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一、高二新教材第6页:[实验1-1]红磷转变成白磷实验的绿色化设计
【创新意图】
1.“三定”:在封闭的条件下,实现红磷转化为白磷,让黄色物质产生在指定的位置;让空气先通过红磷,再通过黄色物质;让尾气到达指定的地方。
2.既验证黄色物质是白磷,又比较红磷与白磷着火点的不同。
3.对残留物及燃烧产物进行符合环保要求的处理。
【实验用品】具支试管、120°弯玻璃导管、单孔胶塞、乳胶管、酒精灯、双连球、铁架台(带铁夹)、透明塑料袋、火柴、橡皮筋;红磷。
【创新设计】装置如图1所示。
图1 红磷转变成白磷实验的绿色化设计
1.实验步骤及实验现象
(1)加入0.2g红磷于具支试管底部,并固定在铁架台上,插入试管内的导气管伸出胶塞不超过0.5cm,关闭C处弹簧夹。
(2)先用酒精灯均匀预热,后对准试管底部有红磷的部位集中加热,此时可观察到试管内先有少量白烟生成,后产生大量黄烟并冷凝在试管内壁E处形成黄色物质。当红磷只剩下一半时,停止加热,移开酒精灯,此时,关闭D处弹簧夹。
(3)待试管冷却后,将与双连球相连的玻璃导管从装置图的A点移到B点,导管口离试管底大约0.5cm处,使进入的空气先通过红磷,再与E处黄色物质接触,打开C、D处弹簧夹。挤压双连球(先慢后快,控制好气流速度,注意刚开始时,不要让黄色物质将红磷点燃),此时可观察到红磷无明显现象,但试管内壁上的黄色物质剧烈燃烧,发出光,产生大量白烟,经导管不断涌入回收袋中。鼓气,黄色物质则燃烧;不鼓气,燃烧则停止。教师可根据教学需要随意控制黄色物质的燃烧与否以及燃烧的程度。
(4)演示实验完毕后,鼓气直到黄色物质燃烧完全,当试管内不再产生白烟时,再用酒精灯继续加热试管,边加热边鼓气,一直到试管内不再产生白烟。此时,试管内既无白磷,也没有红磷,拆装置将不再污染环境。试管、玻璃导管和回收袋用5%的NaOH溶液处理即可。
2.创新特点
实验自始至终都在封闭条件下进行,有利于环境保护,符合绿色化学的要求。利用一套装置,既检验了黄色物质是白磷,又比较了红磷与白磷着火点的不同;回收装置选用透明塑料袋,既携带方便,回收效果好,又可多次使用,还方便教师课后带回实验室处理;创造性地将红磷和白磷转化为五氧化二磷后,再用氢氧化钠溶液处理,既避免实验室拆装置和洗涤时的二次污染,成本也较用硫酸铜溶液处理要低,此举为实验室处理红磷转变成白磷的实验废弃物提供了新方法和新思路。
3.注意事项
(1)红磷要干燥。
(2)冷却时间不宜过短,否则鼓气时易先将红磷引燃;也不宜过长(特别是冬季),若温度过低(低于40℃),鼓气时白磷不易燃烧。试管内温度在80~160℃之间时鼓气为宜。
(3)为方便导管移动,在导管表面可涂少许凡士林;移动时注意导管口不要碰到试管内壁上的白磷。
(4)连接回收袋的玻璃导管可适当长一点,起冷却尾气的作用。
二、人教版《义务教育课程标准实验教科书·化学》(九年级上册)“燃烧的条件”环保型设计
【创新意图】在封闭的条件下,实现燃烧条件的有效控制;可根据教学的需要,随心所欲地控制反应。
【实验用品】具支试管、120°弯玻璃导管、单孔胶塞、乳胶管、酒精灯、双连球、铁架台(带铁夹)、透明塑料袋、火柴、橡皮筋;红磷、白磷。
【创新设计】装置如图2所示。
图2 “燃烧的条件”环保型设计
1.实验步骤及实验现象
(1)加入0.2g红磷于具支试管底部,距其2cm处放一米粒大小的白磷,并将试管固定在铁架台上,导管口离试管底部0.5cm左右。
(2)由双连球鼓入空气,发现无明显现象(说明可燃物虽与氧气接触,但温度达不到着火点,也不会燃烧)。
(3)先用酒精灯均匀预热,后对准红磷与白磷的中间部位集中加热,同时挤压双连球,使进入的空气先通过红磷,再到达白磷。此时可观察到红磷无明显变化,而白磷却剧烈燃烧;若停止鼓气,则白磷停止燃烧(说明可燃物燃烧必需满足的条件)。
2.创新特点
(1)实验自始至终都在封闭条件下进行,有利于环境保护,符合绿色化学的要求。
(2)教师可根据教学需要随意控制燃烧,有利于学生对燃烧条件的理解。
三、趣味性实验“天龙吐火”的原创设计
【创新意图】利用趣味性实验,激发学生学习化学的兴趣。
【实验用品】
具支试管、玻璃导管、单孔胶塞、双球干燥管(单球也可)、乳胶管、酒精灯、双连球、铁架台(带铁夹)、透明塑料袋、火柴、棉花、橡皮筋;红磷、53%硫酸铜溶液。
【创新设计】如图3所示。
图3 天龙吐火
1.实验步骤及实验现象
(1)将浸过硫酸铜溶液的棉花塞在双球干燥管的大球部位,松紧适宜。既能起滤气作用,又不影响通气。再将透明塑料袋系在干燥管的小球部位。
(2)取大约0.2g红磷于试管的底部,导气管口在红磷上方3~4cm处,如图3所示,连接好装置。
(3)先预热,再集中火力于试管的底部加热,待红磷剩余三分之一左右时,停止加热。
(4)冷却30秒左右,鼓入空气,可看到从导气管口吐出火焰,犹如天龙吐火,待火焰熄灭后,试管内壁上的黄色物质又开始燃烧,发出光,就像天上的火烧云一样,非常有趣。燃烧的剧烈程度随鼓气量的多少、快慢而不同,可根据需要随意控制。
2.注意事项
(1)红磷要干燥。
(2)导管口用酒精喷灯烧成喇叭状。
(3)浸过硫酸铜的棉花制作方法如下:将棉花用5%硫酸铜溶液浸湿后,取出挤干水分,再撕至蓬松即可。
(4)冷却时间不宜过长,也不宜过短(过短反应太剧烈)。当环境温度过高或过低时,应酌情延长或缩短冷却时间。