“噴吹法”在微型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

文章編號(hào)：1005－6629(2008)07－0007－02中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

在九年級(jí)化學(xué)中，主要的研究對(duì)象是氧氣、氫氣、二氧化碳、鐵、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉和氫氧化鈣等。因?yàn)闋顟B(tài)的關(guān)系，氧氣、氫氣和二氧化碳的實(shí)驗(yàn)研究無(wú)論是從實(shí)驗(yàn)裝置還是從操作方法上都要比酸堿鹽之間的反應(yīng)復(fù)雜，因此在實(shí)際教學(xué)中，這類實(shí)驗(yàn)的處理常常是以“講”代“做”。下文嘗試從改變?cè)b置龐大、藥品消耗過(guò)多這兩個(gè)個(gè)方面著手，用簡(jiǎn)單易得的材料，用極其微量的藥品消耗完成九年級(jí)化學(xué)中有關(guān)這三種氣體的主要化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

1“二合一”氣體發(fā)生、收集裝置的制作

首先來(lái)了解一下氧氣、氫氣、二氧化碳這三種氣體的制取原理。在常溫下，這三種氣體都可以采用固體和液體反應(yīng)生成，分別是：氧氣由過(guò)氧化氫溶液在二氧化錳的催化作用下分解產(chǎn)生；氫氣由鋅粒和稀硫酸反應(yīng)生成；二氧化碳由石灰石和稀鹽酸反應(yīng)制得。當(dāng)然也可以用類似物品代替。

其次，介紹“二合一”簡(jiǎn)易裝置的制作：

①材料：氣密性良好的一次性塑料保鮮袋一只、一次性塑料注射器一只(注射器最好選用規(guī)格為1mL的，這樣的針筒外徑只有6mm，便于捆扎)、30cm長(zhǎng)細(xì)線一根。

②發(fā)生器的做法：如圖A所示，用細(xì)線把保鮮袋緊緊扎在針筒上，再把袋子中的空氣擠出。

③連接器的做法：如圖B所示，取打吊針的廢棄皮條兩根，拔下皮條上的帶細(xì)軟管的針頭，剪掉細(xì)軟管留下針座待用。再在皮條上剪下2、3cm長(zhǎng)的一段皮管，把兩個(gè)針座連接起來(lái)，這是一個(gè)非常好用的注射器與注射器之間的連接方式。

④堵頭的制作：如圖C所示，當(dāng)保鮮袋或針管中充滿氣體的時(shí)候，針嘴部分會(huì)漏氣，因此在不需要排氣的時(shí)候必須要把針嘴堵起來(lái)，簡(jiǎn)單的做法是把針頭截去一部分后彎折并捏扁使之不漏氣即可。

⑤用法：根據(jù)制取氣體的不同，預(yù)先在袋中放入的固體藥品也不同。以氧氣為例，在扎緊袋口之前，先在袋中放入一定量的二氧化錳粉末，然后用另外一個(gè)20-30mL規(guī)格的注射器抽取過(guò)氧化氫溶液通過(guò)接頭推注到保鮮袋中，兩種藥物接觸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氧氣。產(chǎn)生的氧氣就聚集在保鮮袋中，當(dāng)需要氧氣時(shí)，用注射器抽取即可。

⑥如果氣體的需要量很小，注射器本身就是一個(gè)很不錯(cuò)的氣體發(fā)生、收集裝置。后面有介紹及應(yīng)用實(shí)例。

2“噴吹法”的具體應(yīng)用

2.1 木炭的燃燒實(shí)驗(yàn)

首先把燃燒匙的鐵絲柄截去三分之一(降低重心)，在適當(dāng)位置纏上一小段細(xì)鐵絲或細(xì)銅絲，并彎成一個(gè)小鉤，如圖D，使燃燒匙能平穩(wěn)地掛在集氣瓶的一側(cè)（把手解放出來(lái)，便于后面的操作）。（下同）

先在一個(gè)空的集氣瓶中放出一些澄清石灰水，然后把一小塊木炭放在燃燒匙中在酒精燈上加熱點(diǎn)燃，觀察木炭在空氣中的燃燒現(xiàn)象；然后把燃燒匙掛在集氣瓶中，用20mL規(guī)格的一次性注射器在圖A裝置中抽取氧氣后，安裝上針頭，兩手配合，緩緩?fù)苿?dòng)針?biāo)ǎ瑢?duì)著燃燒的木炭噴吹氧氣，木炭立即從發(fā)紅光變成發(fā)白光。而原來(lái)的實(shí)驗(yàn)是在充滿氧氣的集氣瓶中進(jìn)行的，因?yàn)槿紵艧崾箽怏w體積膨脹導(dǎo)致一部分氧氣逃逸，另外燃燒產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w混在氧氣中導(dǎo)致氧氣濃度下降，這些原因都將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間不長(zhǎng)。而噴吹出來(lái)的一直是純氧氣。經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，20mL的氧氣噴吹實(shí)驗(yàn)要比100mL的瓶裝氧氣實(shí)驗(yàn)效果好。燃燒完畢，蓋上玻片，振蕩，可見(jiàn)澄清石灰水變渾濁。

2.2 硫的燃燒實(shí)驗(yàn)

