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第1章 实验仪器的制作和巧用(1)

几种常用化学仪器的制作

简易电解水装置

(1)制作:

选一个管壁较厚的U形管,把U形管的管口皆用胶塞塞紧,把喷灯的火焰调成小火,然后将U形管弯曲处的中心部位放在火焰上加热,待玻璃红软后,U形管中气体膨胀使红软处鼓开一个小孔,将小孔和预先准备的细玻璃管放在喷灯上加热至红软,然后迅速对接。再把U形管的下部一侧放在尖细的火焰上集中一点加热,待玻璃红软后用摄子夹住软化处向外拉出一个玻璃尖咀,用刀锉或磨石磨出一个能刚好放入一根废灯泡中灯丝支架的小孔,将灯丝支架放入小孔中,然后放在火焰上的加热,使灯丝支架与玻璃尖咀熔接,用同样方法在另一侧接上一根灯丝支架。然后按图组装即可。

(2)装置的使用:

①电极用废灯泡中灯丝的支架,也可用电炉丝、曲别针、铁丝代替。

②从U形管口注入10-15%的氢氧化钠溶液,注满后塞上胶塞。

③电解时用直流电源,一般电压为6~12伏。

煤油小喷灯

(1)制作

选一个有金属盖的小药瓶,在金属盖的中央挖一个直径6毫米左右的圆孔。取一根直径6毫米左右的铁管截成70毫米长,无铁管可用薄铁板卷制而成,在距铁管一端20毫米处弯成120°角,同时在弯曲处打一个直径2毫米左右的小孔,将铁管插入金属盖中,用电烙铁焊接即可。

(2)使用

①在细铁管内放入一束棉线做灯芯,然后打开瓶盖倒入煤油或柴油,体积约占整个体积的23为适宜。

②在弯曲处插入一个大号注射针头(作调节火焰用),针头用橡皮管与缓冲瓶相连接,缓冲瓶再与皮老虎连接,然后点燃即可使用。

制取二氧化氮的装置

(1)制作

选一支具支试管和一个单孔胶塞,单孔胶塞中插入一支长颈漏斗。漏斗口用胶塞塞紧,尾端接一胶管。距漏斗尾端30mm处放在喷灯上加热,待玻璃红软后,用咀连接胶管,迅速吹起一个玻璃球,玻璃球外径与具支试管内径接近,其间隙控制在既掉不下铜片又能透过浓硫酸为适宜,然后按图组装即可使用。

(2)装置的使用

把具支试管倾斜装入几片铜片,从长颈漏斗口加入浓硫酸,酸浸没铜片为止。不用时关闭活栓,酸被压回漏斗,酸与铜片脱离接触,反应立即停止。

简易气体发生器

(1)制作

选一支20×200mm的具支试管,距具支试管底部30mm处用喷灯加热,边加热边旋转。待玻璃红软后,用镊子夹住试管底部向外拉伸。拉细部位能刚好插入一支长颈漏斗为适宜,其间隙控制在既掉不下锌粒又能透过稀酸,然后按图组装即可。

(2)使用

把具支试管倾斜装入8-10粒锌粒。从长颈漏斗加入稀硫酸,浸没锌粒为止。不用时关闭活栓,酸被压回漏斗与锌粒脱离接触,反应立即停止。

按反应物状态进行实验装置归类

近几年,高考化学实验转向于考察综合设计实验的能力(即由多种仪器或多种装置按某种目的进行串联组合成一套装置而完成某种实验)。考生答题时感到惘然,下手不准,错误率特别大。究其原因有:一是对各类装置功能和仪器的用途缺乏全面了解;二是教学中片面注意“实验规范化”,忽视装置和药品可“借代”的灵活性学习。为了克服这种现象,按反应物状态进行实验装置归类,对培养学生灵活设计实验能力,很有必要。

根据反应物性质和生成物性质,实验装置有密闭系统、敞开系统、冷凝回流系统三种类型。

湖南师大附中谭富桃老师侧重介绍了密闭系统和借代装置的方法。

固体反应加热装置

装置-1,能用于制取O2、NH3、CH4种气体;能制取FeS;能进行碳酸氢钠分解,铵盐分解,硝酸盐分解、盐的结晶水合物分解;能进行木材和煤干馏,碳还原金属氧化等实验。

