基于智能手机的铜和硝酸反应实验过程可视化设计-《化学教学》(2020年6期).docx

龙源版权所有 基于智能手机的铜和硝酸反应实验过程可视化设计作者：刘江 赵宁东 刘俊 徐怀春来源：《化学教学》2020年第06期 摘要： 以铜和浓（稀）硝酸反应为例，用医用注射器、三通旋塞等对实验进行微量化改进。通过智能手机拍摄结合希沃授课助手将实验过程实时传输大屏幕，得到放大的画面，有利于学生对实验现象的观察。改进后的实验能完成铜与浓（稀）硝酸反应性质的验证，药品用量少、现象明显、材料易得，适合教师在演示实验教学中使用。 关键词： 铜与浓（稀）硝酸反应; 微量化演示实验; 智能手机 文章编号：2020中图分类号： G633.8 文献标识码： B 化学是实验与理论并重的自然科学。在化学实验教学中通过师生动手操作，认真观察实验现象，引导学生分析现象与本质，促进学生掌握知识、培养学生的创新精神和实践能力。在实验教学中往往存在实验装置繁琐、安装时间长，且现象不明显、实验药品用量多、废弃物难以处理、有毒有害物质直接排放、实验成功率低等问题。 铜和浓（稀）硝酸反应是苏教版高中《化学1》“硝酸的性质”[1]中的重要内容，教材中的实验装置是用具支试管与分液漏斗组合，将产生的气体通入倒置于充满水的集气瓶中，观察实验现象。水槽较重，具支试管与分液漏斗的固定和操作不够方便，更不能手持装置走到学生中间让学生近距离观察，而在讲台上演示时会使部分学生看得不够清楚;将产生的气体通入倒置于充满水的集气瓶，容易使生成的有毒气体直接排放到空气中污染环境，且实验试剂用量偏多。许多高中教师对铜和浓（稀）硝酸反应的实验进行了很多研究和改进，但依然存在许多问题没有解决[2，3]。本文用醫用注射器、医用三通旋塞等，把铜和浓（稀）硝酸反应设计成微量化实验，用手机拍摄并结合“希沃授课助手”以直播的形式将实验现象实时传输到大屏幕（电脑）上，学生通过大屏幕（电脑）观察，解决了实验试剂用量大，有毒、有害物质逸散排放，实验现象不易观察等问题。该设计实验装置组装简单，易操作，能用于固液、液液、气液等反应的实验。 1 实验 1.1 药品和材料 浓硝酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、废铜导线;铁架台（带固定夹）、天平、输液软管、不同规格的注射器（1mL 1个，20mL 3个，150mL 1个）、医用三通旋塞、智能手机、笔记本电脑（希沃授课一体机）、手机三角支架、VGA线 1.2 实验装置和操作 按图1所示连接医用三通旋塞。1号接口与装有1g打磨过的废铜导线容积为20mL的注射器相接，活塞与底部留0.5cm间隙（注射器编号与对应接口编号相同）;2号接口与装有1mL浓硝酸容积为1mL的注射器相接;3号接口与容积为150mL的注射器相接，用于收集产生的气体;4号接口与装有水容积为20mL的注射器相接;5号口与输液软管相接，并将其插入4mol/L氢氧化钠溶液中，如图2所示。实验时空气和水的用量可按需旋转各旋塞补加。 使用VGA线将笔记本电脑与投影仪视频接口连接起来，并设置投影仪的信号源为电脑，选择合适的电脑屏幕分辨率以便输出的画面达到最佳效果，有条件也可以直接使用“希沃授课一体机”，直接进入下一步操作。通过手机和电脑下载安装最新版的“希沃授课助手”，将手机和笔记本电脑接入同一个无线局域网，或者电脑上运行“希沃授课助手”。点击“启动热点”使笔记本电脑发射出一个WiFi信号，手机打开WLAN接入电脑发射出的WiFi，两者连接建立数据通讯。将手机用手机三角支架固定在桌面上，运行手机上的“希沃授课助手”，点击“移动展台”菜单，选择“直播”模式，点击开始。调整清晰度、手机支架的高度以及与反应装置间的距离至手机（电脑）屏幕出现清晰的画面为止。 旋转旋塞A使1号和2号接口相通，将1mL浓硝酸注入装有铜丝的注射器，迅速旋转旋塞A和B使1号和3号接口相通，用3号注射器收集反应产生的气体。同时把2号注射器替换为装有一定量的空气的注射器，待反应进···试读结束