摘要：将W形管巧妙应用于多个化学实验中,不仅装置简单,而且操作简便;既能用于学生实验,也适用于教师演示,丰富了实验教学资源,提升了实验教学的有效性。
关键词：W形管; 实验创新; 实验教学; 有效性;
W形管是由两个近似半圆的弧形玻璃管连成一体的玻璃仪器(如图1所示),其中左右两个向上的弯管可以盛装不同状态的实验试剂,中间向下的弯管可以放置试纸、棉花等实验用品。借助W形管可以进行常温或加热条件下的化学实验。W形管是非常规化学仪器,可以自制,也可以在网上购买。近年来,笔者对W形管在中学化学实验中的应用进行了积极探索,开发出多个实验教学案例。
图1 W形管的结构
一、借助W形管进行加热碳酸氢铵的实验
沪教版《化学(九年级上册)》中的加热碳酸氢铵实验,旨在引导学生推测“仓库里袋装碳酸氢铵化肥在夏天质量减少、刺激性气味变浓的原因”。教材中的加热碳酸氢铵实验是在蒸发皿中进行的(如图2所示),极易污染教室里的空气;此外,缺少对固体分解产物的验证,易使学生认为固体消失是碳酸氢铵发生了升华。
图2 教材上加热碳酸氢铵的实验装置
在实验教学中,借助W形管对该实验方案进行了成功改进。
1.改进实验用品
主要是15 mm(外径)×150 mm(支管长度)的W形管、酒精灯、铁架台、药匙等;碳酸氢铵固体、红色石蕊试纸(或浸有酚酞试液的脱脂棉)、澄清石灰水(或蓝色石蕊试纸)等。
2.改进实验装置
新设计的实验装置见图3(夹持装置略)。
图3 借助W形管加热碳酸氢铵
3.改进实验步骤
(1)取一根外径约15 mm、支管长约150 mm的W形管,将其固定在铁架台上。
(2)首先借助细铁丝在中间的弯管里放入一张干燥的红色石蕊试纸;其次在左边的弯管里加入适量的碳酸氢铵固体;最后在右边的弯管里注入适量的石灰水(液面以稍微超过弯管部分的上壁为宜)。
(3)将左边的支管口塞上橡皮塞,然后点燃酒精灯,加热碳酸氢铵固体。观察到白色固体逐渐减少,直至完全消失,干燥的红色石蕊试纸逐渐变为蓝色,澄清的石灰水变浑浊。上述实验现象说明,碳酸氢铵受热易分解,其分解的产物不仅有氨气和水,还有二氧化碳气体。
(4)实验结束,整理实验用品。
4.改进实验优点
(1)实验过程对环境友好,体现了绿色化学理念。
(2)有利于学生认识化学变化与物理变化的本质区别。
(3)实验伴随的现象可以直观地说明碳酸氢铵化肥夏天质量减少、气味变浓的原因,进而帮助学生明晰碳酸氢铵化肥的储存方法(密封保存在阴凉干燥处)。
二、借助W形管进行检验二氧化硫实验
现行沪教版《化学(九年级上册)》中的检验二氧化硫实验(如图4所示),旨在说明含硫物质燃烧会产生污染性气体二氧化硫。按照教材上设计的方法进行实验,不仅操作不够简便,而且烧杯内聚集的二氧化硫气体较少,实验现象不够明显。此外,实验过程也不够环保。
图4 教材上检验二氧化硫的实验装置
借助W形管优化该实验,较好地改进了原有实验的不足。
1.改进实验用品
12 mm×120 mm的W形管、橡皮塞、大功率激光笔(2000 mW)、铁架台、药匙等;火柴头、品红试纸、高锰酸钾稀溶液等。
2.改进实验装置
改进后的实验装置见图5(夹持装置略)。
图5 在W形管里检验二氧化硫气体
3.改进实验步骤
(1)取一根外径约12 mm、支管长约120 mm的W形管,将其固定在铁架台上(也可以固定在一块大小合适的长方形木板上)。
(2)首先借助细铁丝在中间的弯管里放置一张湿润的品红试纸;其次在左边的弯管里放入1～2粒火柴头;最后在右边的弯管里注入适量的高锰酸钾稀溶液(液面以稍微超过弯管部分的上壁为宜)。
(3)用大小合适的橡皮塞封闭W形管左边支管的管口。
(4)打开激光笔,照射火柴头,5～7 s后火柴头爆燃[1](立即关闭激光笔),左边弯管里出现屡屡浓厚的白烟;几乎同时,右边弯管里的高锰酸钾溶液被压入支管里,稍后又回落下来,但溶液已褪为肉色或无色;其间,品红试纸也褪为无色。上述实验现象充分说明,火柴头燃烧放出热量,并产生二氧化硫气体。
(5)实验结束,整理实验用品。
4.改进实验优点
(1)实验装置简洁,实验操作简便。
(2)增强了实验的趣味性,能够激发学生学习化学的好奇心。
(3)实验在相对封闭的环境下进行,产生的有害气体较少,因而实验过程几乎没有污染。
三、借助W形管比较苏打与小苏打的热稳定性实验
在高中化学实验教学中,比较苏打和小苏打的热稳定性常利用“套管装置”进行实验[2](如图6所示),虽然实验的对比性较强,但实验装置的组装非常麻烦。
图6 比较苏打与小苏打热稳定性的套管实验
借助W形管设计上述实验,优化了实验效果。
1.改进实验用品
15 mm×150 mm 的W形管、橡皮塞、酒精灯、铁架台、药匙等;苏打、小苏打、蓝色石蕊试纸等。
2.改进实验装置
改进后的实验装置见图7(夹持装置略)。
图7 利用W形管比较苏打和小苏打的热稳定性
3.改进实验步骤
(1)取一根外径约15 mm、支管长约150 mm的W形管,将其固定在铁架台上。
(2)在左、右两个弯管里分别放入等质量的苏打、小苏打;在中间的弯管里放入干燥的蓝色石蕊试纸。
(3)用橡皮塞封闭左边支管的管口,用小气球封闭右边支管的管口。
(4)点燃酒精灯,先加热苏打2 min,观察到干燥的石蕊试纸不变色;接下来,再加热小苏打2 min,观察到干燥的石蕊试纸逐渐变红[3]。上述实验现象说明,苏打比小苏打稳定,小苏打受热易分解,其分解的气体产物有二氧化碳和水蒸气。
(5)实验结束,整理实验用品。
4.改进实验优点
(1)实验设计巧妙,现象直观,对比性强,因此提升了化学实验教学的成效。
(2)实验方案蕴含了控制变量、对比实验等方法,有利于培养学生的科学素养。
(3)实验设计能促进学生透过现象看本质,培养学生的理性思维。
四、结语
借助W形管还可以设计分子运动实验、氢气的制备及性质实验、硫的燃烧实验、铜与硝酸反应实验等,本文不再赘述。
总之,选用W形管作为化学实验仪器,可以节省药品,体现化学实验的经济性;可以有效防止有害气体扩散,追求化学实验的安全性;可以简化装置和操作,落实化学实验的简约性。只要一线化学教师积极探索,基于W形管的实验教学资源就会不断丰富,为开齐、开足、开好化学实验提供保障。
参考文献
[1]宋广良,李德前.U型管用于化学实验的几个案例[J].化学教学,2018(2):68-72.
[2]陈立铭,李德前.利用长柄V型玻璃管比较碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性[J].化学教育,2014(21):56-57.
[3]宋广良,李德前,凌一洲.直角玻璃管和广口瓶组合构建的多功能实验装置[J].化学教学,2020(3):68-72.