根据具体情况,装置-2也可以做上述某些实验。装置-2还可以做H2还原CuO等实验(为什么?)。

A:有孔塑料板A类(启普发生器类型)常温下固-液反应装置

这些装置主要用来制取气体。A类装置不能制取的气体可以用B类装置制取。A类装置要求:

反应物固体难溶于水,生成气体难溶于水或反应混和物液体中,另一种生成物溶于反应混和物液体中。如:Na2CO3和稀H2SO4制CO2、CaC2和H2O制C2H2、Na2O2和H2O制O2等就不能用A类装置,只能用B类装置。B类装置能代替A类装置制取H2、CO2、H2S等气体。B类装置通过分液漏斗控制反应速度和反应物的用量。

固-液反应加热装置

用此类装置能制取Cl2、HCl、SO2、NO2、NO等气体;也能制HNO3和CH3COOH;还能制取NH3(固体NH4Cl和浓NaOH溶液)。

固-气反应加热装置

如用此装置进行H2、CO还原金属氧化物;也可以进行SO2催化(固体催化剂)氧化实验。

再如用铜粉去掉空气中的O2,可采用此装置。

固-气反应不需要加热装置

如用此装置进行气体干燥,固体吸收气体。CO2和Na2O2反应可以用此装置。

液-气反应装置

如用这些装置(13,14,15)进行气体净化和干燥,用液体吸收气体。也可以通过用x气体产生y气体。

球形干燥管装置-12常温下液-液反应装置装置-5、6、7和8也可以用做常温液体的反应装置。如用稀H2SO4和Na2CO3溶液制CO2就用这些装置。同样也可以制取H2S。

液-液反应加热装置

装置-9和-10也可以用做液体反应加热装置。如用这些装置制乙烯、乙醚、一氧化碳、乙酸乙酯。在溶液中制NH3和SO2可采用这些装置。

装置-16和装置-17是液体反应回流装置。此外,还有气-气反应装置和各种简易装置。请读者归纳。

教授这部分内容时,教师充分发挥讲授艺术,引导学生一起归纳总结和比较异同,让学生弄清各种装置和仪器的诸多用途和功能。在要求实验规范化同时,重视因陋就简,帮助学生掌握仪器和装置及药品的借代方法和技巧,形成设计实验的技能。

中学化学仪器的更新

目前有些厂家生产的仪器,做得很不科学,缺乏规范化。例如:

具支试管不翻口,塞进胶塞时易破裂。

烧杯质料太薄,一碰即碎。

胶塞软硬度不一,同号塞子,直径不一样。

试剂瓶的滴管太短,瓶内还有四分之一的溶液却吸不到。

分液漏斗柄太长太深会接触溶液,太浅重心高,不稳定。

容量瓶瓶颈太长,瓶塞是实心的,空瓶时易翻倒。

钻孔器壁太厚,磨锲以后,相邻管子的孔径相差甚大。

目前的手摇钻孔器,由于制造得太粗糙,根本无使用价值。

酒精灯灯管太长,安插灯芯不便等等。

化学仪器,缺乏自己的标准化,生产厂家不同的同型号仪器,规格也不相同。例如:

试管的口径太乱,直径为10、12、14、15、18、20、21(毫米)等都有。有时为了找到一个合适的胶塞,非常困难。

胶塞的编号与试管的编号不协调,应当统一起来,便于“对号入座”。

滤纸的规格与漏斗的规格不协调,学生多是用60mm的漏斗,而完全符合这种规格的滤纸却没有。

漏斗的角度与滤纸四折以后的角度不协调,使得过滤装置常常留有空隙。

移液管有些厂家留液,有些厂家不留液。

不同厂家生产的同型号仪器,其配件不能换用,例如容量瓶的瓶塞,酒精灯的灯帽等等。特别是滴瓶,有时只损坏了滴管,但整只瓶子却报废。

最遗憾的是酸式滴定管、分液漏斗、双路活塞等,这些仪器都比较贵,有时学生只损坏了个别部件,由于缺乏标准化,不能换用,使得整个仪器全部报废,实在可惜。

所有这些情况,都说明在化学仪器中,有必要统一仪器的规格,统一质量要求,统一技术资料。

塑料已逐渐进入到化学仪器领域,除某些情况以外(由于被腐蚀而增加杂质,需要加热,需要永久性的保持透明等),凡能改的,尽可能塑料化。

作某些仪器的配件。

例如:

