多功能气体制取和性质验证系列实验演示器的开发与应用

王义堂 李桂芬 陈兴顺

一、问题的提出

有关气体制取和性质验证的教学是初中化学教学的一项重要内容。气体的发生装置主要有两套，分别是“固固反应，反应需加热”类型和“固液反应，反应不需加热”类型。气体的性质验证实验，由于独立、不连续，并且整个综合实验所用的仪器多，因此更适合在讲台上操作，不便于课堂巡回展示，这样对坐在教室后面的学生来说，实验的能见度很低，课堂教学效果大打折扣。能否开发出便于巡回展示的理想教具，向全体学生呈现明显的、可近距离观察的实验现象，使学生获得准确的实验结论从而获得知识呢？

通过对传统实验装置图进行仔细研究、分析，对学生的学习实效性进行反思、整理和归纳，笔者发现，如果创建一种可用的综合实验平台，教师在展示这些综合性实验时，就能大大提高实验的可观察性，提高实验教学的有效性，有利于培养学生的创新性。因此，笔者本着有效、节约、创新的原则，设计制作了这套多功能气体制取和性质验证系列实验演示器。

二、多功能气体制取和性质验证系列实验演示器的设计及组装说明

1.铁夹的设计

(1)取直径分别为2.1 cm和1.9 cm，长度分别为13 cm和23.5 cm的两段铁管套在一起(如图1所示)。

图1

(2)升降设计

取拉杆伸缩套锁(如图2所示)，将两段铁管套在一起，制成一个可升降的铁架(如图3所示)，以便随时调节发生装置的高度。

图2拉杆伸缩套锁

图3 可升降的铁架

(3)倾斜度与方向设计

将里面钢管的上端穿孔拧上螺丝，孔内插入铁夹，以便通过螺丝的调节随时调节铁夹的倾斜度和方向(如图4所示)。

图4

2.演示平台设计

(1)取一块30 cm×60 cm的木板，在木板左边旋孔，孔的大小刚好可插入铁管，一共10个孔，分成两排(如图5所示)，这样不仅可调节发生装置的横向距离，也可调节发生装置的纵向距离。

图5

(2)“固固反应”(如图6所示) “固液反应”(如图7、图8所示)两装置融合的设计

将铁夹放入演示平台左边的孔中制成发生装置，不固定，这样通过铁夹的旋转实现两种发生装置的有机融合。

图6 “固固反应，反应需加热”

图7 “固液反应，反应不需加热”类型一

图8 “固液反应，反应不需加热”类型二

(3)氧化还原反应的设计(如图9所示)

图9 氧化还原反应装置

(4)验证装置的设计

在木板的右边用可升降的铁杆制成验证装置(如图10、图11所示)。升起支架(如图12所示)，可用试管连接成连续的验证及除杂装置(如图13所示)，下放支架则为平台，可用于用烧杯盛放液体的验证以及气体的收集(如图14所示)。

图10 升降试管支架

图11 俯视图

图12 升降试管支架(升起)

图13 气体的连续验证及除杂

图14 降低试管支架则为平台

三、多功能气体制取和性质验证系列实验演示器的应用

1.“固固反应，反应需加热”类型气体制取及性质验证的应用

将铁夹横插并且稍微倾斜(目的是为了让试管口略向下倾斜)，将铁管插在下边一排的圆孔上，可用于“固固反应，反应需加热”类型气体制取和性质验证，例如高锰酸钾制氧气、氯酸钾制氧气等，将右边装置下放，可在台上进行氧气的收集和验证。如果将试管换成玻璃弯管，把酒精灯换成酒精喷灯，也可用于木炭和氧化铜的反应(如图15所示)。

图15

2.“固液反应，反应不需加热”类型气体制取及性质验证的应用

将铁管向右旋转，用螺丝调节铁夹，夹持住直立的反应容器的试管(如图16所示)，或者直接撤去铁管，在验证支架的左边放上锥形瓶、广口瓶、启普发生器等(如图17所示)，又可适用于初中化学中“固液反应，反应不需加热”类型气体的制取和验证，例如双氧水制氧气、实验室制取二氧化碳、实验室制取氢气等，并且可连续验证气体的性质，例如二氧化碳的性质(与石蕊反应、与石灰水反应)等。

图16

图17

3.氧化还原反应气体的性质验证及生成物的验证、除杂、尾气处理

在左边的孔中插上两支将铁夹竖插的铁管，并且在铁夹上夹上玻璃管(如图18所示)，就能做氢气和氧化铜反应、一氧化碳和氧化铜反应、一氧化碳和氧化铁反应等实验的反应和生成物验证及除杂、尾气处理，如果将氧化铜粉换成氧化铜片的话，还可用于木炭和氧化铜的反应。

图18

四、仪器创新的意义

(1)利用木板作为演示平台，将综合性实验移到这个展示平台上来进行，提高了实验的可观察性和有效性。

(2)通过自制的可升降铁架(带可通过旋转便可调节方向的铁夹)，将初中化学中“固固反应，反应需加热”类型和“固液反应，反应不需加热”类型的两种装置有机融合在一起，解决了初中化学学习中的综合实验所用仪器多，学生观察实验眼花缭乱，影响学生知识掌握的缺点。

(3)通过可升降的连续验证装置(升起为“架”，放下为“台”)，将有关气体的性质验证、除杂、尾气处理集于一体，缩短了实验时间，降低了操作难度和对仪器的要求，使实验的学习变得简便快捷，而且效果更加理想。

(4)演示器集初中化学教材中多种气体的制法、性质验证及除杂于一体，仪器简便美观，操作连续简单，原理通俗易懂，节省药品和时间，极大地培养了学生的环保意识和创新意识。

五、教学成效

应用这套装置的课堂教学实践证明，教具能有效地帮助学生建立直观感性的认识，有助于学生的创造性综合思维能力的形成。在教具制作过程中，容易激发学生的学习兴趣，引发学生的积极思维，帮助学生分析思考，提出问题，从而使复杂问题简单化，使知识内容变得容易理解和接受，有利于培养学生的观察能力及动手操作能力，提高教学实效。再者，该教具体现了“废物利用”的创造思想，利用了“改变”“代替”“重组”“借用”“变通”等创造思路和手法，调动了学生的发散性思维，培养了学生的节约、环保和创造意识。