賴元霞

摘要:利用魔棒點(diǎn)燈原理,使用醫(yī)療中的廢棄物和實(shí)驗(yàn)室中的常備物品,改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn),不但可以避免環(huán)境污染,還能取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:環(huán)境污染 魔棒點(diǎn)燈原理 變廢為寶

人教版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第27頁(yè)【實(shí)驗(yàn)2-1】《測(cè)定空氣里氧氣含量》和第34頁(yè)【實(shí)驗(yàn)2-3】《硫在氧氣里燃燒》這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都存在一個(gè)共同的致命弱點(diǎn):實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí),反應(yīng)物硫和磷均需在空氣中用酒精燈點(diǎn)燃,如此一來(lái),產(chǎn)物五氧化二磷和二氧化硫就會(huì)散發(fā)在空氣中,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,危害師生健康。很多老師改用白磷來(lái)引燃,因白磷有劇毒,同樣存在不安全因素。那么,引燃過(guò)程能否在密閉的反應(yīng)容器中進(jìn)行,從而避免污染呢?

由此我想到了魔棒點(diǎn)燈的原理:濃硫酸遇到氯酸鉀、過(guò)氧化鈉、高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑時(shí),立即放出大量的熱量,使局部溫度迅速升高,達(dá)到酒精的著火點(diǎn);與此同時(shí),反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣又起到助燃的作用,于是酒精燈就被點(diǎn)燃了。這種方法能不能引燃紅磷和硫磺呢?為此,我進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):

在通風(fēng)良好的室外,在兩塊碎瓷片上各放適量的紅磷和硫磺,再在上面各放幾粒氯酸鉀或過(guò)氧化鈉或高錳酸鉀晶體,然后滴加幾滴濃硫酸,發(fā)現(xiàn)紅磷和硫磺都迅速燃燒起來(lái)。而且所加氯酸鉀、過(guò)氧化鈉、高錳酸鉀等晶體的量越多,燃燒的速度越快、越劇烈。但加高錳酸鉀時(shí),燃燒過(guò)程中有紫色煙產(chǎn)生,開(kāi)始時(shí)根本就看不見(jiàn)紅磷燃燒所產(chǎn)生的白煙和硫磺燃燒產(chǎn)生的淡藍(lán)色火焰。

實(shí)踐證明,用這一反應(yīng)原理來(lái)引燃紅磷和硫磺是可行的。但由于燃燒比較劇烈,如果在密閉容器中進(jìn)行引燃,很可能發(fā)生爆炸事故,所以,如果要在密閉容器中進(jìn)行引燃,考慮到實(shí)驗(yàn)的安全性,實(shí)驗(yàn)裝置中應(yīng)增加緩沖由于燃燒而引起的氣體體積膨脹的裝置,比如氣球等;同時(shí),如果用高錳酸鉀和濃硫酸反應(yīng)來(lái)進(jìn)行引燃,則燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的紫色煙分散在容器內(nèi),觀察不到紅磷燃燒所產(chǎn)生的白煙和硫磺燃燒產(chǎn)生的淡藍(lán)色火焰,從而影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。所以應(yīng)該用氯酸鉀或過(guò)氧化鈉和濃硫酸反應(yīng)來(lái)進(jìn)行引燃,并且氯酸鉀或過(guò)氧化鈉的用量一定要少。

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)探究和綜合分析,我在教材原裝置的基礎(chǔ)上,增加一個(gè)氣球和一支注射器,稍加改動(dòng)后,經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn),終于使這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中的污染問(wèn)題得到了很好的解決。裝置如圖1所示:

一、實(shí)驗(yàn)方法

1.空氣中氧氣含量的測(cè)定

在燃燒匙中裝入足量紅磷,并在其表面上灑少許氯酸鉀晶體或過(guò)氧化鈉,然后按圖組裝好裝置,用一支醫(yī)用廢棄一次性注射器抽取一定量的濃硫酸插入橡皮塞,并使針頭對(duì)準(zhǔn)燃燒匙中的藥品。捏癟氣球,關(guān)閉輸液管上的開(kāi)關(guān),將輸液管浸入盛有水的燒杯中。實(shí)驗(yàn)時(shí)慢慢推動(dòng)注射器活塞,向燃燒匙中滴幾滴濃硫酸,濃硫酸和氯酸鉀劇烈反應(yīng),放出大量的熱,紅磷很快劇烈燃燒起來(lái),產(chǎn)生大量白煙,并迅速充滿廣口瓶,同時(shí)放出大量的熱量,使瓶?jī)?nèi)氣體受熱膨脹,氣球迅速脹大。在紅磷燃燒的過(guò)程中,不斷捏癟氣球,使系統(tǒng)內(nèi)的氧氣盡量消耗。反應(yīng)完畢,捏癟氣球,用夾子夾緊。打開(kāi)一次性輸液器開(kāi)關(guān),燒杯內(nèi)的水被吸入廣口瓶?jī)?nèi),達(dá)廣口瓶容積的約五分之一處(如圖2所示)。

2.硫、磷在氧氣中燃燒

在集氣瓶?jī)?nèi)收集滿氧氣,用濃氫氧化鈉溶液來(lái)吸收尾氣,其余操作同實(shí)驗(yàn)1(如圖3所示)。

3.磷、鐵、銅等在氯氣中燃燒

先在瓶?jī)?nèi)裝適量氯酸鉀或高錳酸鉀晶體,再在燃燒匙內(nèi)裝適量紅磷、鐵粉、銅粉,燒杯中用濃氫氧化鈉溶液來(lái)吸收尾氣,以盡量消除污染。按圖4組裝好裝置后,打開(kāi)輸液器開(kāi)關(guān),慢慢推動(dòng)注射器活塞,向瓶?jī)?nèi)注入適量濃鹽酸,濃鹽酸和氯酸鉀或高錳酸鉀劇烈反應(yīng),產(chǎn)生大量氯氣,并迅速充滿整個(gè)容器。然后再慢慢推動(dòng)另一支注射器活塞,向燃燒匙中滴幾滴濃硫酸,濃硫酸和氯酸鉀劇烈反應(yīng),放出大量的熱,紅磷(或硫磺、鐵粉、銅粉)很快就會(huì)劇烈燃燒起來(lái),并放出大量的熱量,使瓶?jī)?nèi)氣體受熱膨脹,氣球迅速脹大,同時(shí),燒杯內(nèi)導(dǎo)管口冒出氣泡。其余實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與教材敘述一致。反應(yīng)結(jié)束,廣口瓶?jī)?nèi)溫度下降,由于倒吸作用,燒杯內(nèi)氫氧化鈉溶液被吸入廣口瓶?jī)?nèi),振蕩廣口瓶,使氫氧化鈉溶液與廣口瓶?jī)?nèi)殘余的氯氣、五氯化磷、三氯化磷、鹽酸、氯化銅、氯化鐵等物質(zhì)反應(yīng),從而徹底消除污染。

二、改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

裝置的組裝和使用都很簡(jiǎn)單;實(shí)驗(yàn)成功率達(dá)百分之百;利用濃硫酸和氯酸鉀反應(yīng)放出的熱量在密閉系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行引燃;有毒反應(yīng)物——氯氣在密閉系統(tǒng)中臨時(shí)制取;用氫氧化鈉溶液來(lái)吸收尾氣。這些措施避免了環(huán)境污染,對(duì)學(xué)生進(jìn)行了環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源、充分利用資源的教育。

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