利用魔棒点灯原理改进化学实验
摘要:利用魔棒点灯原理,使用医疗中的废弃物和实验室中的常备物品,改进化学实验,不但可以避免环境污染,还能取得良好的教学效果。
关键词:环境污染 魔棒点灯原理 变废为宝
人教版义务教育课程标准实验教科书化学九年级上册第27页【实验2-1】《测定空气里氧气含量》和第34页【实验2-3】《硫在氧气里燃烧》这两个实验都存在一个共同的致命弱点:实验开始时,反应物硫和磷均需在空气中用酒精灯点燃,如此一来,产物五氧化二磷和二氧化硫就会散发在空气中,造成严重的环境污染,危害师生健康。很多老师改用白磷来引燃,因白磷有剧毒,同样存在不安全因素。那么,引燃过程能否在密闭的反应容器中进行,从而避免污染呢? 由此我想到了魔棒点灯的原理:浓硫酸遇到氯酸钾、过氧化钠、高锰酸钾等强氧化剂时,立即放出大量的热量,使局部温度迅速升高,达到酒精的着火点;与此同时,反应产生的氧气又起到助燃的作用,于是酒精灯就被点燃了。这种方法能不能引燃红磷和硫磺呢?为此,我进行了如下实验:
在通风良好的室外,在两块碎瓷片上各放适量的红磷和硫磺,再在上面各放几粒氯酸钾或过氧化钠或高锰酸钾晶体,然后滴加几滴浓硫酸,发现红磷和硫磺都迅速燃烧起来。而且所加氯酸钾、过氧化钠、高锰酸钾等晶体的量越多,燃烧的速度越快、越剧烈。但加高锰酸钾时,燃烧过程中有紫色烟产生,开始时根本就看不见红磷燃
烧所产生的白烟和硫磺燃烧产生的淡蓝色火焰。
实践证明,用这一反应原理来引燃红磷和硫磺是可行的。但由于燃烧比较剧烈,如果在密闭容器中进行引燃,很可能发生爆炸事故,所以,如果要在密闭容器中进行引燃,考虑到实验的安全性,实验装置中应增加缓冲由于燃烧而引起的气体体积膨胀的装置,比如气球等;同时,如果用高锰酸钾和浓硫酸反应来进行引燃,则燃烧过程中产生的紫色烟分散在容器内,观察不到红磷燃烧所产生的白烟和硫磺燃烧产生的淡蓝色火焰,从而影响学生对实验现象的观察。所以应该用氯酸钾或过氧化钠和浓硫酸反应来进行引燃,并且氯酸钾或过氧化钠的用量一定要少。
通过以上实验探究和综合分析,我在教材原装置的基础上,增加一个气球和一支注射器,稍加改动后,经多次反复试验,终于使这几个实验中的污染问题得到了很好的解决。装置如图1所示:
一、实验方法
1.空气中氧气含量的测定
在燃烧匙中装入足量红磷,并在其表面上洒少许氯酸钾晶体或过氧化钠,然后按图组装好装置,用一支医用废弃一次性注射器抽取一定量的浓硫酸插入橡皮塞,并使针头对准燃烧匙中的药品。捏瘪气球,关闭输液管上的开关,将输液管浸入盛有水的烧杯中。实验时慢慢推动注射器活塞,向燃烧匙中滴几滴浓硫酸,浓硫酸和氯酸钾剧烈反应,放出大量的热,红磷很快剧烈燃烧起来,产生大量白烟,
并迅速充满广口瓶,同时放出大量的热量,使瓶内气体受热膨胀,气球迅速胀大。在红磷燃烧的过程中,不断捏瘪气球,使系统内的氧气尽量消耗。反应完毕,捏瘪气球,用夹子夹紧。打开一次性输液器开关,烧杯内的水被吸入广口瓶内,达广口瓶容积的约五分之一处(如图2所示)。
2.硫、磷在氧气中燃烧
在集气瓶内收集满氧气,用浓氢氧化钠溶液来吸收尾气,其余操作同实验1(如图3所示)。
3.磷、铁、铜等在氯气中燃烧
