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摘要：基于对实验原理的深度理解，利用生活和实验室中的常见物品，创新设计了一种液体与金属反应生成气体的简易实验装置。在教学活动中应用该装置，可对教材中多个化学实验进行改进和革新，启发学生创新设计多种实验方案，形成系列金属与溶液反应的案例，并可进行铁的吸氧腐蚀、氢氧化亚铁制备的创新实验，极大地激发了学生的创造性和深度学习的热情。
关键词：实验探究;实验创新;钠与水反应;吸氧腐蚀;氢氧化亚铁
文章编号：1008-0546（2021）09-0090-02
中图分类号：G632.41
文献标识码：B
doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.023
《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出重视开展“素养为本”的教学，倡导开展以化学实验为主的多种探究活动，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力[1]。
基于在课堂教学中发现的问题，充分利用生活中的常见物品，基于科学性、实用性、绿色化的原则，设计富有特色的实验和实践活动，清晰呈现实验现象，可引导学生深度理解实验原理，激发学生的创造性。
笔者在多年教学实践中，应用图1所示的简易实验装置，进行多项实验创新取得成功，既简化了操作过程，也增强了实验现象，同时利于在课堂中开展探究性教学活动。
一、利用简易实验装置进行钠与水反应的创新实验
1.教材中钠与水反应的实验
人教版教材中关于钠与水反应[2]的实验装置如图2（a）、图2（b）。其缺点是（1）钠与水反应与收集气体的实验需要分两次实验进行，（2）用镊子夹包有钠块的铝箔进行实验时，钠容易脱落入水中，且铝箔在碱性条件下也会与水反应生成氢气。
2.钠与水反应的创新实验
将该实验利用图1装置进行创新改进，如图3所示。
钠与水反应创新实验的操作：在橡皮塞上插一根大头针（针头朝下），用大头针插取一小块吸干煤油的金属钠，在塑料瓶中装大半瓶水，实验时，先打开止水夹，手指压紧小孔并挤压塑料瓶，使水沿玻管上升至全充满，排尽导管中空气，立即夹上止水夹（确保安全性）。此时钠块掉入管内的水中，可看到钠熔化成小球并在水面上游动，产生的氢气迅速充满玻璃管的中上部。手指堵住塑料瓶小孔，打开止水夹，并点燃氢气（挤压力度的大小可控制火焰的大小）。玻璃管事先标有刻度，点燃前可直接读取生成的气体体积。
3.钠与水反应的创新实验优点
将两次实验集成为一次实验，使操作更简便，更易控制，同时节约了实验时间。反应体系密闭且用排水法排尽管内空气，使实验更安全，同时可定量测定生成气体的体积，方便直观。
二、利用简易实验装置进行铝条与NaOH溶液或稀H2SO4反应实验、铜丝与稀HNO3反应实验
1.铝条与NaOH溶液或稀H2SO4反应
装置如图4，在塑料瓶中加人大半瓶NaOH溶液或稀H2SO4，在玻璃管中放一卷铝条，实验时，先打开止水夹，手指压紧小孔并挤压塑料瓶，使溶液沿玻管上升至全充满，排尽管中空气，立即夹上止水夹。此时铝条与溶液接触发生反应，可看到产生的氢气迅速充满玻璃管的中上部。手指堵住塑料瓶小孔，打开止水夹，并点燃氢气。
2.铜丝与稀HNO3反应
装置如图5，在塑料瓶中加入稀HNO3，在玻璃管中放一卷铜丝，实验时，先打开止水夹，手指压紧小孔并挤压塑料瓶，使溶液沿玻管上升至全充满，排尽管中空气，立即夹上止水夹。此时铜丝与溶液接触发生反应，可看到生成无色气体，再打开止水夹，并轻轻松开小孔片刻，使适量空气进入，管内气体变为红棕色。 上述实验可观察到无色NO气体被氧化成红棕色NO2气体的过程，操作简便，实验效果好，现象明显。
三、利用简易实验装置进行铁丝的吸氧腐蚀实验
铁丝的吸氧腐蚀实验装置如图6所示，将铁丝卷成螺旋状放入玻璃管，检查气密性后，打开止水夹，挤压塑料瓶，使铁丝浸在食盐水中一会儿，再吸入空气，关闭止水夹，用红线标记玻璃管中液面位置，放置一段時间后，观察固体表面和液面读数的变化，液面上升，说明发生了吸氧腐蚀。
四、利用简易实验装置进行制备Fe（OH）2的实验
将上端活塞处的尖嘴管换成废旧酸式滴定管的一部分，制备Fe（OH）2实验的创新装置如图7所示。
塑料瓶内的液体为稀硫酸，向玻璃管中压人稀硫酸，使铁丝与稀硫酸反应，制得FeSO4溶液和H2（作保护气），再慢慢旋转活塞，滴人NaOH溶液，可清楚地看到玻管中产生大量的白色沉淀且较长时间不变色。
五、结语
本研究性实验利用生活和实验室中常见的物品，从改进钠与水反应的实验到一系列金属与溶液的反应，引导学生利用启普发生器原理创新设计得到此简易的实验装置，从定性和定量的角度优化实验装置，体验了科学创新的乐趣。在教学中，可针对教材实验设计的不足，启发学生利用此装置进行创新设计，使学生进一步熟悉气体制备、检验、定量测定等基本操作，培养学生的团队合作意识、绿色化的实验理念和科学研究能力。极大地激发了学生的好奇心和想象力，激发学生深度学习的热情，提高化学实验创新设计能力、实验操作能力，提升化学学科核心素养。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：2
