注射器设计初中化学实验分析

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摘要:文中巧妙组合两个注射器，研制出一套化学实验装置。利用该装置设计出混合物性质、二氧化碳与氢氧化钠反应等实验，增强了化学教学的直观性，有利于学生深化基础知识，提升理性思维，发展科学素养，提高了化学实验教学的有效性。

关键词:自制教具;注射器组合;实验创新

受贾同全老师［1］的启发，笔者将两个注射器(规格可以相同也可以不同)巧妙组合，自制了一套实验装置。该装置既能用来优化教科书上已有的化学实验，也能用于设计教科书上没有的化学实验。下面以混合物性质实验、二氧化碳与氢氧化钠反应实验为例，介绍该化学实验装置的结构及使用方法。

一、混合物性质实验

目前使用的多个版本的初中化学教科书都强调“组成混合物的各种成分之间没有发生化学反应，它们各自保持着原来的性质”［2－3］，但是不少学生感觉该陈述较抽象，不好理解。针对该内容，笔者将两个注射器组合起来设计有关的化学实验，从而直观地证明混合物各成分均保持各自原来的性质。(一)实验用品。30mL注射器(确保活塞的润滑性好、针筒的透明度好)，玻璃导管，玻璃旋塞，乳胶管，澄清石灰水，氧气，二氧化碳气体等。(二)实验装置。新设计的实验装置见图1(夹持装置略)。(三)实验步骤。①准备两个30mL注射器，在注射器A中先后抽入20mL氧气与4mL二氧化碳气体，在注射器B里抽入5mL澄清石灰水。②借助导气管、乳胶管将两个注射器与两个玻璃旋塞按图1所示连接起来(注意使玻璃旋塞C、D均处于关闭状态)。③打开玻璃旋塞C，缓缓拉动注射器B的芯杆，将注射器A中的混合气全部吸入注射器B的针筒里。④关闭玻璃旋塞C，然后轻轻振荡注射器B针筒里的混合物，立即观察到澄清的石灰水变浑浊。⑤打开玻璃旋塞D，将注射器B针筒里的残留气体缓缓推出，同时将带火星的木条放在导管口，观察到木条立即复燃。⑥实验结束，整理实验用品，指导学生完成实验报告。(四)现象分析。①氧气与二氧化碳气体组成的混合气体可以使澄清的石灰水变浑浊(Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O)，从而证实原混合气体中二氧化碳气体的化学性质没有发生改变。②氧气与二氧化碳气体组成的混合气体在与澄清的石灰水充分反应后剩下的气体(主要是氧气)能使带火星的木条复燃，充分说明原混合气体中氧气的化学性质也没有改变。(五)实验优点。①实验简单易行，不仅可以用于教师的演示实验，也能作为学生的分组实验，甚至用于师生的课外探究活动。②实验增强了教学的直观性，有利于学生认识混合物的性质、深化混合物的概念。

