注射器設計初中化學實驗分析

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摘要:文中巧妙組合兩個注射器，研制出一套化學實驗裝置。利用該裝置設計出混合物性質、二氧化碳與氫氧化鈉反應等實驗，增強了化學教學的直觀性，有利于學生深化基礎知識，提升理性思維，發展科學素養，提高了化學實驗教學的有效性。

關鍵詞:自制教具;注射器組合;實驗創新

受賈同全老師［1］的啟發，筆者將兩個注射器(規格可以相同也可以不同)巧妙組合，自制了一套實驗裝置。該裝置既能用來優化教科書上已有的化學實驗，也能用于設計教科書上沒有的化學實驗。下面以混合物性質實驗、二氧化碳與氫氧化鈉反應實驗為例，介紹該化學實驗裝置的結構及使用方法。

一、混合物性質實驗

目前使用的多個版本的初中化學教科書都強調“組成混合物的各種成分之間沒有發生化學反應，它們各自保持著原來的性質”［2－3］，但是不少學生感覺該陳述較抽象，不好理解。針對該內容，筆者將兩個注射器組合起來設計有關的化學實驗，從而直觀地證明混合物各成分均保持各自原來的性質。(一)實驗用品。30mL注射器(確保活塞的潤滑性好、針筒的透明度好)，玻璃導管，玻璃旋塞，乳膠管，澄清石灰水，氧氣，二氧化碳氣體等。(二)實驗裝置。新設計的實驗裝置見圖1(夾持裝置略)。(三)實驗步驟。①準備兩個30mL注射器，在注射器A中先后抽入20mL氧氣與4mL二氧化碳氣體，在注射器B里抽入5mL澄清石灰水。②借助導氣管、乳膠管將兩個注射器與兩個玻璃旋塞按圖1所示連接起來(注意使玻璃旋塞C、D均處于關閉狀態)。③打開玻璃旋塞C，緩緩拉動注射器B的芯桿，將注射器A中的混合氣全部吸入注射器B的針筒里。④關閉玻璃旋塞C，然后輕輕振蕩注射器B針筒里的混合物，立即觀察到澄清的石灰水變渾濁。⑤打開玻璃旋塞D，將注射器B針筒里的殘留氣體緩緩推出，同時將帶火星的木條放在導管口，觀察到木條立即復燃。⑥實驗結束，整理實驗用品，指導學生完成實驗報告。(四)現象分析。①氧氣與二氧化碳氣體組成的混合氣體可以使澄清的石灰水變渾濁(Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O)，從而證實原混合氣體中二氧化碳氣體的化學性質沒有發生改變。②氧氣與二氧化碳氣體組成的混合氣體在與澄清的石灰水充分反應后剩下的氣體(主要是氧氣)能使帶火星的木條復燃，充分說明原混合氣體中氧氣的化學性質也沒有改變。(五)實驗優點。①實驗簡單易行，不僅可以用于教師的演示實驗，也能作為學生的分組實驗，甚至用于師生的課外探究活動。②實驗增強了教學的直觀性，有利于學生認識混合物的性質、深化混合物的概念。