[2]化学课程教材研究发展中心.普通高中教科书（化学必修第一册）[M].北京：人民教育出版社，2019：34
*本文系南京市教育科学“十三五”规划重点课题“基于新课标的高中化学‘群师课堂’建设的研究”（U2018/373）阶段性研究成果。
关键词：实验探究;实验创新;钠与水反应;吸氧腐蚀;氢氧化亚铁
文章编号：1008-0546（2021）09-0090-02
中图分类号：G632.41
文献标识码：B
doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.023
《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出重视开展“素养为本”的教学，倡导开展以化学实验为主的多种探究活动，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力[1]。
基于在课堂教学中发现的问题，充分利用生活中的常见物品，基于科学性、实用性、绿色化的原则，设计富有特色的实验和实践活动，清晰呈现实验现象，可引导学生深度理解实验原理，激发学生的创造性。
笔者在多年教学实践中，应用图1所示的简易实验装置，进行多项实验创新取得成功，既简化了操作过程，也增强了实验现象，同时利于在课堂中开展探究性教学活动。
一、利用简易实验装置进行钠与水反应的创新实验
1.教材中钠与水反应的实验
人教版教材中关于钠与水反应[2]的实验装置如图2（a）、图2（b）。其缺点是（1）钠与水反应与收集气体的实验需要分两次实验进行，（2）用镊子夹包有钠块的铝箔进行实验时，钠容易脱落入水中，且铝箔在碱性条件下也会与水反应生成氢气。
2.钠与水反应的创新实验
将该实验利用图1装置进行创新改进，如图3所示。
钠与水反应创新实验的操作：在橡皮塞上插一根大头针（针头朝下），用大头针插取一小块吸干煤油的金属钠，在塑料瓶中装大半瓶水，实验时，先打开止水夹，手指压紧小孔并挤压塑料瓶，使水沿玻管上升至全充满，排尽导管中空气，立即夹上止水夹（确保安全性）。此时钠块掉入管内的水中，可看到钠熔化成小球并在水面上游动，产生的氢气迅速充满玻璃管的中上部。手指堵住塑料瓶小孔，打开止水夹，并点燃氢气（挤压力度的大小可控制火焰的大小）。玻璃管事先标有刻度，点燃前可直接读取生成的气体体积。
3.钠与水反应的创新实验优点
将两次实验集成为一次实验，使操作更简便，更易控制，同时节约了实验时间。反应体系密闭且用排水法排尽管内空气，使实验更安全，同时可定量测定生成气体的体积，方便直观。
二、利用简易实验装置进行铝条与NaOH溶液或稀H2SO4反应实验、铜丝与稀HNO3反应实验
1.铝条与NaOH溶液或稀H2SO4反应
装置如图4，在塑料瓶中加人大半瓶NaOH溶液或稀H2SO4，在玻璃管中放一卷铝条，实验时，先打开止水夹，手指压紧小孔并挤压塑料瓶，使溶液沿玻管上升至全充满，排尽管中空气，立即夹上止水夹。此时铝条与溶液接触发生反应，可看到产生的氢气迅速充满玻璃管的中上部。手指堵住塑料瓶小孔，打开止水夹，并点燃氢气。
2.铜丝与稀HNO3反应
装置如图5，在塑料瓶中加入稀HNO3，在玻璃管中放一卷铜丝，实验时，先打开止水夹，手指压紧小孔并挤压塑料瓶，使溶液沿玻管上升至全充满，排尽管中空气，立即夹上止水夹。此时铜丝与溶液接触发生反应，可看到生成无色气体，再打开止水夹，并轻轻松开小孔片刻，使适量空气进入，管内气体变为红棕色。 上述实验可观察到无色NO气体被氧化成红棕色NO2气体的过程，操作简便，实验效果好，现象明显。
三、利用简易实验装置进行铁丝的吸氧腐蚀实验
铁丝的吸氧腐蚀实验装置如图6所示，将铁丝卷成螺旋状放入玻璃管，检查气密性后，打开止水夹，挤压塑料瓶，使铁丝浸在食盐水中一会儿，再吸入空气，关闭止水夹，用红线标记玻璃管中液面位置，放置一段時间后，观察固体表面和液面读数的变化，液面上升，说明发生了吸氧腐蚀。
四、利用简易实验装置进行制备Fe（OH）2的实验
将上端活塞处的尖嘴管换成废旧酸式滴定管的一部分，制备Fe（OH）2实验的创新装置如图7所示。
塑料瓶内的液体为稀硫酸，向玻璃管中压人稀硫酸，使铁丝与稀硫酸反应，制得FeSO4溶液和H2（作保护气），再慢慢旋转活塞，滴人NaOH溶液，可清楚地看到玻管中产生大量的白色沉淀且较长时间不变色。
五、结语
本研究性实验利用生活和实验室中常见的物品，从改进钠与水反应的实验到一系列金属与溶液的反应，引导学生利用启普发生器原理创新设计得到此简易的实验装置，从定性和定量的角度优化实验装置，体验了科学创新的乐趣。在教学中，可针对教材实验设计的不足，启发学生利用此装置进行创新设计，使学生进一步熟悉气体制备、检验、定量测定等基本操作，培养学生的团队合作意识、绿色化的实验理念和科学研究能力。极大地激发了学生的好奇心和想象力，激发学生深度学习的热情，提高化学实验创新设计能力、实验操作能力，提升化学学科核心素养。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：2
[2]化学课程教材研究发展中心.普通高中教科书（化学必修第一册）[M].北京：人民教育出版社，2019：34
*本文系南京市教育科学“十三五”规划重点课题“基于新课标的高中化学‘群师课堂’建设的研究”（U2018/373）阶段性研究成果。