高中化学气体微型实验的探索与实践，本文主要内容关键词为：气体论文,高中化学论文，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。
一、高中化学气体实验教学的现状
1.试剂用量
(1)教科书对化学药品用量没有明确规定，有的表述比较模糊。如，教科书上对“氯气的制取与性质”实验要用几克二氧化锰、几毫升的浓盐酸没有明确的量的规定。无论是教师的演示实验，还是学生的分组实验，教师和学生都不清楚药品的取量，于是就凭经验，想当然去操作。有相当一部分学生取用药品喜欢“多多益善”。结果，二氧化锰、浓盐酸等药品浪费较多。
(2)教科书对化学药品用量表述不适宜。如“浓硫酸的氧化性”实验，人教版高一《化学》第131页上是这样安排的：“在一支试管里加入一小块铜片，然后再加入3 mL浓硫酸，用装有玻璃导管的单孔胶塞塞好，加热。放出的气体分别通入紫色石蕊试液或品红溶液中（如图1）。观察反应现象。反应完毕，冷却后，将试管中的液体慢慢倒入另一支盛有少量水的试管中。观察溶液的颜色。”
在这里，仅仅指明了浓硫酸的用量，没有明确铜片的质量、紫色石蕊试液或品红溶液用量（浓度和体积）。那么，“3 mL浓硫酸”是否适宜呢？如果让这3mL浓硫酸完全反应，只要1.8 g铜，就能产生618mL的二氧化硫。
图1
2.环境问题
(1)化学实验产生的废水、废气、废渣等都会对周围环境造成不同程度的污染。如：在做氯气制备与性质、铜和浓硫酸反应等学生分组实验时，往往会有有毒气体进入空气而“毒化”教室、实验室，直接影响师生健康。有的学校尽管利用通风设备，向室外直接排放有毒有害气体，但这仅仅是转嫁了污染。
调查发现：1个中学生从初中至高中因实验产生各类废气约15 L。一所2000名学生的完全中学，6年至少要排放各类废气3000L。
可见，中学化学实验室成了当今社会一个不可忽视的污染源。
二、高中化学气体微型实验的若干探索与实践
氯气、二氧化硫、乙烯、乙炔等气体的制备与性质实验是高中化学实验的重要组成部分。以下是笔者以微型化学实验的核心理念为指导，借助青霉素瓶、小试管、注射器以及独立研制的系列微型具支试管等器材在高中化学气体微型实验方面开展的若干探索。
（一）实验主要器材
注射器(5 mL)
医用青霉素瓶(9.5～13.5mL)
小试管(12mm×70mm)、平底小试管(20 mm×20mm)
研制的带乳胶管的尖嘴玻璃导管（直径5mm、长70mm、尖嘴端30mm）
独立研制的系列微型具支试管（21mm×80mm、18mm×120mm等）
独立研制的系列微型具支试管（18mm×120mm、18mm×80mm、20mm×80mm、20mm×60mm等）
清洗杯、废物缸、回收杯（各1个）
（二）实验探索
1.“氯气制备与性质”的微型实验
1.1 实验仪器与药品
(1)仪器
医用塑料注射器（5mL，2支）、微型具支试管（21mm×80mm，1支）、青霉素瓶（10mL，4只）、药匙、小烧杯、T型管、止水夹（2个）、坩埚钳、托盘天平、玻璃弯管。
(2)药品
固体
、浓HCl(1.18g/mL)、NaOH溶液、淀粉碘化钾试纸、细铜丝、细铁丝、滤纸。
1.2 实验步骤
(1)检查装置的气密性。
(2)添加药品 称取0.2g放入干燥的具支试管中，用注射器吸取2mL浓盐酸。
(3)制备 先关闭B处止水夹，打开A处止水夹，用注射器向具支试管内逐滴滴入浓盐酸，立即产生
。控制浓盐酸逐滴滴入的速度，使得均匀产生。
