案例26 电解饱和食盐水的实验改进与创新 实验名称 电解饱和食盐水的实验改进与创新 通过对实验装置的改进，设计出一套能集成功率高增加实验的趣味性、绿阳极反应式; 2Cl- -2e===Cl2 ↑ 阴极反应式：2H+ +2e ===H2 ↑ 总反应式:2NaCl＋2H2O= H2↑＋Cl2↑＋2NaOH Cl2+KI==KCl+I2 实验目的 色环保、用数字化传感器从微粒层面上来认识化学反应的实验装置。 实验原理 低压电源(24V),铁钉用长铁丝(20cm)替代,碳棒用铅笔芯(10cm)替代,U型管实验仪器 (两边带支管),电线,小烧杯,蒸发皿威尼尔( Vernier)数据采集器,pH传感器,计算机及药品 (电脑),单、双孔橡皮塞,乳胶管,玻璃直角弯管、饱和食盐水、,氢氧化钠溶液、泡泡液、淀粉碘化钾试纸、火柴、酒精灯、木条。 实验 装置 实验 步骤 及现象 1．实验装置如图1所示(其中低压电源、数据采集器、电脑等省去)。 2．实验步骤及现象:打开电源开关,当两极出现气泡时,打开电脑中数据采集器开始按钮(实验前对pH传感器进行校对),时间为1min看到液面以下的铁丝和铅笔芯上产生大量的气泡。大约1min,淀粉碘化钾试纸变蓝,泡泡液慢慢出现气泡,由小变大。电脑上pH曲线逐渐上升(可连接白板显示),然后,用燃着的木条点气泡,可听到爆鸣声,说明铁丝电极上产生的气体是氢气。 3.实验注意事项:U型管内的液面不能超过支管,以防止液体流出。塞子要多插入管内,减少空间面积,以便收集氢气。等吹出的气泡较大时,再用燃着的木条来检验氢气。pH传感器不能接触铁丝电极,防止影响实验结果。 1.将铁钉改为长铁丝,碳棒改为铅笔芯,可以增大电极与电解液接触面积,增加离子放电几率,提高反应速度,同时有利于气体逸出,便于收集氢气,用吹气泡的方式也容易操作,检验氢气成功率高增加实验的趣味性,有利于调动学生的学习积极性。 2.用数字化传感器,测得溶液的pH的变化,有利于学生从微粒层面上来认识化学反应。加深对电极方程式的理解。不难得出阴极反应的两种反应式之间的联系:2H++2e-=H2↑,2H2O-2e-=H2↑+2OH-。为学生在选修《化学反应原理》书写电极方程式打下一个良好的基础。 3.淀粉碘化钾试纸固定在铅笔芯上,在检验氯气时不用打开塞子,减少有害气体的污染。 创新 设计 后的 优点 案例27 银镜反应实验创新设计 实验名称 银镜反应实验创新设计 实验目的 为达到实验操作便捷的目的,利用套管加热水浴法加热试管,使实验取得满意的效果。 CH3CHO+2Ag(NH3)2OH CH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O 实验原理 银氨溶液具有弱氧化性。 水浴加热 实验仪器 试管A(13mm×100mm)、试管B(10mmx100mm)、酒精灯、试管夹;及药品 乙醛、AgNO3(2%)溶液,氨水(2%)、蒸馏水 实验 装置
实验 步骤 及现象 1.如图所示,把试管B插入装入适量蒸馏水的A试管中,用酒精灯给试管A加热,通过水浴加热试管B。 2.在试管A中加入适量蒸馏水,在试管B中加入适量AgNO3溶液,逐渐滴加稀氨水,至产生的白色沉淀刚好消失为止,然后再加入适量乙醛。图1 3.小心地把试管B套入试管A中,用试管夹夹住试管A在酒精灯上加热。可观察到试管B壁上很快出现光亮的银镜。 创新 设计 后的 优点 1. 能节约药品和实验准备时间,简化操作, 2. 实验效果明显。
