实 验 装 置 图 教科书实验 绿色微型实验 原 理 MnO2 +4HCl(浓) === MnCl2 +2H2O +Cl2↑ 2KMnO4 +16HCl = 2KCl +2MnCl2+8H2O +5Cl2↑ 2.3.2仪器、药品用量等方面的若干比较 仪器与装置 药品及用量 教科书实验 圆底烧瓶 分液漏斗 集气瓶 MnO2与浓盐酸的用量没有明确规定 绿色微型实验 微型具支试管 注射器 青霉素瓶 KMnO4 0.2g,浓盐酸1~2 mL 教科书实验存在的主要问题 1.浓盐酸与二氧化锰反应制氯气需用浓度较高的盐酸,且须加热。 2.药品及用量没有明确规定,MnO2与浓盐酸的用量及反应进程难以控制。 绿色微型实验 1.实验仪器与药品 固体KMnO4、浓HCl(1.18g/mL)、NaOH溶液、KI-淀粉试纸、医用塑料注射器(5mL,2支)、微型具支试管(21×80mm,1支)、青霉素瓶(10mL,4只)、药匙、小烧杯、T型管、止水夹2个、细铜丝、细铁丝、坩埚钳、托盘天平、滤纸、玻璃管。 2.实验步骤 (1)检查装置的气密性。 (2)添加药品 称取0.2gKMnO4放入干燥的具支试管中,用注射器吸取1~2mL浓盐酸。 (3)制备 先关闭B处止水夹,打开A处止水夹,用注射器向具支试管内逐滴滴入浓盐酸,立即产生Cl2。控制浓盐酸逐滴滴入的速度,使得Cl2均匀产生。 (4)验满 用湿润的碘化钾试纸放在青霉素瓶口检验氯气是否收满。若变蓝色,则证明Cl2已满。此时关闭A止水夹,打开B止水夹。用同样方法,收集4瓶Cl2备用。 3.性质实验 (1)氯气的褪色实验 将干燥的有色布条和湿润的有色布条分别放入两瓶已盛满Cl2的青霉素瓶中。片刻后,湿润的有色布条逐渐褪色,而干燥的有色布条不褪色。 (2)铁在氯气中燃烧 从石棉网上取下一束细铁丝,用砂纸除去其氧化膜,缠绕在火柴梗上,烧红后伸入盛满Cl2的青霉素瓶中,瓶内即刻充满棕色的烟。用注射器向瓶内注入少量蒸馏水,振荡,静止片刻,溶液呈黄绿色。(为方便观察,可将青霉素瓶放在白纸上)。 (3)铜在氯气中燃烧 将铜丝缠绕在火柴梗上,加热到红热时,立即伸入充满氯气的青霉素瓶中,瓶内迅即充满棕色的烟。用注射器向瓶内注入少量蒸馏水,振荡,静止片刻,溶液呈蓝绿色。 4.本实验优点 (1)反应快,无须加热,节约了能源。 (2)KMnO4 0.2g,浓盐酸1~2 mL,大大减少了药品用量。 (3)用注射器代替分液漏斗,用具支试管代替烧瓶,添加T型管、止水夹,装置的气密性更好,浓盐酸的用量及反应进程均实现可控。 (4)用青霉素瓶代替集气瓶,做铁、铜在氯气中燃烧实验。由于Cl2的量比较少,与铁、铜反应后,已基本上无剩余。因此,很少会发生右图所示的“棕黄色的烟与Cl2很容易从瓶口散逸出来,影响师生健康”的现象。另外,青霉素瓶体积小、耐压、耐高温,废弃的青霉素瓶容易获得,去污、清洗等处理也非常方便。 (5)实验安全、操作简便、现象明显、基本无污染,适合于学生人人动手实验,并在实验中了解、学习、掌握Cl2及其相关知识,提高动手操作能力。 (6)实验成本低。根据浙江省教育厅生产设备处、浙江省教育装备和勤工俭学管理中心2007年3月编印的《浙江省中学各学科教学仪器设备配备目录》,圆底烧瓶(250mL):3.50元/个,分液漏斗(球形,125mL):13.80元/个,集气瓶(125mL):1.60元/个,而本实验中,每支注射器的售价不到0.5元,青霉素瓶等二次利用,仅此主要装备一项,每组实验的费用即可节约23元。一个班(28组)可节约644元。采用本方案,浙江省(以2008年高考报名人数40万为计,将这40万人分在每年级1000名学生规模的学校里)一次实验(2人一组),全省一次实验的装备至少能节约25.76万元。若全国中学生(2008年高考报名人数1050万)采用本方案,一次实验能节约数百万元。 3小结 3.1以上的探索与实践易于开展、现象明显、节约时间、反应过程可控、操作安全、效果良好,大大减少了药品用量,减少了浪费,提高了药品使用效率,降低了实验成本,还预防了环境污染。 3.2有利于帮助教师端正对实验教学的认识,转变教学观念,切实改变“讲实验”、“背实验”、以多媒体播放课件替代亲身实验等方面的不良倾向,提高自身实验能力,促进教师的专业发展,促进实验教学改革,实现新课程的新要求。 3.3有利于学生把握药品的实际用量,有利于在有限的实验资源条件下实现学生人人操作,强化动手能力的训练,有利于学生“在实验中学习,在实验中理解”、“在实验中探究,在探究中学习”,激发学生学习兴趣,培养创新思维,提高学生科学素质。 总之,高中化学新课程“资源节约、环境友好”的探索与实践充分体现了可持续发展、循环经济的核心理念,大大减轻了学校的经济负担,拓展了学校实验资源建设,是全面贯彻科学发展观、对高中学生进行“节约资源和保护环境”基本国策教育的有效途径。 【主要参考文献】 [1] 中华人民共和国教育部.普通高级中学化学课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社.2003 [2] 浙江省普通高中新课程实验工作专业指导委员会.浙江省普通高中新课程实验化学学科教学指导意见[M].杭州:浙江教育出版社.2007 [3] 华东师范大学《化学教学》编辑部.化学活动课及微型化学实验设计与实践(中学微型化学实验分册).北京:民主建设出版社,1999 [4] 朱清时.绿色化学[J].北京:化学进展.2001(11) [5] 闵恩泽,傅军.绿色化学的进展[J].北京:化学通报.1999(1) [6] 朱文祥.绿色化学与绿色化学教育[J].北京:化学教育.2001(1) [7] Anastas,P.T.;Warner,J.C.Green Chemistry:Theory and Practice,Oxford University Press:New York,1998 [8] Singh,Mono M.;Szafran,Zvi;Pike,Ronald M.Microscale Chemistry and Green Chemistry:Complementary Pedagogies[J].J.Chem.Educ.1999,76(12):1684~1686
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