气体制备及性质验证综合一体化创新设计-《化学教学》(2021年2期).docx

龙源版权所有 气体制备及性质验证综合一体化创新设计作者：刘江 洪俊华 赵宁东 徐怀春来源：《化学教学》2021年第02期 摘要： 以绿色化学理念为指导，对乙炔、氯气、二氧化硫等气体制备及性质实验传统的反应装置进行优化设计。用医用注射器、输液软管、三通旋塞等医用器材设计一套制备、净化和性质验证的一体化装置，解决了传统实验存在的有毒有害物质逸散、药品用量过大、耗时较长等问题，降低了实验成本，为其他有毒有害气体的制备与性质实验的改进提供新思路。 关键词： 乙炔等气体制备实验; 实验一体化设计; 实验探究 文章编号： 1005-6629（2021）02-0062-05 中图分类号： G633.8 文献标识码： B 2019年11月颁布的《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》中提出，实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养创新人才的重要途径[1]。在教学中，化学实验可以引发学生的兴趣，培养他们的实践能力和创新精神，在体会到成功的喜悦后，能激发更大的学习热情，进一步促进和强化理论知识的学习[2]。 人教版《有机化学基础》第二章“烃和卤代烃”中有关乙炔的制备和性质实验是中学化学教材中一个重要的实验[3]。通过演示该实验，可使学生了解制备乙炔气体的反应原理，认知乙炔的燃烧、与溴的加成、与酸性高锰酸钾溶液反应等化学性质。但制备乙炔时反应剧烈且会产生大量泡沫，影响实验的顺利进行;制取的乙炔气体因含有硫化氢、磷化氢等有害气体而具有强烈的恶臭味，且试剂用量较多，造成浪费;装置略显庞大，组装和操作较为烦琐。人教版教材《化学1（必修）》“富集在海水中的元素——氯”一节中介绍了氯气的相关性质[4]，但未给出氯气具体的制取方法，教师做相关氯气性质演示实验时一般采用苏教版《化学1（必修）》中浓盐酸与二氧化锰在加热条件下制备氯气的方法[5]。罗兵[6]、于永民[7]等人对氯气的制备及性质实验装置进行了组合化与微型化设计，缩短了实验操作的时间。李胜荣等[8]对氯气与氢气反应实验进行改进，提高了氯气与氢气混合用光引爆实验的成功率，但实验过程中仍然存在氯气泄漏、不能验证干燥氯气是否具有漂白性且容易发生倒吸等问题。二氧化硫是一种有毒气体，不仅会造成空气污染，还会危害师生的健康，一线教师大多采用演示实验或播放视频的方式进行教学，使学生无法真正感知实验过程中的现象，不利于学生对二氧化硫性质的掌握。 本文改进乙炔、氯气、二氧化硫等气体的制备及性质实验，减少有毒有害气体逸散，所用仪器简单，药品用量少，符合绿色化学的理念。通过明显的实验现象培养学生的证据意识，逐步形成“宏观辨识与微观探析”等化学学科核心素养。 1 主要实验器材和装置的组装 1.1 实验药品和器材 实验药品： 浓盐酸、浓硫酸、亚硫酸钠、高锰酸钾、电石、氢氧化钠、硝酸银、铜粉、饱和食盐水、饱和硫酸铜溶液、溴的四氯化碳溶液、品红溶液、溴水、石蕊溶液 实验器材： 天平、具支试管、橡胶塞、输液器（若干套）、不同规格的注射器（10mL、 20mL、 250mL、 300mL若干套）、硅胶管、变径接头、医用三通旋塞、酒精灯、干燥管、烧杯、有色纸条、淀粉KI试纸、pH试纸、细玻璃管 1.2 组装气体发生器 如图1、图2所示， 取一只大号具支试管，配一个合适大小打有小孔的橡胶塞，在橡胶塞的小孔上刺入一次性医用输液器套件的瓶塞穿刺器（A），将带空气过滤器一端的输液软管打结（B），在另一根输液软管上穿入一个轮式夹（C），尾部接一个注射器（D），规格可根据药品用量确定。具支口与接有合适大小变径接头（F）的硅胶管（E）相连，变径接头的另一端与输液管连接。图1为输液器主要部分名称简示图，图2为各个部分装置组装的简示图。 1.3 组装净化装置 另取一个容积为20mL注射器，拔出活塞，在注射器底部接一根套有轮式夹（H）长20cm的输液软管（G），另一端与变径接头（F）相连，在注射器顶部塞上一个带有一次性医用输液器套件瓶塞穿刺器（I）的橡胶塞，瓶塞穿刺器上连一根长10cm的输液软管（J），注射器内可按需加入液体或固体介质以干燥或净化气体。 1.4 组装收集装置 将两个或多个医用三通旋塞（K）相连，在其中一个接口连接一个带转接头的300mL大注射器（L）用于收集或储藏气体（此处要选用容积稍大的注射器，以避免因压强过大使活塞冲出而造成有毒有害气体泄漏）。另一个接口与输液管（N）连接（输液管N和J为同一根输液管），剩余的接口与带有外圆锥接头长15cm的输液软管（M）相连，用于吸入溶液处理尾气或排出气体做燃烧实验，其余旋塞的接口留着备用。图3为三通旋塞位置与对应相通关系示意图。 1.5 组装性质验证装置 注射器（O）与三通旋塞（P）组合，可在注射器中吸入一定体积的溶液或放入蘸有溶液的棉