先在瓶内装适量氯酸钾或高锰酸钾晶体,再在燃烧匙内装适量红磷、铁粉、铜粉,烧杯中用浓氢氧化钠溶液来吸收尾气,以尽量消除污染。按图4组装好装置后,打开输液器开关,慢慢推动注射器活塞,向瓶内注入适量浓盐酸,浓盐酸和氯酸钾或高锰酸钾剧烈反应,产生大量氯气,并迅速充满整个容器。然后再慢慢推动另一支注射器活塞,向燃烧匙中滴几滴浓硫酸,浓硫酸和氯酸钾剧烈反应,放出大量的热,红磷(或硫磺、铁粉、铜粉)很快就会剧烈燃烧起来,并放出大量的热量,使瓶内气体受热膨胀,气球迅速胀大,同时,烧杯内导管口冒出气泡。其余实验现象与教材叙述一致。反应结束,广口瓶内温度下降,由于倒吸作用,烧杯内氢氧化钠溶液被吸入广口瓶内,振荡广口瓶,使氢氧化钠溶液与广口瓶内残余的氯气、五氯化磷、三氯化磷、盐酸、氯化铜、氯化铁等物质反应,从而彻底消除污染。
二、改进后的优点
装置的组装和使用都很简单;实验成功率达百分之百;利用浓硫酸和氯酸钾反应放出的热量在密闭系统内进行引燃;有毒反应物——氯气在密闭系统中临时制取;用氢氧化钠溶液来吸收尾气。这些措施避免了环境污染,对学生进行了环境保护和节约资源、充分利用资源的教育。
参考文献:
[1] 陈晨、宋怡、周志华,《测定空气中氧气含量的一种新方法》,《中学化学教学参考》,2001,4(42)
[2] 周海花、王礼祥、吕琳,《空气中氧气含量测定的一种新方法》,《中学化学教学参考》,2004,3(35)
[3] 包凤权,《空气中氧气含量测定实验的改进》,《中学化学》,2004,7(21)
[4] 陈勇、金晓峰,《氧气含量测定点燃新方法》,《教学仪器与实验》,2005,3(38)
[5] 朱华英、刘怀乐,《空气里氧气含量的测定实验值得改进》,《教学仪器与实验》,2005,7(25)
[6] 杨帆、杨承印、计迎春,《空气中氧气含量实验方法改进》,《教学仪器与实验》,2005,7(27)
[7] 王小娥,《测定空气里氧气含量实验的改进》,《中学化学教学参考》,2006,6(48)
[8] 许晓清,《硫在氧气里燃烧的实验的改进》,《中学化
学》,2005,8(21)
[9] 玄计田,《对硫在氧气里燃烧的实验改进》,《教学仪器与实验》,2006,4(48)
利用魔棒点灯原理改进化学实验
摘要:利用魔棒点灯原理,使用医疗中的废弃物和实验室中的常备物品,改进化学实验,不但可以避免环境污染,还能取得良好的教学效果。
关键词:环境污染 魔棒点灯原理 变废为宝
人教版义务教育课程标准实验教科书化学九年级上册第27页【实验2-1】《测定空气里氧气含量》和第34页【实验2-3】《硫在氧气里燃烧》这两个实验都存在一个共同的致命弱点:实验开始时,反应物硫和磷均需在空气中用酒精灯点燃,如此一来,产物五氧化二磷和二氧化硫就会散发在空气中,造成严重的环境污染,危害师生健康。很多老师改用白磷来引燃,因白磷有剧毒,同样存在不安全因素。那么,引燃过程能否在密闭的反应容器中进行,从而避免污染呢? 由此我想到了魔棒点灯的原理:浓硫酸遇到氯酸钾、过氧化钠、高锰酸钾等强氧化剂时,立即放出大量的热量,使局部温度迅速升高,达到酒精的着火点;与此同时,反应产生的氧气又起到助燃的作用,于是酒精灯就被点燃了。这种方法能不能引燃红磷和硫磺呢?为此,我进行了如下实验:
在通风良好的室外,在两块碎瓷片上各放适量的红磷和硫磺,再在上面各放几粒氯酸钾或过氧化钠或高锰酸钾晶体,然后滴加几滴浓硫酸,发现红磷和硫磺都迅速燃烧起来。而且所加氯酸钾、过氧化钠、高锰酸钾等晶体的量越多,燃烧的速度越快、越剧烈。但加高锰酸钾时,燃烧过程中有紫色烟产生,开始时根本就看不见红磷燃
烧所产生的白烟和硫磺燃烧产生的淡蓝色火焰。
实践证明,用这一反应原理来引燃红磷和硫磺是可行的。但由于燃烧比较剧烈,如果在密闭容器中进行引燃,很可能发生爆炸事故,所以,如果要在密闭容器中进行引燃,考虑到实验的安全性,实验装置中应增加缓冲由于燃烧而引起的气体体积膨胀的装置,比如气球等;同时,如果用高锰酸钾和浓硫酸反应来进行引燃,则燃烧过程中产生的紫色烟分散在容器内,观察不到红磷燃烧所产生的白烟和硫磺燃烧产生的淡蓝色火焰,从而影响学生对实验现象的观察。所以应该用氯酸钾或过氧化钠和浓硫酸反应来进行引燃,并且氯酸钾或过氧化钠的用量一定要少。