(4)验满 用湿润的淀粉碘化钾试纸放在青霉素瓶口检验氯气是否收满。若变蓝色，则证明已满。此时关闭A止水夹，打开B止水夹。用同样方法，收集4瓶备用。
1.3 性质实验
(1)将干燥的有色布条和湿润的有色布条分别放入2瓶已盛满的青霉素瓶中。片刻后，湿润的有色布条逐渐褪色，而干燥的有色布条不褪色。
(2)从石棉网上取下一束细铁丝，用砂纸除去其氧化膜，缠绕在火柴梗上，烧红后伸入盛满的青霉素瓶中，瓶内即刻充满棕红色的烟。用注射器向瓶内注入少量蒸馏水，振荡，静止片刻，溶液呈黄绿色。（为方便观察，可将青霉素瓶放在白纸上）。
(3)将铜丝缠绕在火柴梗上，加热到红热时，立即伸入充满氯气的青霉素瓶中，瓶内迅即充满棕色的烟。用注射器向瓶内注入少量蒸馏水，振荡，静止片刻，溶液呈蓝绿色。
1.4 微型实验优点
(1)反应快，无须加热，节约了能源。
(2)0.2g，浓盐酸1～2mL，大大减少了药品用量。
(3)用注射器代替分液漏斗，用具支试管代替烧瓶，添加T型管、止水夹，装置的气密性更好，浓盐酸的用量及反应进程均实现可控。
(4)用青霉素瓶代替集气瓶，做铁、铜在氯气中燃烧实验。由于的量比较少，与铁、铜反应后，已基本上无剩余。因此，很少会发生“棕黄色的烟与很容易从瓶口散逸出来，影响师生健康”的现象。另外，青霉素瓶体积小、耐压、耐高温，废弃的青霉素瓶容易获得，去污、清洗等处理也非常方便。
(5)实验安全、操作简便、现象明显、基本无污染，适合于学生人人动手实验，并在实验中了解、学习、掌握及其相关知识，提高动手操作能力。
2.“乙烯的制取与性质”的微型实验
2.1 实验仪器与药品
(1)仪器
具支试管（1支，18mm×120mm）、平底具支试管（1支，18mm×80mm，图1中的试管2）、注射器(5mL)、温度计(0～200℃)、橡皮塞（2只）、小试管（2支，12mm×70mm）、玻璃弯管（2支）、乳胶管（3段）、铁架台、尖嘴玻璃导管（1支，70 mm，尖嘴端30mm）、铁夹、十字夹、火柴、酒精灯、指定的回收容器。
(2)药品
乙醇与浓硫酸的混合液(1∶1)、溴水、10%NaOH溶液、酸性溶液、
（小块状）。
(3)装置
2.2 实验仪器、药品用量比较
2.3 实验步骤
(1)连接微型实验仪器，并检查气密性。
(2)用注射器抽取乙醇与浓硫酸的混合液2～3mL加入具支试管1中，再加入若干小块状，甲带有温度计的橡皮塞塞住试管口。在具支试管2中加入5 mL左右10%NaOH溶液。
在小试管中加入1 mL左右的溴水，同时在另一小试管中加入1mL左右的酸性溶液待用。
(3)用酒精灯加热，使液态混合物温度迅速上升到170℃，并注意控制好温度，使
均匀地产生（可根据试管2中气泡产生的连续程度来判断）。
(4)在均匀产生后，先做与溴水反应的性质实验。溴水完全褪色后，立即换上盛酸性溶液的小试管。
性质实验完成后，接上尖嘴玻璃导管。在导管口点燃，观察火焰。
(5)实验完毕，熄灭酒精灯。按照从右到左，从上到下的顺序拆卸装置。待具支试管1冷却后，再将具支试管1、2中的液体分别倒入指定的回收容器中，冲洗试管。最后再倒入指定的废物桶中，集中处理后再排放。具支试管2中的液体也一样要求回收处理。
2.4 微型实验优点
(1)大大减少了药品用量，降低了实验成本。
(2)洗气 这是教科书上没有的装置。用10%NaOH溶液来洗气既防止了实验过程产生的
、
等对本实验的干扰，又在性质实验前清除了杂质，得到了教科书上性质实验中要求的纯，增强了安全性，体现了实验的绿色化。
