利用魔棒点灯原理改进化学实验

赖元霞

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:

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[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)

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[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)

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