绿色化气体性质实验创新设计探讨范文

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摘要:

化学教学中涉及到氯气、氨气、二氧化硫、二氧化氮等性质实验时，必须进行尾气吸收以防止污染环境。然而进行这些有毒气体的性质实验需要加热操作时，连接尾气吸收装置又十分不便。文中巧妙利用具支试管、塑料小烧杯等组装成简易装置，实现了绿色化气体性质实验的创新设计。

关键词:

绿色化;探究实验;创新设计

化学实验中的有毒、有害气体必须进行尾气吸收以防止污染环境。然而通过导管吸收尾气的装置不利于老师灵活进行加热、鼓气等操作。教学中老师们进行有关氯气、氨气、二氧化硫、二氧化氮等性质实验时，经常致使少量气体泄漏到教室内危害师生健康。为解决这一难题，笔者巧妙利用具支试管、塑料小烧杯等组装成简单装置，将固定的尾气吸收装置变成了可移动的绿色化气体实验装置。

一、绿色化气体实验装置的制作方法

气体的溶解度随温度的升高而降低，加热是使气体逸出的重要方法。为解决尾气吸收问题，笔者将具支试管与塑料小烧杯进行了巧妙组合。首先将塑料小烧杯的尖端用小火烧掉呈圆形，再在小烧杯的底部中央用铁钉烫出直径2cm左右的圆孔(以能插入具支试管的支管为宜)，将小烧杯口朝外与具支试管连接，小烧杯内放置蘸有4mol/L的NaOH溶液的湿棉花。这样组合之后，该装置(如图1)即成为可以吸收Cl2、Br2、SO2、NO2等气体的通用仪器。

二、绿色化气体性质实验的应用举隅

(一)作为简易气体发生装置

化学教学中，不以制取气体为目的，两种溶液混合时却产生有毒有害气体时，用上述简易装置非常方便实用，既可用于教师演示也可进行学生分组实验。例如，84消毒液(主要成分NaClO)和洁厕灵(主要成分HCl)不能混合使用，否则会产生有毒气体氯气。反应原理:ClO－+Cl－+2H+=Cl2↑+H2O。当把两种气体混合时，立即产生气泡，试管上部有黄绿色气体。

(二)作为鼓气装置赶走溶在水中的有害气体

人教版《化学•必修2》第四章第1节开发利用金属矿物质和海水资源，其中关于海水提溴的工艺明确写道:“用氯气置换出溴离子使之成为单质溴，继而通入空气和水蒸气，将溴吹入吸收塔”。用空气能够吹出溶解的溴吗?学生对此没有亲身体验，很难理解。老师可利用图2进行演示。取2mL橙红色的溴水置于具支试管中(连有尾气吸收装置)，将双连鼓气球插入具支试管，持续鼓入空气，溴水颜色逐渐变浅，很快褪为无色，效果非常明显。由于具支试管的小烧杯中塞有蘸取NaOH溶液的棉花，挥发出的溴直接被吸收。

(三)作为加热装置赶走溶在水中的有害气体

【2000年全国统一高考化学试题23题】“某学生课外活动小组利用图3所示装置分别进行如下实验:①在试管中注入某红色溶液，加热试管，溶液颜色逐渐变浅，冷却后恢复红色，则原溶液可能是溶液，加热时溶液由红色逐渐变浅的原因是。②在试管中注入某无色溶液，加热试管，溶液逐渐变为红色，冷却后恢复无色，则此溶液可能是溶液;加热时溶液由无色变为红色的原因是。该题构思巧妙，将氨气溶水呈碱性、二氧化硫的漂白原理通过实验形象地表现出来并加以对照。能帮助学生很好地理解如下平衡关系:NH3+H2ONH3•H2ONH4++OH－。从实验设计的角度看，该实验非常好地体现了绿色化理念，堪称经典。笔者重复进行过这个实验，效果理想。若加热除去有害气体不需重复可逆反应时，用气球吸收尾气则不是好的选项。其一，捆扎气球比较麻烦，加热时还容易烧破;其二，实验结束后有害气体依然会释放到空气中造成污染。例如笔者在教学时对比氯气和二氧化硫使品红褪色的原理时，将已经褪色的溶液用自制的组合装置加热，通入二氧化硫的品红溶液恢复红色，而氯气漂白属于氧化原理仍为无色。

(四)探究铜与浓硝酸反应后溶液呈绿色的原因

以【2009年高考北京卷27题】为素材，探究铜与浓硝酸反应后生成的硝酸铜溶液颜色为绿色的原因。取约0.5g铜片放入带有尾气吸收装置的具支试管中，加入10mL浓硝酸，塞上胶塞。观察到铜片逐渐溶解，溶液变为亮绿色，试管上部有红棕色气体(蘸有4mol/L的NaOH溶液的湿棉花吸收NO2)。在学生充分讨论的基础上，提出两种假设:①溶液呈绿色是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致;②溶液呈绿色是该溶液中溶解了生成的NO2气体所致。设计实验方案进行科学探究。方案1，取少量呈绿色的样品加水稀释，发现溶液变为蓝色。方案2，用具支试管(带有尾气吸收装置)加热除去溶解的气体，发现试管上部有红棕色气体产生，溶液变蓝。方案3，用双连球赶走溶解的气体。方案4，向饱和硝酸铜溶液中通入NO2气体作为对照。实施后两个方案时，在老师的启发下，学生巧妙地将双连球赶出的气体通入装有饱和硝酸铜的试管中，将两个实验结合在一起(如图4)，这种方法省去了重新制取NO2的环节，使实验简化，避免了再次污染问题。上述4个方案中，加水稀释，硝酸铜溶液质量分数减小的同时，溶液中溶解的NO2与水发生反应:3NO2+H2O=2HNO3+NO，因此不能证明假设一成立。实际上饱和硝酸铜溶液呈蓝色已经否定了该假设，再通入NO2溶液由蓝色变为绿色(但不如铜与浓硝酸反应后的溶液绿)，进一步证明假设二正确。加热和通入空气赶走气体溶液变蓝都是支持假设二的直接证据。教师总结，铜与浓硝酸反应后的溶液中，浓硝酸过量，NO2溶于浓硝酸中呈黄色，［Cu(H2O)6］2+呈蓝色，两者混合色为绿色。

三、反思

一个化学实验的教育功能是多维度的。实验装置是完成化学实验的物质基础，体现了化学原理对反应条件的要求和尾气吸收的绿色化理念。实验装备的改进是对化学反应原理的深化和提升。针对有毒有害气体的尾气吸收方案很常见，其中能够化繁为简，变固定为灵活移动不失为创新之举。其实，只要肯于动脑、勤于实践，小小的改动就能解决大问题。

参考文献:

［1］索金龙，李雪军．加强危险化学品管理安全有序开展实验教学．教学仪器与实验，2015(9):9－11．

［2］李猛等．二氧化硫性质实验的一体化设计．化学教学，2015(12):59－61．

作者:索金龙 李雪军 单位:北京汇文中学