胡愛霞 張永強(qiáng)

摘 要 高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是化學(xué)這門課程的重要組成部分，學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，進(jìn)一步揭示化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。伴隨著信息化教學(xué)的普及，高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課成為學(xué)生獲取知識(shí)、培養(yǎng)能力的重要手段。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，不斷創(chuàng)新和改進(jìn)裝置設(shè)計(jì)，做到實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)微型化、環(huán)?；龋梢耘囵B(yǎng)學(xué)生的探究能力、動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

關(guān)鍵詞 化學(xué)實(shí)驗(yàn)；高中化學(xué)；儀器裝置

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）13-0121-03

1 引言

高中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)提出，在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)藥品、實(shí)驗(yàn)儀器裝置，親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的過程，充分認(rèn)識(shí)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)這門學(xué)科中起到的重要作用，應(yīng)使高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課成為學(xué)生獲取知識(shí)、培養(yǎng)能力的重要手段。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中不斷設(shè)計(jì)創(chuàng)新裝置，做到實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)微型化、環(huán)?；?，可以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)[1]。

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要涉及三大部分的內(nèi)容：化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器的用途和使用方法；化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器裝配、藥品取用以及簡(jiǎn)單的操作；物質(zhì)的制備和性質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)等。本文主要分析高中化學(xué)創(chuàng)新裝置設(shè)計(jì)的原則，然后結(jié)合高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容列舉幾個(gè)具體的創(chuàng)新裝置改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，為相關(guān)教師提供教學(xué)參考。

2 實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)的目的和意義

在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，按照實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)的目的是更好地服務(wù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2]。如除雜實(shí)驗(yàn)，氮?dú)庵谢煊猩倭康难鯕?，選擇除雜質(zhì)試劑需要注意除去氧氣的同時(shí)，不能和氮?dú)夥瓷瘜W(xué)反應(yīng)，也不能產(chǎn)生新的氣體，盡量采用固體消耗混雜的氣體。

符合科學(xué)實(shí)驗(yàn)要求 實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)必須符合科學(xué)事實(shí)，要結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[3]。如硫的燃燒實(shí)驗(yàn)及生成物性質(zhì)的檢驗(yàn)中，若是在空氣中直接燃燒生成的二氧化硫，會(huì)污染空氣；改進(jìn)裝置后，實(shí)驗(yàn)在相對(duì)密閉的環(huán)境中進(jìn)行。因此，改進(jìn)裝置更符合科學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。

體現(xiàn)環(huán)保理念 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置要體現(xiàn)環(huán)保理念。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢物質(zhì)要及時(shí)回收，對(duì)于一些可以循環(huán)使用的原料，進(jìn)一步回收以循環(huán)利用。如尾氣中含有二氧化硫、氯氣、硫化氫或者三氧化硫等氣體的氣體制備實(shí)驗(yàn)中，可以采用氫氧化鈉溶液進(jìn)行尾氣的吸收。

提高實(shí)驗(yàn)的安全性 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)本著“安全無(wú)小事”的思想，確保實(shí)驗(yàn)過程中操作規(guī)范，實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置的安裝和拆卸都合理。如改進(jìn)后的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中裝備的安裝順序一般為由左到右、由下到上，操作過程順序一般為安裝設(shè)備→檢驗(yàn)整套裝置的氣密性→添加實(shí)驗(yàn)藥品→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

體現(xiàn)節(jié)約型原則 主要體現(xiàn)在改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中采用盡量少的儀器、用到盡量少的試劑、采用盡量簡(jiǎn)化的實(shí)驗(yàn)步驟。如改進(jìn)洗氣裝置，可以采用雙耳球代替洗氣瓶，實(shí)驗(yàn)過程中避免試劑的浪費(fèi)。

3 化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)案例分析

案例一：硫的燃燒及二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn) 硫是高中化學(xué)中比較重要一種非金屬元素，單質(zhì)硫性質(zhì)比較活潑，可以和空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二氧化硫，也可以和金屬鐵反應(yīng)生成硫化亞鐵，和金屬銅反應(yīng)生成硫化銅。但是硫的氧化物會(huì)污染空氣，所以在二氧化硫的性質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中要注意實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)。

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中采用三套裝置進(jìn)行硫的燃燒和性質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。圖1中主要畫出硫的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置圖。操作中在試管中加入適量的硫粉，用酒精燈進(jìn)行加熱，加熱一小會(huì)兒后開始通入空氣，單質(zhì)硫在試管中進(jìn)行燃燒，生成的氣體被氫氧化鈉溶液吸收。