二、二氧化碳與氫氧化鈉反應實驗

目前使用的各個版本的初中化學教科書都沒有安排二氧化碳氣體與氫氧化鈉溶液反應實驗，而是直接給出有關的化學方程式［4－5］。為了增強教學的實踐性，提高學生的感性認識，筆者利用兩個注射器自制實驗裝置，設計了二氧化碳氣體與氫氧化鈉溶液反應實驗，在有水干擾的情況下，證實了二氧化碳氣體能與氫氧化鈉發生化學反應。(一)實驗用品。30mL、50mL注射器(確?；钊臐櫥院?、針筒的透明度好)，玻璃導管，玻璃旋塞，乳膠管，二氧化碳氣體，氫氧化鈉溶液等。(二)實驗裝置。新設計的實驗裝置見圖2(夾持裝置略)。(三)實驗步驟。①用排水法收集一瓶高純度的二氧化碳氣體，備用。向一個小燒杯里注入適量的氫氧化鈉溶液，備用。②準備一個30mL的注射器(即圖2中注射器A)，在其中抽入10mL稀鹽酸;準備一個50mL注射器(即圖2中注射器B)，在其中抽入40mL二氧化碳氣體。③借助導氣管和乳膠管，將兩個注射器與兩個玻璃旋塞按圖2所示連接起來，并確保旋塞C以下的導管內充滿氫氧化鈉溶液、旋塞D左邊導管內充滿稀鹽酸。連好裝置后，要使兩個玻璃旋塞都處于關閉狀態。④打開玻璃旋塞C，緩緩拉動注射器B的芯桿，吸入大約5mL氫氧化鈉溶液(此時注射器活塞處于大約45mL刻度處)。隨后，關閉玻璃旋塞C，輕輕振蕩注射器B針筒內的氣、液混合物，以促進二氧化碳氣體與氫氧化鈉溶液充分接觸。稍后，停止振蕩，可以觀察到注射器B活塞緩緩向下推進，并最終停留在大約10mL刻度處。這說明二氧化碳氣體的體積減少了35mL。⑤打開玻璃旋塞D，緩緩推動注射器A的芯桿，將稀鹽酸推入注射器B針筒里，立即觀察到注射器B針筒里的溶液中快速冒氣泡，同時注射器B活塞緩緩向上移動。⑥實驗結束，整理實驗用品，引導學生完成實驗報告。(四)現象分析。①盛有40mL二氧化碳氣體的注射器B吸入5mL氫氧化鈉溶液后，二氧化碳氣體的體積減少了35mL。5mL氫氧化鈉溶液中最多含有5mL的水。這些水通常最多可以溶解5mL二氧化碳氣體，另外30mL的二氧化碳氣體顯然是被氫氧化鈉溶液吸收了。這從定量的視角［6］，證實了二氧化碳氣體能夠跟氫氧化鈉發生化學反應(CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O)。②將10mL稀鹽酸推入注射器B的針筒里，溶液中立即冒氣泡，說明該反應產生了氣體(Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑)。顯然，能與鹽酸反應放出氣體的物質一定不是氫氧化鈉(因為鹽酸與氫氧化鈉溶液發生的是中和反應)，應該是二氧化碳氣體與氫氧化鈉溶液混合后產生的新物質。這又從檢驗產物的視角，確認二氧化碳氣體能跟氫氧化鈉發生化學反應。(五)實驗優點。①上述實驗教具，不僅定量地證明了二氧化碳氣體能與氫氧化鈉發生化學反應，又定性地證實了二氧化碳氣體能與氫氧化鈉發生化學反應。這樣的設計有利于學生認識實驗探究的多種途徑和科學研究的多種方法。②整個實驗系列化，流程一氣呵成，現象直觀有趣，能夠激發學生學習化學的好奇心，增強化學實驗教學效益。

三、結語

注射器作為簡單易得、材質穩定的透明容器，已成為中學化學實驗的重要器材，也是化學教師進行實驗創新的重要器具。依托注射器的創新實驗大都具有操作簡便、節省藥品、綠色環保等優點。只要我們一線化學教師與時俱進、不斷創新、追求卓越，就能圍繞注射器開發出更多更好的實驗素材和實驗教具，從而豐富基層學校的實驗資源和教育裝備，為化學教學開展素質教育搭建更加廣闊的活動平臺。

參考文獻:

［1］賈同全．例析一套多功能實驗裝置的創新［J］．化學教學，2019，(8):74－76．

［2］課程教材研究所化學課程教材研究開發中心．義務教育教科書•化學(九年級上冊)［M］．北京:人民教育出版社，2012:27．

［3］北京市仁愛教育研究所．義務教育教科書•化學(九年級上冊)［M］．北京:科學普及出版社，2012:24．

［4］課程教材研究所化學課程教材研究開發中心．義務教育教科書•化學(九年級下冊)［M］．北京:人民教育出版社，2012:57．

［5］中學化學國家課程標準研制組．義務教育教科書•化學(九年級下冊)［M］．上海:上海教育出版社，2015:46．

［6］陳立銘，李德前．基于量的角度設計“氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應”的實驗［J］．化學教育，2014，(23):50－51．

作者:常鳴 李德前 單位:江蘇省徐州市第三十一中學