气体通入装有品红溶液的试管里。观察品红溶液颜色的变化。给试管加热观察溶液发生的变化。
实验缺陷：实验是在敞开的体系中进行，不可避免地存在环境污染的问题。缺少二氧化硫其他的性质实验。
(2)实验改进
①实验装置如图4所示
图4
②实验步骤
b.将红色石蕊试纸、酸性
滤纸条、品红滤纸条，如图所示装入T形管中。
c.打开止水夹，轻轻地挤压滴管胶头，使浓
缓缓流下，根据反应的剧烈程度控制流速，观察试管中三张纸条的颜色是否发生变化。
③实验现象
蓝色石蕊试纸变红、紫红色酸性滤纸条褪色、红色品红滤纸条褪色；加热褪色的品红滤纸条，马上变红。实验现象表明二氧化硫具有酸性、漂白性和氧化还原性的化学性质。
④实验改进后的优点
a.装置简单成本低，实验操作简单，药品用量少。
b.现象明显，选择反应在滤纸上发生，颜色变化特别明显。
c.无环境污染，实验在封闭体系中进行，生成的气体量可人为控制，气体量极少又不易逸出。
d.装置一举多得，既制备了二氧化硫，又检验了它的几个典型性质。
e.补充了教材上没有的实验，例如二氧化硫的还原性等。
以上的实验表明，笔者所设计这套实验装置还具有以下优点。
①具有多功能性，实用性强，装置简单，操作简便，实验现象明显，直观成功率高，综合性强，富有启发性，尤其适合气体的制备性质一体化实验。适用于探究教学。
②在化学反应过程中试剂用量少，减少了污染，将预防和减少化学污染的思想贯穿于化学教学中，有利于学生绿色环保意识的形成。
③适宜学生操作，拓宽了学生科学探究的新空间，让学生有更多的机会主动的体验探究过程，培养了学生的实验探究精神，使学生在实验过程中感悟到实验的乐趣，有利于提高中学生的操作技能，激发学生的创新意识。
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