圖2是二氧化硫性質(zhì)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置圖，兩個(gè)試管用橡皮塞塞緊，上面插入分液漏斗，其中一支試管中通入適量的二氧化硫氣體，注意用橡皮塞子塞緊；另一支試管中不通入二氧化硫氣體。在操作過程中將通入二氧化硫氣體的試管迅速換上盛有紫色石蕊試液的分液漏斗，沒有通入氣體的試管中換上盛有純凈水的分液漏斗，打開連通兩個(gè)分液漏斗的活塞，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

圖3是二氧化硫與溴水和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)裝置圖，主要通過擠壓膠頭滴管，試管中盛有溴水或者高錳酸鉀溶液，觀察二氧化硫水溶液滴入溴水或者高錳酸鉀溶液后，溶液顏色的變化。同樣，二氧化硫可以使品紅溶液褪色的實(shí)驗(yàn)也可以采用這個(gè)裝置。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之后，可以把圖1、圖2和圖3裝置圖綜合成一個(gè)裝置，如圖4所示。

圖4所示二氧化硫制備以及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新裝置圖基本整合了圖1、圖2和圖3的裝置圖，實(shí)驗(yàn)?zāi)康模褐苽涠趸驓怏w并且進(jìn)行二氧化硫性質(zhì)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。主要需要的實(shí)驗(yàn)用品有單質(zhì)硫、品紅溶液、石蕊試劑溶液、溴水溶液、高錳酸鉀溶液和氫氧化鈉溶液，酒精燈、鐵架臺(tái)、玻璃導(dǎo)管和安全瓶等。試管中裝有單質(zhì)硫的粉末，安全瓶中分別盛有品紅溶液、石蕊溶液、溴水溶液和高錳酸鉀溶液。實(shí)驗(yàn)過程中首先檢驗(yàn)整套裝置的氣密性，然后點(diǎn)燃酒精燈，同時(shí)通入空氣，觀察各個(gè)裝置中溶液顏色的變化。實(shí)驗(yàn)過程中注意在第一個(gè)安全瓶里加入熱水，再次觀察品紅溶液顏色變化。學(xué)生通過觀察四個(gè)安全瓶中顏色的變化，做出總結(jié)：

盛有品紅溶液的安全瓶中通入二氧化硫氣體之后，品紅溶液褪色，而換成熱水之后，品紅溶液又恢復(fù)了原來(lái)的顏色，證明二氧化硫氣體可以使品紅溶液褪色，具有漂白的性質(zhì)，但是漂白之后的生成物不穩(wěn)定，加熱可以進(jìn)行分解。二氧化硫氣體通入石蕊溶液后，發(fā)現(xiàn)無(wú)色的石蕊溶液變紅色，證明二氧化硫氣體溶于水中，溶液呈現(xiàn)酸性。二氧化硫氣體通入溴水溶液后，發(fā)現(xiàn)溴水溶液褪色，證明二氧化硫氣體具有強(qiáng)氧化性，可以和溴發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同理，二氧化硫氣體通入高錳酸鉀溶液中，高錳酸鉀溶液變色，證明二氧化硫氣體具有強(qiáng)氧化性。

改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置性能分析：整套實(shí)驗(yàn)裝置采用的實(shí)驗(yàn)用品都比較簡(jiǎn)單，一次性制備了二氧化硫氣體，并進(jìn)行了漂白性、酸堿性和強(qiáng)氧化性的檢測(cè)，最后對(duì)多余二氧化硫氣體進(jìn)行了尾氣吸收，減少對(duì)環(huán)境的污染。因此，改進(jìn)之后的實(shí)驗(yàn)裝置具有簡(jiǎn)單可操作性、環(huán)保性等優(yōu)點(diǎn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中可以進(jìn)行靈活操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯，便于對(duì)二氧化硫性質(zhì)的掌握。

案例二：利用啟普發(fā)生器制備氣體的實(shí)驗(yàn) 啟普發(fā)生器主要用于塊狀固體和液體之間的反應(yīng)，不用于加熱的反應(yīng)，制備的氣體不能或者不易溶于水，因此，高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中氫氣、二氧化碳?xì)怏w、硫化氫氣體、一氧化氮?dú)怏w和二氧化氮?dú)怏w等都可以采用啟普發(fā)生器進(jìn)行制備。

