綠色化氣體性質實驗創新設計探討范文

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摘要:

化學教學中涉及到氯氣、氨氣、二氧化硫、二氧化氮等性質實驗時，必須進行尾氣吸收以防止污染環境。然而進行這些有毒氣體的性質實驗需要加熱操作時，連接尾氣吸收裝置又十分不便。文中巧妙利用具支試管、塑料小燒杯等組裝成簡易裝置，實現了綠色化氣體性質實驗的創新設計。

關鍵詞:

綠色化;探究實驗;創新設計

化學實驗中的有毒、有害氣體必須進行尾氣吸收以防止污染環境。然而通過導管吸收尾氣的裝置不利于老師靈活進行加熱、鼓氣等操作。教學中老師們進行有關氯氣、氨氣、二氧化硫、二氧化氮等性質實驗時，經常致使少量氣體泄漏到教室內危害師生健康。為解決這一難題，筆者巧妙利用具支試管、塑料小燒杯等組裝成簡單裝置，將固定的尾氣吸收裝置變成了可移動的綠色化氣體實驗裝置。

一、綠色化氣體實驗裝置的制作方法

氣體的溶解度隨溫度的升高而降低，加熱是使氣體逸出的重要方法。為解決尾氣吸收問題，筆者將具支試管與塑料小燒杯進行了巧妙組合。首先將塑料小燒杯的尖端用小火燒掉呈圓形，再在小燒杯的底部中央用鐵釘燙出直徑2cm左右的圓孔(以能插入具支試管的支管為宜)，將小燒杯口朝外與具支試管連接，小燒杯內放置蘸有4mol/L的NaOH溶液的濕棉花。這樣組合之后，該裝置(如圖1)即成為可以吸收Cl2、Br2、SO2、NO2等氣體的通用儀器。

二、綠色化氣體性質實驗的應用舉隅

(一)作為簡易氣體發生裝置

化學教學中，不以制取氣體為目的，兩種溶液混合時卻產生有毒有害氣體時，用上述簡易裝置非常方便實用，既可用于教師演示也可進行學生分組實驗。例如，84消毒液(主要成分NaClO)和潔廁靈(主要成分HCl)不能混合使用，否則會產生有毒氣體氯氣。反應原理:ClO－+Cl－+2H+=Cl2↑+H2O。當把兩種氣體混合時，立即產生氣泡，試管上部有黃綠色氣體。

(二)作為鼓氣裝置趕走溶在水中的有害氣體

人教版《化學•必修2》第四章第1節開發利用金屬礦物質和海水資源，其中關于海水提溴的工藝明確寫道:“用氯氣置換出溴離子使之成為單質溴，繼而通入空氣和水蒸氣，將溴吹入吸收塔”。用空氣能夠吹出溶解的溴嗎?學生對此沒有親身體驗，很難理解。老師可利用圖2進行演示。取2mL橙紅色的溴水置于具支試管中(連有尾氣吸收裝置)，將雙連鼓氣球插入具支試管，持續鼓入空氣，溴水顏色逐漸變淺，很快褪為無色，效果非常明顯。由于具支試管的小燒杯中塞有蘸取NaOH溶液的棉花，揮發出的溴直接被吸收。

(三)作為加熱裝置趕走溶在水中的有害氣體

【2000年全國統一高考化學試題23題】“某學生課外活動小組利用圖3所示裝置分別進行如下實驗:①在試管中注入某紅色溶液，加熱試管，溶液顏色逐漸變淺，冷卻后恢復紅色，則原溶液可能是溶液，加熱時溶液由紅色逐漸變淺的原因是。②在試管中注入某無色溶液，加熱試管，溶液逐漸變為紅色，冷卻后恢復無色，則此溶液可能是溶液;加熱時溶液由無色變為紅色的原因是。該題構思巧妙，將氨氣溶水呈堿性、二氧化硫的漂白原理通過實驗形象地表現出來并加以對照。能幫助學生很好地理解如下平衡關系:NH3+H2ONH3•H2ONH4++OH－。從實驗設計的角度看，該實驗非常好地體現了綠色化理念，堪稱經典。筆者重復進行過這個實驗，效果理想。若加熱除去有害氣體不需重復可逆反應時，用氣球吸收尾氣則不是好的選項。其一，捆扎氣球比較麻煩，加熱時還容易燒破;其二，實驗結束后有害氣體依然會釋放到空氣中造成污染。例如筆者在教學時對比氯氣和二氧化硫使品紅褪色的原理時，將已經褪色的溶液用自制的組合裝置加熱，通入二氧化硫的品紅溶液恢復紅色，而氯氣漂白屬于氧化原理仍為無色。

(四)探究銅與濃硝酸反應后溶液呈綠色的原因

以【2009年高考北京卷27題】為素材，探究銅與濃硝酸反應后生成的硝酸銅溶液顏色為綠色的原因。取約0.5g銅片放入帶有尾氣吸收裝置的具支試管中，加入10mL濃硝酸，塞上膠塞。觀察到銅片逐漸溶解，溶液變為亮綠色，試管上部有紅棕色氣體(蘸有4mol/L的NaOH溶液的濕棉花吸收NO2)。在學生充分討論的基礎上，提出兩種假設:①溶液呈綠色是該溶液中硝酸銅的質量分數較高所致;②溶液呈綠色是該溶液中溶解了生成的NO2氣體所致。設計實驗方案進行科學探究。方案1，取少量呈綠色的樣品加水稀釋，發現溶液變為藍色。方案2，用具支試管(帶有尾氣吸收裝置)加熱除去溶解的氣體，發現試管上部有紅棕色氣體產生，溶液變藍。方案3，用雙連球趕走溶解的氣體。方案4，向飽和硝酸銅溶液中通入NO2氣體作為對照。實施后兩個方案時，在老師的啟發下，學生巧妙地將雙連球趕出的氣體通入裝有飽和硝酸銅的試管中，將兩個實驗結合在一起(如圖4)，這種方法省去了重新制取NO2的環節，使實驗簡化，避免了再次污染問題。上述4個方案中，加水稀釋，硝酸銅溶液質量分數減小的同時，溶液中溶解的NO2與水發生反應:3NO2+H2O=2HNO3+NO，因此不能證明假設一成立。實際上飽和硝酸銅溶液呈藍色已經否定了該假設，再通入NO2溶液由藍色變為綠色(但不如銅與濃硝酸反應后的溶液綠)，進一步證明假設二正確。加熱和通入空氣趕走氣體溶液變藍都是支持假設二的直接證據。教師總結，銅與濃硝酸反應后的溶液中，濃硝酸過量，NO2溶于濃硝酸中呈黃色，［Cu(H2O)6］2+呈藍色，兩者混合色為綠色。

三、反思

一個化學實驗的教育功能是多維度的。實驗裝置是完成化學實驗的物質基礎，體現了化學原理對反應條件的要求和尾氣吸收的綠色化理念。實驗裝備的改進是對化學反應原理的深化和提升。針對有毒有害氣體的尾氣吸收方案很常見，其中能夠化繁為簡，變固定為靈活移動不失為創新之舉。其實，只要肯于動腦、勤于實踐，小小的改動就能解決大問題。

參考文獻:

［1］索金龍，李雪軍．加強危險化學品管理安全有序開展實驗教學．教學儀器與實驗，2015(9):9－11．

［2］李猛等．二氧化硫性質實驗的一體化設計．化學教學，2015(12):59－61．

作者:索金龍 李雪軍 單位:北京匯文中學