注射器在初中三大气体实验中的妙用

摘 要：利用医用注射器设计出一套简易装置，该装置可用于初中三大气体的制备、收集和常见性质的探究.该实验操作简便，现象变化快且明显，增强了学生的实验直观性，有助于学生对化学性质的理解，提高科学研究的思维，发展“科学探究与实践”的核心素养.

关键词：注射器；创新设计；气体制备

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2024）32-0118-03

收稿日期：2024-08-15

作者简介：邓智英（1985.11—），女，湖南省衡阳市人，硕士，从事初中化学教学研究.

氧气、二氧化碳和氢气是初中化学的三大重要气体.在人教版教材第2章第3节中探究了氧化氢溶液制氧气的简易实验，第6章课题3《二氧化碳的实验室制取》中探究了二氧化碳的制取装置，且提倡自制仪器来设计实验装置.在第7章中提供了实验室制氢气的简易装置.《义务教育阶段化学课程标准（2022年版）》明确把“科学探究与实践”作为化学核心素养之一^[1].教师在实际教学中应敢于创新，引导学生动手动脑参与实验设计和操作，有利于学生学科思维的养成.注射器在化学实验教学中的用处很多^[2]，笔者采用注射器作为液体添加装置和气体收集装置的一体化，实现了三大气体的制取和性质验证，成功率高，操作简便，现象明显，既可用于实验室中的学生实验，也可用于学生自制小实验.

1 O₂的制取和性质的探究实验设计

1.1 设计思路

利用注射器加入双氧水，反应产生的气体收集到注射器中.注射器可以方便读取双氧水的体积，排完液体后，产生的气体会进入注射器中，可简单、清晰读取收集的氧气的体积.该装置可实现液体添加和气体收集的一体化，操作简便，方便学生动手实践.同时氧气收集在注射器中便于进行氧气性质的验证.如图1、图2所示.

1.2 步骤和现象

在试管中加少量二氧化锰，利用注射器将过氧化氢快速注入，待30秒左右塞上橡皮塞，产生的氧气会进入注射器中推动活塞移动，注意控制针管拔出的速度.将收集的氧气通过针管直接喷向带火星的小木条，观察到明显的木条复燃的现象.

1.3 设计的优点

仪器简单、操作简便，注射器既可以作为液体添加装置，也可以定量收集氧气.在人教版第2章课题2中验证氧气可以使带火星的木条复燃实验中，教师一般用排水法收集氧气，在集气瓶中进行验证，操作上比较麻烦.笔者用该装置做课堂演示，如图3所示，直观且方便，时效性提高了很多.

2 CO₂的制取和性质的探究实验设计

2.1 设计思路

大理石放入试管中，注射器加入稀盐酸.产生的二氧化碳气体在气压作用下推动进入注射器，利用该装置可收集一定量体积的二氧化碳气体.将收集到的二氧化碳气体储存在注射器中，用于进行CO₂的检验和性质探究，如图4所示.将注射器中的气体注入澄清石灰水中可验证该气体为CO₂，如图5所示.将注射器中的气体分别通过干燥的蘸有紫色石蕊棉花团和湿润的紫色石蕊棉花团，可看到不同的变色现象，从而验证CO₂与水反应，如图6所示.将装有CO₂的注射器吸入少量的氢氧化钠溶液后松手，观察液体逐渐上升，可证明CO₂气体能被氢氧化钠溶液吸收，证明CO₂可与氢氧化钠溶液反应，如图7所示.

2.2 步骤和现象

在试管中先加入一定量的大理石，通过注射器加入定量的稀盐酸，等1 min后塞上橡皮塞，产生的二氧化碳气体进入注射器中推动注射器移动.

2.2.1 制取并收集CO₂

通过大理石和稀盐酸反应产生的二氧化碳气体推动注射器移动，将气体收集在注射器中，如图8所示.

2.2.2 验证该气体为CO₂

将收集到的气体注入澄清石灰水中，观察到明显的浑浊现象，如图9所示.