圖5中畫出類似啟普發(fā)生器的實(shí)驗(yàn)裝置圖（自左到右分別為裝置1～裝置5）。裝置1和裝置2的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)中比較容易操作，并且操作起來(lái)比較安全；缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)過程中液體的滴加量不易控制，很容易導(dǎo)致反應(yīng)物的添加過量。裝置3的優(yōu)點(diǎn)是可以隨時(shí)控制實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中比較靈活；缺點(diǎn)是這套裝置需要的藥品消耗量比較大，不利于節(jié)約藥品。裝置4的特點(diǎn)類似于微型化啟普發(fā)生器[4]，實(shí)驗(yàn)過程中可以隨時(shí)控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，藥品的消耗量比較少，整個(gè)實(shí)驗(yàn)比較節(jié)約成本，但是對(duì)于大量氣體的制備不適合。裝置5比較適合教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，整套裝置比較簡(jiǎn)單，容易操作，反應(yīng)過程可以隨時(shí)進(jìn)行和停止，同時(shí)采用分液漏斗后，液體或者藥品的添加量很容易進(jìn)行控制，但不適合學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氣體的制備。

“一氧化氮的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)”可以采用圖6和圖7所示創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置。

實(shí)驗(yàn)原理：銅和濃硝酸反應(yīng)制備一氧化氮。主要化學(xué)反應(yīng)方程式：Cu+4HNO3（濃）→Cu（NO3）2+2NO↑+2H2O。采用圖6實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新裝置圖，主要應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)用品有試管、玻璃導(dǎo)管、分液漏斗、酒精燈、銅絲、濃硝酸、濃硫酸、氫氧化鈉溶液、酸堿指示劑等。實(shí)驗(yàn)步驟：首先檢查裝置的氣密性，在試管中加入適量的稀硝酸溶液，同時(shí)把纏繞細(xì)銅絲的分液漏斗伸入濃硝酸溶液中；橡皮塞塞緊后，學(xué)生可以觀察到銅絲表面立刻產(chǎn)生大量氣泡，整個(gè)試管很快被紅棕色氣體填充；但是伴隨著化學(xué)反應(yīng)的不斷進(jìn)行，生成的一氧化氮?dú)怏w被燒杯中的氫氧化鈉溶液吸收，采用倒立式漏斗裝置進(jìn)行氣體防倒吸處理實(shí)驗(yàn)。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是增大了氣體和吸收液氫氧化鈉溶液的接觸面積，而且伴隨著氣體的不斷吸收，玻璃導(dǎo)管內(nèi)的大氣壓強(qiáng)減小，燒杯里的吸收液上升到漏斗中，液面開始下降，導(dǎo)致漏斗口離開吸收液液面，但是由于自身重力的影響，還會(huì)回到燒杯內(nèi)，防止液體進(jìn)行倒吸。

圖7實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新裝置圖為銅和稀硝酸的反應(yīng)，主要應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)用品有圓底燒瓶、長(zhǎng)頸漏斗、U形管、玻璃導(dǎo)管、稀硝酸溶液、細(xì)銅絲和氫氧化鈉溶液等。反應(yīng)的主要方程式：3Cu+8HNO3（?。?Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O。這套創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)裝置在操作過程中的注意事項(xiàng)：

1）稀硝酸的濃度不宜高，否則會(huì)影響一氧化氮的產(chǎn)率；但也不要太低，否則會(huì)影響化學(xué)實(shí)驗(yàn)速率，一般采用稀硝酸的體積比為1：4；

2）細(xì)銅絲實(shí)驗(yàn)前需要進(jìn)行打磨，否則含有氧化銅或者其他氧化物，影響制備氣體的純度；

3）膠塞塞住注射器前必須保證是真空，否則生成的一氧化氮很容易發(fā)生氧化。

改進(jìn)后的裝置性能：整套裝置操作簡(jiǎn)單，保證了制備氣體的純度，同時(shí)有利于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的調(diào)控，實(shí)驗(yàn)中注重對(duì)尾氣的處理，培養(yǎng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]許力，王九思，沈彤.設(shè)計(jì)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)的創(chuàng)新思維方式[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006（4）：41-42.

[2]王德芹，李念洋，柴勇.利用創(chuàng)新裝置推進(jìn)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（4）：42.

[3]馬志超.高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新三法[J].當(dāng)代化工研究，2016（12）：51-52.

[4]陳國(guó)民.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新（三）反應(yīng)碟：微型氣體產(chǎn)生和測(cè)試裝置[M]//中國(guó)化學(xué)會(huì)：第七屆全國(guó)微型實(shí)驗(yàn)研討會(huì)暨第五屆中學(xué)微型實(shí)驗(yàn)研討會(huì)論文集.2007：4.