通过以上实验探究和综合分析,我在教材原装置的基础上,增加一个气球和一支注射器,稍加改动后,经多次反复试验,终于使这几个实验中的污染问题得到了很好的解决。装置如图1所示:
一、实验方法
1.空气中氧气含量的测定
在燃烧匙中装入足量红磷,并在其表面上洒少许氯酸钾晶体或过氧化钠,然后按图组装好装置,用一支医用废弃一次性注射器抽取一定量的浓硫酸插入橡皮塞,并使针头对准燃烧匙中的药品。捏瘪气球,关闭输液管上的开关,将输液管浸入盛有水的烧杯中。实验时慢慢推动注射器活塞,向燃烧匙中滴几滴浓硫酸,浓硫酸和氯酸钾剧烈反应,放出大量的热,红磷很快剧烈燃烧起来,产生大量白烟,
并迅速充满广口瓶,同时放出大量的热量,使瓶内气体受热膨胀,气球迅速胀大。在红磷燃烧的过程中,不断捏瘪气球,使系统内的氧气尽量消耗。反应完毕,捏瘪气球,用夹子夹紧。打开一次性输液器开关,烧杯内的水被吸入广口瓶内,达广口瓶容积的约五分之一处(如图2所示)。
2.硫、磷在氧气中燃烧
在集气瓶内收集满氧气,用浓氢氧化钠溶液来吸收尾气,其余操作同实验1(如图3所示)。
3.磷、铁、铜等在氯气中燃烧
先在瓶内装适量氯酸钾或高锰酸钾晶体,再在燃烧匙内装适量红磷、铁粉、铜粉,烧杯中用浓氢氧化钠溶液来吸收尾气,以尽量消除污染。按图4组装好装置后,打开输液器开关,慢慢推动注射器活塞,向瓶内注入适量浓盐酸,浓盐酸和氯酸钾或高锰酸钾剧烈反应,产生大量氯气,并迅速充满整个容器。然后再慢慢推动另一支注射器活塞,向燃烧匙中滴几滴浓硫酸,浓硫酸和氯酸钾剧烈反应,放出大量的热,红磷(或硫磺、铁粉、铜粉)很快就会剧烈燃烧起来,并放出大量的热量,使瓶内气体受热膨胀,气球迅速胀大,同时,烧杯内导管口冒出气泡。其余实验现象与教材叙述一致。反应结束,广口瓶内温度下降,由于倒吸作用,烧杯内氢氧化钠溶液被吸入广口瓶内,振荡广口瓶,使氢氧化钠溶液与广口瓶内残余的氯气、五氯化磷、三氯化磷、盐酸、氯化铜、氯化铁等物质反应,从而彻底消除污染。
二、改进后的优点
装置的组装和使用都很简单;实验成功率达百分之百;利用浓硫酸和氯酸钾反应放出的热量在密闭系统内进行引燃;有毒反应物——氯气在密闭系统中临时制取;用氢氧化钠溶液来吸收尾气。这些措施避免了环境污染,对学生进行了环境保护和节约资源、充分利用资源的教育。
参考文献:
[1] 陈晨、宋怡、周志华,《测定空气中氧气含量的一种新方法》,《中学化学教学参考》,2001,4(42)
[2] 周海花、王礼祥、吕琳,《空气中氧气含量测定的一种新方法》,《中学化学教学参考》,2004,3(35)
[3] 包凤权,《空气中氧气含量测定实验的改进》,《中学化学》,2004,7(21)
[4] 陈勇、金晓峰,《氧气含量测定点燃新方法》,《教学仪器与实验》,2005,3(38)
[5] 朱华英、刘怀乐,《空气里氧气含量的测定实验值得改进》,《教学仪器与实验》,2005,7(25)
[6] 杨帆、杨承印、计迎春,《空气中氧气含量实验方法改进》,《教学仪器与实验》,2005,7(27)
[7] 王小娥,《测定空气里氧气含量实验的改进》,《中学化学教学参考》,2006,6(48)
[8] 许晓清,《硫在氧气里燃烧的实验的改进》,《中学化
学》,2005,8(21)
[9] 玄计田,《对硫在氧气里燃烧的实验改进》,《教学仪器与实验》,2006,4(48)