先在空的集氣瓶中放入少量水，再滴入幾滴紫色的石蕊試液。把綠豆大小的硫粉放在燃燒匙中并在酒精燈上加熱點(diǎn)燃，可以見(jiàn)到微弱的淡藍(lán)色火焰。然后將燃燒匙掛在集氣瓶口上，再用氧氣噴吹，立即看到又大又明亮的藍(lán)紫色火焰。燃燒完畢，蓋上玻片，振蕩，可見(jiàn)到紫色的石蕊試液變成紅色。這既為后面酸雨形成的學(xué)習(xí)提供感性認(rèn)識(shí)，又可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)。

2.3 鐵的燃燒實(shí)驗(yàn)

把細(xì)鐵絲改為鐵粉，在燃燒匙中加入小半匙的鐵粉，在酒精燈上加熱至暗紅狀態(tài)，此時(shí)觀察到鐵粉在空氣中并沒(méi)有燃燒，說(shuō)明此反應(yīng)不需在集氣瓶中進(jìn)行。如果能請(qǐng)一位同學(xué)幫忙拿著燃燒匙并使燃燒匙傾斜朝向其他同學(xué)再噴吹氧氣，觀察的效果會(huì)更好。在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意兩點(diǎn)，一是要先抽氧氣然后再加熱鐵粉，以免鐵粉冷卻后不易點(diǎn)燃；二是要把針頭扎入鐵粉中再吹氧氣，可以見(jiàn)到鐵粉劇烈燃燒，火星四濺，被燒的部位形成一個(gè)空洞。實(shí)驗(yàn)后如果能以視頻的形式展現(xiàn)鋼板氣割畫(huà)面，那給學(xué)生的感覺(jué)就不僅是化學(xué)有趣，而且還是很有用了。

在上述1、2、3三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，氧氣總共消耗不超過(guò)60mL，制取氧氣所耗雙氧水也就幾毫升而已。

4 氫氣的燃燒實(shí)驗(yàn)

點(diǎn)燃?xì)錃獾年P(guān)鍵在于要獲得一個(gè)穩(wěn)定的氫氣流，一般使用啟普發(fā)生器來(lái)獲取氫氣，可是啟普發(fā)生器一次使用要消耗大量的藥品，如何用微量的藥品就能獲得明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？

①氫氣的制取方法：最簡(jiǎn)單最節(jié)省時(shí)間的辦法是用鎂條和稀鹽酸反應(yīng)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)算，每5mm長(zhǎng)的鎂條可以產(chǎn)生5mL氫氣，本實(shí)驗(yàn)最多需要20mL氫氣，也就是需要鎂條2cm即可。稀鹽酸用量不超過(guò)2mL。

②氫氣的制取過(guò)程：如圖E所示，在20mL規(guī)格的注射器針筒中放入約2cm長(zhǎng)的鎂條，鎂條最好剪成幾節(jié)，然后推上針?biāo)ǎ瑪D走空氣。另取一個(gè)注射器，吸取約2mL的稀鹽酸，把兩支注射器用圖B所示的連接器連接起來(lái)，推動(dòng)針?biāo)ǎ瓜←}酸進(jìn)入另一個(gè)注射器的針筒，鎂條接觸到稀鹽酸迅速反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氣推動(dòng)針?biāo)ê笠疲a(chǎn)生的氫氣約20mL。

③點(diǎn)燃：反應(yīng)停止后，把儲(chǔ)有氫氣的針管換上針頭，緩緩?fù)苿?dòng)針?biāo)〝D出氫氣，點(diǎn)燃，在火焰上方罩一個(gè)冷而干燥的燒杯，有明顯的水霧出現(xiàn)。只要控制好推動(dòng)針?biāo)ǖ乃俣龋?0mL的氫氣可以燃燒十來(lái)秒鐘，學(xué)生有足夠的觀察時(shí)間。

用上述裝置裝還可做如下一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

2.5 二氧化碳溶解于水的微型設(shè)計(jì)

可用圖A所示的簡(jiǎn)單裝置作為二氧化碳的制取和收集裝置，為了節(jié)省時(shí)間，可以預(yù)先在袋子中放入碳酸鈉粉末，然后注入稀鹽酸或稀硫酸。

先用注射器先抽取約5mL的二氧化碳然后再抽取5毫升的水，安裝上如圖C所示的不透氣的針頭，振蕩并推擠針?biāo)ㄔ黾訅簭?qiáng)以加快溶解，一小會(huì)后松開(kāi)手可以看到剩余氣體的體積已經(jīng)變得很小，絕大部分的二氧化碳?xì)怏w溶解到水中。把注射器放到熱水中加熱，可以看到氣泡從水中產(chǎn)生，針?biāo)ê笠疲瑲怏w體積變大。這可以作為氣體溶解影響因素的很好例證。

2.6 二氧化碳與水反應(yīng)的微型設(shè)計(jì)

先用注射器抽取約1-2毫升的紫色石蕊試液，然后再抽取1-2毫升的二氧化碳，振蕩，可以見(jiàn)到明顯地變色現(xiàn)象。加熱后，液體中有氣泡生成，溶液顏色由淺紅色變?yōu)樽仙?/p>

2.7 二氧化碳與石灰水反應(yīng)的微型設(shè)計(jì)

先抽取約1-2mL的二氧化碳?xì)怏w，再抽取4-5mL的澄清石灰水，振蕩，可以見(jiàn)到明顯地渾濁現(xiàn)象。

在上述5、6、7三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，總共消耗二氧化碳不超過(guò)6mL，消耗藥品量極少，實(shí)驗(yàn)器材系塑料制造，價(jià)格低廉、不易損壞，適宜學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。