滴管和胶头(为了更换胶头,相互采用螺景旋入)。

称量瓶、干燥器的盖子,具塞U形管的塞子。

分液漏斗,滴定管的活塞。

试剂瓶中的滴管与胶头等等。

改某些仪器为塑料仪器。

例如:

T形管、Y形管、U形管、干燥管、漏斗、量筒、称量瓶、洗气瓶、全塑试管刷。作溶解和加液体用的烧杯(有尖嘴、有盖、有把)、透明反应板(背景可黑、白改变)、洗耳球。

新设计一些塑料仪器。

例如:

甲、气体爆炸袋。从剪去一部分的塑料瓶口塞入食品袋,翻出一部分,用盖子把食品袋施紧。盖上钻个孔,用于通气和点火。

乙、洗并式试剂瓶。把试剂瓶做成洗并式使用时,用力挤压塑料瓶,溶液即可压出。尖嘴上可以套一只小盖子。为了便于排列和放置稳当,最好制成方台形。它可装强碱强酸。

丙、带多孔层板、双孔塞的长柄漏斗。它专用于装配简易气体发生器。漏斗顶上可以加双层盖子,便于产生高压氢气。

丁、自动调零滴定管。挤压塑料瓶,标准溶液通过导管压入滴定管,直至刻度“0”以上,停止挤压。由于虹吸现象,部份溶液被塑料瓶吸回。调整尖嘴高度,便能起到自动调节零点的作用。

戊、多用盒。培养皿的底、盖,分别用塑料、玻璃制,底深盖浅,磨边密合,侧边各开一个通气孔,它既是一种生物仪器,又是一种多用途的化学仪器——表面具、称量瓶、固体试剂盒(学生实验时分发固体药品用)。

在规范化、标准化的前提下,仪器的标志,也应当使它更加科学化。

初三碱和盐性质的实验,使用19种试剂,高二电解质溶液的学生实验,使用15种试剂。学生在做这些实验的时候,滴管与滴瓶、塞子、盖子等张冠李戴的现象非常严重。如果在仪器的标志上有非常明显的区别,这种现象就会减少。

试剂瓶可做成圆形的、方形的,若使用塑料,滴管也可做成圆形的、方形的。

试剂瓶可以有不同颜色,滴管、胶头、标签也可以有不同的颜色,并且可配套。

药品按物质类别区分,标签的形状也可相应做成正方形、长方形、菱形、圆形等。

某些专用仪器,还可刻印永久性标记。

玻璃仪器,采用统一印制的不干胶标签。塑料仪器,在允许的情况下,侧边留一下小袋,插入标签。

更新的仪器,应当尽可能和电子化、多用化结合起来。

仪器的更新是一项有战略意义的工作,应当有一个长远打算,有一套专门机构。

教育仪器部门与工商管理部门双重领导这项工作。不符合规范化、标准化的仪器,不得在市面上销售,仪器站不得向无许可证的厂家购买仪器。

仪器管理机构,有权向各厂家抽样检查。

印发统一标准,发给基层实验室,全国一致,促进规范化、标准化的实现。

为了使更科学、更先进的仪器创造出来,提出课题,多层攻关,由下而上一层层举行教具展览和设计评选。过去获奖的作品可以重选,从中把优秀教具定型下来。

希望若干年后,随着新教材的使用,一套全新的化学仪器也能陆续问世。

化学实验教学中教具的制作及运用

随着九年制义务教育的普及,教学改革已从单一的方式方法的改革转变到教学体制及教材的改革,与此相适应,中学化学教学的目标也从以往的应试教学逐步地转变到培养学生能力尤其是动手能力上来。这样,一些农村中学缺少实验仪器设备的问题就显得十分突出,如何尽快解决这一矛盾?徐纯、张栋梁老师在教学实践中利用中学中常见的磁性小黑板,动手制作几套铁性图示教具,把这些教具运用到平常的教学中,既解决了实验仪器设备缺乏的矛盾,又收到了良好的教学效果,可谓一举两得。现作简单介绍:

