U型管在初中化学实验中的妙用

王海生

【摘 要】初中化学对比性的实验较多，U型管的结构很适合作对比实验。如果把能产生压强差、颜色改变等现象的实验放到U型管中进行，既能节约实验时间和药品，又对比鲜明。本文将U型管引入初中化学几个演示实验中，起到较好的实验效果。

【关键词】U型管；实验；对比

U型管结构特殊，初中化学实验中常用作干燥管，这是因为它弯曲的构造，能增加气体与干燥剂的接触时间，使水蒸气被干燥剂充分地吸收。U型管也可以看作是由两个相互连通的试管，这种结构如果融合到初中化学一些实验中，将对实验过程作细微的改进，起到更好的演示效果。

一、 利用U型管左右两边形成的压强差改进实验

如果在U型管中放一些液体，左右两边稍有压强不平衡，液体就会形成高度差。这一物理现象跟化学实验中有气体消耗、气体产生、吸热、放热等化学反应结合起来，更能形象地说明化学问题，下面结合教学实践略举几例。

1.消耗气体的实验

在U型管中做测定空气中氧气含量的实验。具体步骤为：如下图所示取一个较大号的U型管，注入约1/3试管高度的红墨水（便于观察），并做上记号。点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入U型管的左端，并把塞子塞紧。现象：开始燃烧时，U型管中的红墨水往右端移动，待红磷熄灭并冷却后，水慢慢往左移动，最终左端比右端高。且水面上升高度约为左端空气总体积的1/5。

這个实验放到U型管里做的优点有三：一是红磷燃烧过程中，密闭端气体气压由大变小的过程一目了然，便于学生分析。二是不会产生由于红磷燃烧时放热量大，热气流将塞子冲出的问题，因为U型管中的水是活动的，可以起到缓冲的作用。三是由于所用仪器接口少，不易出现漏气的现象，确保实验成功。

图1在U形管中做测定氧气含量实验

这一原理还可以运用到探究铁生锈条件的实验中，该实验可以设计成如下图所示的装置。取一个较小的U形管里面注入经煮沸后冷却的蒸馏水，放入一枚小铁钉，水面上层放少许植物油，防止水蒸气进入试管。左边试管中放入蒸馏水，用木塞塞紧；右边将铁钉放入干燥的空气中塞紧木塞，实验时调节左右两端的液面高度一致，一周后观察。现象：三枚铁钉中只有左边试管中的铁钉生锈，而U形管中和右边试管中的铁钉都没有生锈。且U型管中液面形成左高右低的现象！

这个实验设计成试管和U形管结合起来做，主要体现以下优点：一是对比明显。三枚铁钉放在同一装置中对比，U形管中的铁钉没有生锈是因为缺少了氧气，右边试管中的铁钉没有生锈是缺少了水。左边试管铁钉既与氧气又与水接触所以生锈，得出了铁生锈的条件——即铁与氧气（或空气）、水、同时接触。二是增强了实验的综合性。教师可以适时提问：是什么原因造成U型管中液面左高右低的现象呢？理论上来说液面上升所占的体积应该是左边空气总体积的多少呢？问题一出，学生立刻兴奋起来，积极地联想自己所学的物理、化学知识来解释这种现象，有效地培养了学生综合分析问题、解决问题的能力。

图2探究铁生锈的条件

2.生气体的实验

人教版课本上制取二氧化碳、氢气的简易实验装置，简单且易操作。但实验时不能控制反应的发生和停止，很不方便，且易造成药品浪费。当然，该实验可以放在启普发生器中进行，但农村初中实验室条件有限，像这样的装置价格昂贵配备得少。那么，如何以较小的成本来达到预期的目的呢？如果用U型管、铜导线（或塑料板）、弹簧夹等做成如下图所示的装置。让反应在改进的U型管中进行，就很好地解决了这个问题。实验时只要打开或关闭弹簧夹就能控制反应进行。

3.有放热、吸热现象实验

物质溶解于水或发生化学反应时往往伴随着热量的变化。人教版下册第30页探究溶解时的吸热和放热现象实验，可以设计成如下图所示的装置中进行。实验时，将胶头滴管中的水挤入盛有固体X的试管中，U型管中左右液面将随着固体X的不同而产生高度差。X分别是NaCl、NH3NO3、NaOH、CaO等物质。这样设计的优点是：放热、吸热现象可通过U型管中的红墨水变化来判断，现象明显，很适合课堂演示。

图4利用U形管演示放热、吸热现象

二、 利用U型管左右两边产生的化学现象不同做对比实验

如果把U型管看作是由两个大小相同的试管并联，在其中放入液体反应物，两边同时加入另一种不同反应物或一端不加物质，然后设计对比实验。这样既能节约药品量，又能减少演示时间，且能提高实验的对比度，一举三得。

例如，演示NaOH溶液与稀盐酸的中和反应。如下图所示，在U型管中先加入滴有酚酞溶液的蒸馏水，向左右两管中分别同时逐滴滴入一定量的NaOH溶液和稀盐酸，则可以出现“半江瑟瑟，半江红”的奇妙景象，同学们看到管中美丽的景象，实验趣味性倍增，学生很想了解其中原理，思维敏捷度会迅速提高。积极主动地参与到课堂教学中来。

图5利用U形管做对比实验

再如，演示二氧化锰对过氧化氢溶液起催化作用的实验，改在U型管中进行，收效显著。具体做法如下：如上图在U型管中加一定量的过氧化氢溶液，左边加入少量二氧化锰，右边不加。迅速用带火星的木条分别同时伸入左右两管中。现象：左边带火星的木条立即复燃，右边过一会儿才复燃。通过分析说明：①二氧化锰可加快过氧化氢溶液的分解速率。②二氧化锰本身没有被消耗，因为右边带火星的木条一会儿也复燃了，说明二氧化锰对反应起催化作用。

如果在U型管中注入半管水，两边各放少许植物油，左边滴加汽油，右边滴加洗洁精并振荡，左边出现溶解现象，右边出现乳化现象。溶解、乳化在一个管中形成鲜明的对比，自然而然地说明了：汽油或洗洁精都能除去衣服上的油污，但原理不同。

总之，U型管看似普通，但在理化实验中的作用不可小觑，运用的好，将收到事半功倍的效果。