二、二氧化碳与氢氧化钠反应实验

目前使用的各个版本的初中化学教科书都没有安排二氧化碳气体与氢氧化钠溶液反应实验，而是直接给出有关的化学方程式［4－5］。为了增强教学的实践性，提高学生的感性认识，笔者利用两个注射器自制实验装置，设计了二氧化碳气体与氢氧化钠溶液反应实验，在有水干扰的情况下，证实了二氧化碳气体能与氢氧化钠发生化学反应。(一)实验用品。30mL、50mL注射器(确保活塞的润滑性好、针筒的透明度好)，玻璃导管，玻璃旋塞，乳胶管，二氧化碳气体，氢氧化钠溶液等。(二)实验装置。新设计的实验装置见图2(夹持装置略)。(三)实验步骤。①用排水法收集一瓶高纯度的二氧化碳气体，备用。向一个小烧杯里注入适量的氢氧化钠溶液，备用。②准备一个30mL的注射器(即图2中注射器A)，在其中抽入10mL稀盐酸;准备一个50mL注射器(即图2中注射器B)，在其中抽入40mL二氧化碳气体。③借助导气管和乳胶管，将两个注射器与两个玻璃旋塞按图2所示连接起来，并确保旋塞C以下的导管内充满氢氧化钠溶液、旋塞D左边导管内充满稀盐酸。连好装置后，要使两个玻璃旋塞都处于关闭状态。④打开玻璃旋塞C，缓缓拉动注射器B的芯杆，吸入大约5mL氢氧化钠溶液(此时注射器活塞处于大约45mL刻度处)。随后，关闭玻璃旋塞C，轻轻振荡注射器B针筒内的气、液混合物，以促进二氧化碳气体与氢氧化钠溶液充分接触。稍后，停止振荡，可以观察到注射器B活塞缓缓向下推进，并最终停留在大约10mL刻度处。这说明二氧化碳气体的体积减少了35mL。⑤打开玻璃旋塞D，缓缓推动注射器A的芯杆，将稀盐酸推入注射器B针筒里，立即观察到注射器B针筒里的溶液中快速冒气泡，同时注射器B活塞缓缓向上移动。⑥实验结束，整理实验用品，引导学生完成实验报告。(四)现象分析。①盛有40mL二氧化碳气体的注射器B吸入5mL氢氧化钠溶液后，二氧化碳气体的体积减少了35mL。5mL氢氧化钠溶液中最多含有5mL的水。这些水通常最多可以溶解5mL二氧化碳气体，另外30mL的二氧化碳气体显然是被氢氧化钠溶液吸收了。这从定量的视角［6］，证实了二氧化碳气体能够跟氢氧化钠发生化学反应(CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O)。②将10mL稀盐酸推入注射器B的针筒里，溶液中立即冒气泡，说明该反应产生了气体(Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑)。显然，能与盐酸反应放出气体的物质一定不是氢氧化钠(因为盐酸与氢氧化钠溶液发生的是中和反应)，应该是二氧化碳气体与氢氧化钠溶液混合后产生的新物质。这又从检验产物的视角，确认二氧化碳气体能跟氢氧化钠发生化学反应。(五)实验优点。①上述实验教具，不仅定量地证明了二氧化碳气体能与氢氧化钠发生化学反应，又定性地证实了二氧化碳气体能与氢氧化钠发生化学反应。这样的设计有利于学生认识实验探究的多种途径和科学研究的多种方法。②整个实验系列化，流程一气呵成，现象直观有趣，能够激发学生学习化学的好奇心，增强化学实验教学效益。

三、结语

注射器作为简单易得、材质稳定的透明容器，已成为中学化学实验的重要器材，也是化学教师进行实验创新的重要器具。依托注射器的创新实验大都具有操作简便、节省药品、绿色环保等优点。只要我们一线化学教师与时俱进、不断创新、追求卓越，就能围绕注射器开发出更多更好的实验素材和实验教具，从而丰富基层学校的实验资源和教育装备，为化学教学开展素质教育搭建更加广阔的活动平台。

参考文献:

［1］贾同全．例析一套多功能实验装置的创新［J］．化学教学，2019，(8):74－76．

［2］课程教材研究所化学课程教材研究开发中心．义务教育教科书•化学(九年级上册)［M］．北京:人民教育出版社，2012:27．

［3］北京市仁爱教育研究所．义务教育教科书•化学(九年级上册)［M］．北京:科学普及出版社，2012:24．

［4］课程教材研究所化学课程教材研究开发中心．义务教育教科书•化学(九年级下册)［M］．北京:人民教育出版社，2012:57．

［5］中学化学国家课程标准研制组．义务教育教科书•化学(九年级下册)［M］．上海:上海教育出版社，2015:46．

［6］陈立铭，李德前．基于量的角度设计“氢氧化钠溶液与二氧化碳反应”的实验［J］．化学教育，2014，(23):50－51．

作者:常鸣 李德前 单位:江苏省徐州市第三十一中学