教具的制作用铁丝、废铁皮边角料,剪成初中化学中常见的仪器和常用装置(平面图),还可剪一些圆形、三角形、长方形等几何图形,在这些几何图形中写上常见物质的分子式等。如:

CuOCuSO2H2SO2剪制完毕后,再用调合漆油漆成各种颜色。

教具的使用

整套自制教具根据不同课型的教学要求,可按下列不同的拼装方法运用于课堂教学。

(1)移动拼装

在初中化学教学内容中,H2、O2、CO2这三种气体的制取、性质等知识占有较大的比重。部分内容的教学过程中,在不同的阶段不同的课型中,整套教具都有广泛的应用。

①授新课时,教师讲授各种气体的制取的实验装置和操作后,配合实验教学让学生在磁性黑板上按实验步骤组合成一套实验装置。如讲氧气的制法和收集,在演示实验结束后,给出如下图的仪器,让学生去移动拼装,并注意他们的拼装顺序,还可让学生演示加热的正确方法(先均匀加热试管,再固定在固体药品下方)。

②复习课时,可以让学生在磁性黑板上自己去改正实验装置图的几种常见和典型的错误装置,并要求说明改进的理由或原因。对于几种气体的制备、性质的综合复习,可以让学生设计组装出各种有关气体的干燥、提纯、性质试验等系列装置,这对于培养学生的综合能力是大有好处的。例如:将下列装置连接起来,用实验证明水煤气中含有水蒸气、二氧化碳、一氧化碳和氢气。

(2)图示式拼装

各类物质的相互关系的图表的应用,是初中化学教学中最主要的难点和分化点。利用本文所述的自制教具,通过图示法教学,有利于突破难点,提高课堂教学效率。如在“单质、氧化物、酸、碱和盐的相互关系”一节的教学中,利用写好分子式和物质类别的铁制图片及两块磁性黑板,以Mg、S、MgO、SO3、Mg(OH)2、H2SO4、MgSO4等物质的性质和相互关系逐个进行讨论。在一块磁性黑板上讨论上述物质的性质和关系,在另一块磁性黑板上则由特殊到一般,逐步总结出各类物质的相互关系,通过图片的组合,达到突破难点的目的。例如在讨论制备MgSO4的各种可能有的方法时,就可用下图讨论得出五种可能的方法。

综上所述,利用铁制图板和磁性小黑板这一自制数具进行教学,既增加了课堂教学的手段,又能收到良好的教学效果。教具制作简单,成本低廉,使用灵活,变化繁多,趣味性强,能吸引学生;并且作为对化学实验教学的补充和完善,特别适合于农村中学,尤其适合边远山区的初中化学教学。

利用培养皿做投影实验

氯气的漂白作用

取一个小的表面皿,放入少许(约4~5粒)高锰酸钾晶体。将其置于装有一薄层水的直径约为12cm的培养皿里,另取一个干燥的直径约为9cm的培养皿在其内侧的半边用毛笔涂上幻灯片彩色墨水(绿色最佳),涂上一小块即可,或干脆写一个“干”字,然后将字迹在酒精灯上烘干。(这一步可在实验前准备好)再用毛笔取同样的色彩在培养皿内侧的另半边涂上一小块颜色,或倒写个“湿”字(倒过来为“湿”)。取一滴管浓盐酸加入高锰酸钾中,迅速盖上有干湿字迹的培养皿,片刻,湿的颜色全部褪去,干的颜色却无变化。该实验选用仪器及操作均简单,现象明显,Cl2量小且被封闭,不会污染教室空气。

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