(3)现象直观明显 均匀产生后，通入溴水以及酸性溶液中，褪色快；点燃前，能闻到其芳香的气味。点燃时，火焰明亮，燃烧稳定，没有黑烟（完全燃烧），火焰高，持续时间长。
将燃烧实验放在最后做，表面上看只不过是调换了实验顺序。但此时的纯度已达100%，又通过尖嘴玻璃导管，避免了爆炸等实验事故的发生，还避免了的浪费。
整个实验过程中，装置的气密性高，试管1中基本上没有炭化现象。
(4)耗时短 与大烧瓶相比，在具支试管1中余留的比较少，气体逸出路径短，逸出时间也少。原来按书本上要求做，完成性质实验的全过程一般需十多分钟，现在只需3min左右即可。
(5)回收废液 要求学生先将废液倒入各自实验台上的废物杯中，再倒入指定的废物桶中，集中处理后再排放。
3.“乙炔制取与性质”的微型实验
3.1 实验仪器与药品
(1)仪器
平底具支试管（2支，20mm×80mm，20mm×60mm）、注射器(5mL)、橡皮塞（2只）、平底小试管（2支，20mm×20mm）、玻璃弯管（2支）、乳胶管（3段）、尖嘴玻璃导管（1支，70mm，尖嘴端30mm）、火柴、指定的回收容器。
(2)药品
（小块状）、乙醇、乙醇与水的混合液（体积比1∶3）、溴水、10%NaOH溶液、酸性溶液
3.2 实验步骤
(1)连接好微型实验装置各部分的仪器，检查装置及气密性。
(2)向平底具支试管1中加入一小块，再加1～2mL乙醇，使浸没在乙醇中。向平底具支试管2中加入5mL 10%NaOH溶液。在平底小试管中加入1 mL左右的溴水，同时在另一平底小试管中加入1 mL左右的酸性溶液待用。
(3)用注射器抽取乙醇与水的混合液4 mL慢慢推入具支试管1中，反应即开始。
(4)控制乙醇与水的混合液推入酌量与速度，使
均匀地产生（根据试管2中气泡产生的连续程度来判断）。
(5)在均匀产生后，先做与溴水反应的性质实验。溴水完全褪色后，立即换上盛酸性溶液的小试管。性质实验完成后，接上尖嘴玻璃导管。在导管口点燃，观察火焰。
(6)实验完毕，按从上到下的顺序拆卸装置，并将具支试管1、2中的液体分别倒入指定的回收容器中，冲洗试管。
3.3 实验效果
(1)节约了药品 溴水、酸性溶液的质量分数降低，以平底小试管来代替常规试管。这样，大大减少了药品用量，降低了实验成本。
(2)可控 利用注射器控制乙醇与水的混合液推入的量与速度，进而控制反应速率。
(3)洗气 用10%NaOH溶液来洗气，清除了实验过程产生的
等有特殊难闻臭味的杂质及其对本实验的干扰，体现了实验的绿色化。
(4)耗时短 与大烧瓶相比，在具支试管1中余留的比较少，气体逸出路径短，逸出时间也少。
(5)现象直观明显 均匀产生后，通入溴水以及酸性溶液中，褪色快。点燃时，产生明亮的火焰，燃烧稳定，没有黑烟（完全燃烧）。火焰高，持续时间长。
(6)回收 要求学生将具支试管1、2中的废液等集中倒在指定的回收容器中，处理后再排放。
三、高中化学气体微型实验探索与实践的意义
以上2个气体微型实验的探索表明，不必使用专门的微型化仪器装置，借助青霉素瓶、小试管、注射器以及独立研制的系列微型具支试管等器材就能开展高中化学气体微型实验。
实践证明微型实验是实现中学化学新课程要求的有效途径，微型实验已经成为当前研究的热点，是中学化学实验教学改革与发展的重要方向。资源节约、环境友好的高中化学气体微型实验充分体现了可持续发展、循环经济的核心理念，在当今的新课程教学改革中将会发挥出越来越重要的作用。微型实验有助于教师的专业化发展，有助于提高学生的科学探究和实践能力。