案例28 乙醇催化氧化实验的改进 实验名称 乙醇催化氧化实验的改进 改进教材实验中的缺点(产生的乙醛量太少,许多学生将乙醇的气实验目的 味与乙醛气味混淆而难以分辨,乙醛催化氧化反应中的第一产物水没有得到证实),让实验更有说服力。 实验原理 2Cu+O2加热2CuO CH3CHO+Cu+H2O CH3CH2OH+CuO △ 酒精灯、烧杯、注射器、燃烧匙、三口瓶、无水乙醇、无水硫酸实验仪器 及药品 铜、铜丝团、水。 实验 装置 实验 步骤 及现象 1.如图1所示,在三口瓶内加入少量无水乙醇(事先可用无水硫酸铜加以检验是否有水),将盛满无水硫酸铜白色粉末的燃烧匙插入三口瓶内,另外,在三口瓶上端插入注射器备用。 2.用50℃水浴加热无水乙醇,另取一铜丝团固定在一根铜丝上,穿过橡胶塞,将铜丝团加热,可看到由红变黑,迅速将铜丝团伸入三口瓶内,可看到黑色立即变为红色,停止水浴加热,将无水硫酸铜抖动少许至无水乙醇中,白色粉末变为蓝色。此外,注射器活塞上移,收集满乙醇和乙醛的混合气体,此时乙醛收集量较少。 3.将注射器内气体注入三口瓶中,重复1、2两步操作2次~3次,反复收集混合气体,便可得到较多的乙醛蒸气,此时方可闻到乙醛的刺激性气味,倘若用其做银镜实验,现象十分明显。 创新 设计 后的 优点 1.实验操作简单,可反复观察到铜丝红一黑红交替的现象。 2.用无水硫酸铜也可反复验证水的生成。 3.注射器的使用,可以收集较纯较多的乙醛,便于闻到乙醛的刺激性气味,也可更好地进行银镜反应的实验。
案例29 氯气和铁(铜)反应演示实验的改进 实验名称 氯气和铁(铜)反应演示实验的改进 通过对教材实验装置的改进，设计出一套科学性、简约性、直观性、安全性实验目的 为一体的实验装置。 实验原理 KClO3+6HCl(浓)=KCl+3Cl2↑+3H2O 点燃2Fe+3Cl22FeCl3 FeCl3+3NaOH==Fe(OH)3↓+3NaCl 个)铁丝、氯酸钾、浓盐酸、浓氢实验仪器 集气瓶、橡皮塞、气球、注射器(20mL,3及药品 氧化钠溶液、蒸馏水。 实验 装置 a.注射器 b.集气瓶 c.气球 d.铁丝或铜丝 e.浓盐酸 f.氯酸钾 1．将铁丝一端弯曲成螺旋状,另一端绕在插入橡胶塞的针尖上,按实验装置图组装好装置,并检查装置气密性。 2．取一药匙氯酸钾固体平铺集气瓶的底部,注射器1装入3mL浓盐酸。 3．将下端弯曲的细铁丝放在酒精灯上加热至红热后迅速伸入到集气瓶中,将注射器中3mL浓盐酸迅速注入到集气瓶中,盐酸与氯酸钾立即反应,此时可以看到立刻产生黄绿色的气体,同时铁丝上会产生明显的棕褐色烟并充满整个烧瓶,且能看到气球随着反应的进行出现体积变化。 4．当反应停止后,往集气瓶中加入10ml蒸馏水,轻轻振荡集气瓶,观察到溶液呈黄色。 5．用注射器将10mL浓氢氧化钠溶液注入到集气瓶瓶中,烧瓶底部立刻有红棕色沉淀生成,集气瓶内黄绿色气体消失。 6.实验注意事项 (1)实验成功的关键是如何使铁丝伸入到集气瓶保持较长的红热状态,特别是在气温较低时,如果采取加热较粗的铁(铜)丝就能很好地解决这一难题。 (2)为了防止在换用注射器时有少量氯气会逸出,可设计带有开关装置的注射器。如果用普通注射器,交换动作要迅速。 1从实验的安全性着手,让氯气与铁(铜)丝的反应在密闭的集气瓶中反应,反应结束后用注射器往集气瓶内注入氢氧化钠溶液除去多余的氯气。 2.以实验的创新性为突破,先让铁(铜)丝保持状态,再与集气瓶内生成的氯气反应。 3.实验的科学性、简约性、直观性也得到加强。氯气和铁(铜)丝反应结束后,用注射器注入蒸馏水,可以观察氯化铁(铜)溶液的颜色,再用注射器注入氢氧化钠溶液,可以通过观察生成沉淀颜色检验产物,增强了实验的科学性;氯气的制取改用氯酸钾和浓盐酸反应,不需要加热条件,制取与性质实验同时进行,也不再需要氯气的收集和保存,让实验的简约性明显提高;实验中不仅可以观察到生成棕褐色或棕黄色的烟,还可以观察到生成氯化铁(铜)溶于水后的黄(蓝)色及氯化铁(铜)溶液与氢氧化钠溶液生成的红棕(蓝)色沉淀,实验的直观性较大加强。 实验 步骤 及现象 创新 设计 后的 优点
案例30 氯气氧化性等系列性质实验改进 实验名称 氯气氧化性等系列性质实验改进 通过对教材实验装置的改进，设计出一套科学性、简约性、直观性、实验目的 安全性创新性为一体的实验装置。 KClO3+6HCl(浓)=KCl+3Cl2↑+3H2O Cl2+H2O==HClO+H2O Cl+KI==KCl+I2 AgNO3=KCl==AgCl↓+KNO3 实验原理 2Fe2+2+Cl==2Fe3++2Cl- Fe3++3SCN- -=Fe(SCN)3 2Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O 大试管、小试管、铁架台、橡皮塞、气球、注射器(20mL,2个)、注实验仪器 射器针尖、氯酸钾、浓盐酸、浓氢氧化钠溶液、蒸馏水、紫色石蕊试及药品 纸、淀粉碘化钾试纸、滴有硝酸银溶液的滤纸、滴有硫酸亚铁与硫氰酸钾溶液的滤纸。 实验 装置 a.湿润的紫色石蕊试纸 b.湿润的淀粉碘化钾试纸 c.滴有硝酸银溶液的滤纸 d滴有硫酸亚铁与硫氰酸钾溶液的滤纸 e.浓盐酸 f.氯酸钾 1.把湿润的紫色石蕊试纸、湿润的淀粉碘化钾试纸、滴有硝酸银溶液的滤纸、滴有硫酸亚铁与硫氰酸钾溶液的滤纸固定在小试管外壁,用扣针扣紧防止脱落,用注射器针尖插入大小橡胶塞将大小试管相连,将大试管固定在铁架台上,并检查装置气密性。 2.取一药匙氯酸钾固体平铺集气瓶的底部,注射器中装入1mL浓盐酸。 3.塞紧橡胶塞,将注射器中的浓盐酸注入大试管底部,可以观察到:①湿润的紫色石蕊试纸先变红后褪色。②湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝后慢慢褪色。③滴有硝酸银溶液的滤纸出现白色物质。④滴有硫酸亚铁与硫氰酸钾溶液的滤纸变红。 (4)用注射器将3mL浓氢氧化钠溶液注入到大试管中,集气瓶内黄绿色气体消失。 4.实验注意事项 (1)装置气密性检查是实验成功的基础,可用绳子绑紧气球口,观察注射器中浓盐酸是否能在不用外力情况下往下流动。 (2)为了防止在换用注射器时有少量氯气会逸出,可设计带有开关装置的注射器。如果用普通注射器,交换动作要迅速。 实验 步骤 及现象