薛燕娜 许卫鹏 衷明华
化学是一门以实验为基础的自然学科,常以其直观性、趣味性来激发学生的学习兴趣,从而加强学生对知识的理解和把握。针对潮州农村地区初级中学实验条件差、药品缺、实验开课率低、化学实验教学难等问题,我们现以初中化学教材中最典型、最有代表性的“氢气的制取和性质实验”为例进行微型化改造,从而实现降低成本、简化操作、突显现象、确保安全、节能环保等目的。
一、实验原理
氢气的制取和性质实验在人教版第67页、鲁教版第86页、科教版第134页中均有安排,主要涉及的反应方程式为:
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑;
2H2+O2=2H2O;
H2+CuO=Cu+H2O。
二、课本实验的不足之处
课本上实验步骤虽简单,但操作效果往往不理想,主要表现为:
1.反应速度过慢且难以控制,所需时间偏长且试剂用量偏大,既不环保,也不安全。
2.在玻璃尖嘴管处点燃氢气,火焰呈黄色,易掩盖氢气本身的淡蓝色,给学生造成误会,且尖嘴处受热易封口。
3.市售锌粒纯度较高,反应速率较慢,导致氢气收集率不高。
4.氢气还原氧化铜丝,氢气量少,与铜丝接触面小,反应现象不明显,不利于观察。
三、实验的改进
1.实验用品
仪器:微型仪器一盒;
试剂:铜丝、电池壳(收集)、稀硫酸、氧化的铜片、无水硫酸铜、洗洁精水。
2.实验装置示意图
备注:①表面被氧化的铜片 ②稀硫酸 ③用铜丝穿过后捆绑的电池壳 ④针头 ⑤无水硫酸铜 ⑥用铜丝绑着的火柴 ⑦洗洁精水
3.实验步骤与现象
(1)按示意图所示连接装置,并检验气密性。
(2)添加药品:在具支U形管左侧内套管中加入足量稀硫酸溶液,用一根铜丝穿过并捆绑废旧电池壳,固定在橡胶塞中。同时在U形管底部放入表面被氧化的铜片,往右侧内套管中加入无水氯化钙。
(3)氢气验纯实验:下压铜丝使电池壳浸泡在稀硫酸中,此时装有洗洁精水的针头上有气泡逸出,迅速地用铜丝捆绑的带火星的火柴点燃。若H2纯净,能听到“噗”的一声,若不纯,则有尖锐的爆鸣声。
(4)验证氢气具有还原性:验纯后,用酒精灯加热U型管底部,直至观察到铜片表面由黑色变为红色,撤去酒精灯,继续通氢气至装置冷却。
(5)验证氢气的可燃性:验证还原性之后,用火柴在针头处点燃H2。H2安静地燃烧,火焰呈淡蓝色。再在火焰上罩一冷而干燥的烧杯,烧杯壁上有水珠生成。
四、实验改进后的优点
1.采用微型实验,装置组装简单且节省药品,有利于在农村地区初级中学实验教学中推广。
2.实现氢气的制取、验纯和性质实验的统一,简化实验步骤。
3.利用铜丝捆绑电池壳浸没酸液构成锌铜原电池来加快反应速率,通过拉动铜丝来控制反应的进行与停止,同时利用废旧的电池壳来做实验,就地取材,符合绿色化学的教学理念。
4.U形管中一内套管盛装无水硫酸铜,便于检验氢气与氧化铜生成的水。
5.玻璃尖嘴管改換成针头,消除氢气燃烧时颜色受干扰的困惑。
(责任编辑 罗 艳)