2.2.3 验证CO₂与水反应

另将气体分别通入湿润的蘸有紫色石蕊试剂的纸花和干燥的蘸有紫色石蕊试剂的纸花，对比实验现象，发现湿润的紫花变红色，如图10所示.

2.2.4 验证CO₂与氢氧化钠溶液反应

将装有CO₂气体的注射器往外拉，吸取少量氢氧化钠浓溶液后松手，观察到液面逐渐上升至全部占满注射器原气体空间.通过这个实验可以证明CO₂与氢氧化钠溶液反应，如图11所示.

2.3 设计的优点

人教版第6章课题3中关于CO₂相关性质的探究实验中，对CO₂的量需求较高，如教材实验6-5中探究CO₂和水反应的实验中，需要准备至少3瓶的CO₂气体.对于要进行多个班级演示实验的教师来说，需要作较多的准备工作，且集气瓶稍不注意就会漏气而使得实验现象不明显.本实验设计中将CO₂收集在注射器中，不担心气体的泄漏，且对气体的用量较少.实验表明，向5 mL的澄清石灰水中加入2 mL左右CO₂气体就可以看到明显现象；通入6 mL的CO₂气体就可以看到湿润的紫色石蕊溶液变红的现象.

关于CO₂与氢氧化钠溶液的反应出现在九年级下册第10章中，由于没有图片和实验作支撑，即使发生反应，实验现象也不能直接观察到，往往成为学生理解该反应的困惑.即使设计的实验理论上可以验证NaOH和CO₂的反应，但装置的复杂性等问题，并不适合学生动手和教师演示^[3].本套实验装置中，只需要几个小试管和少量的实验药品，就能将CO₂的制取和性质探究完成，实验现象直观且时效性强，实验准备工作量较少.

3 H₂的制取和性质的探究实验设计

3.1 设计思路

注射器可以灵活移动，能定量定速吸入稀硫酸.再利用产生的气体气压推动注射器移动，实现储气的功能.用这种方法收集的氢气纯净，有利于进行氢气的密度验证和氢气可燃性实验.

3.2 步骤和现象

以下是具体的实验步骤，其设计图如图12所示.

（1）拉开注射器活塞，加入少量的锌粒;将活塞推入注射器顶端，赶走空气;将针头伸入稀硫酸中，吸取一定量的稀硫酸（1 ml足够）;

（2）松手，产生的氢气推动注射器移动，将氢气储存在注射器中用于氢气性质实验;

（3）将产生的氢气通入肥皂水中，出现很多氢气泡慢慢上升，证明氢气的密度小;

（4）点燃氢气泡，可以观察到蓝色火焰，现象明显且危险性小.

3.3 设计的优点

耗材少，只需要一颗锌粒和少量稀硫酸就可得到一注射器的纯净氢气;以往氢气的制取和点燃实验存在一些安全隐患，有教师在点燃小试管中氢气时出现试管炸裂的现象，本实验中收集的氢气纯净且量少，通过肥皂泡点燃，降低了实验的风险;该微型实验操作简便，不仅适用于教师演示，也适合学生动手操作，提高了直观性和实物教学的效率.

4 结束语

在以往的研究中，注射器常用来取代分液漏斗，或用于定量测定，比较少用于气体的收集.本文实现了注射器发生和收集装置的一体化，实验证明该方法可行，现象明显，操作灵活方便.通过本文中装置的设计，实现了初中三大气体的制取和主要性质的研究，不仅药品用量省，而且实验器材的需求少，可用于学生动手实验.将初中三大气体实验串联起来，在传授知识的同时，实现了知识的灵活整合和实验教学的整体设计.

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版） [M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 李德前，李为才.巧用1 mL注射器设计反应可控的实验装置[J].教学参考，2020（7）：99-101.

[3] 胡巢生.例谈注射器在初中化学实验中的使用[J].化学教学，2018（5）：65-67.

[责任编辑：季春阳]