塑料矿泉水瓶在中学化学实验中的妙用

    

    

    

    摘 要：以日常生活中常见的塑料矿泉水瓶为替代品，能够设计灭火器实验和H2与O2的制取及性质检验实验、爆炸实验、沼气的制取及性质实验、氨气喷泉实验和CO2性质实验，对于弥补一些偏远或实验条件落后的学校能够顺利开展中学化学实验大有裨益.

    关键词：中学化学;塑料矿泉水瓶;改进

    作者简介：祝瑞荣（1981-），男，江苏扬中人，本科，中学一级教师，研究方向：中学化学教学.

    在中学化学实验教学过程中，很多偏远地区由于教学条件比较落后，很多实验无法正常进行.如果利用日常生活中的常见品进行实验，就能很好地满足师生共同探究实验的愿望[1].笔者现根据中学化学教学的实际，列举了塑料矿泉水瓶在中学化学实验创新的几个案例，以供同行参考.

    1 灭火器实验装置

    1.1 实验用品

    注射器、矿泉水瓶、玻璃棒、酒精灯、NaHCO3溶液、浓HCl、圆珠笔芯、乳胶管、工具刀、502胶水和胶布等.

    1.2 实验装置

    新设计的实验装置如图1所示.

    1.3 实验步骤

    （1）取一矿泉水瓶，用烧红的玻璃棒在离瓶底约两厘米处烫一个小孔.

    （2）取一废弃的圆珠笔芯绕成“之”字形，并将其从矿泉水瓶的小洞中穿入，再用胶布带将空隙处密封好，把它固定在矿泉水瓶的外壁上.

    （3）用一根长短合适的乳胶管串联在废弃圆珠笔芯上.

    （4）拧下瓶盖，用工具刀截取大小合适的橡皮塞的上半部，把下半部用502胶水粘在瓶盖内部中心位置，用注射器的针尖从瓶盖外侧穿入并经过橡皮塞.

    （5）取一废弃的笔杆，截取长短合适的一端，并套在针头上，用胶水把它固定住，再用乳胶管将笔杆和长短合适的直玻璃管连接.

    （6）向矿泉水瓶加入适量的NaHCO3溶液，拧开瓶盖，用注射器抽取适量的浓HCl，并套在针尖上.

    （7）用左手拿好乳胶管，右手推注射器活塞，反应发生，产生大量气泡，并向外喷出.

    1.4 几点说明

    （1）本实验喷射时间长、效果好，如果实验过程中上下振荡矿泉水瓶，效果更好.

    （2）实验成本低，操作简便，适合学生家庭小实验.

    2 H2与O2的制取及性质检验实验装置

    2.1 实验用品

    一只塑料瓶（500mL）、一根细线、一个橡皮塞、一个棉纱小布包、一根乳胶管、两支注射器（20mL）、二氧化锰或锌粒和稀盐酸或过氧化氢溶液等.

    2.2 实验装置

    新设计的实验装置如图2所示.

    2.3 实验步骤

    （1）用橡皮塞代替塑料瓶盖，将MnO2或锌粒放入小布包中，并用线将小布包系住，再将装有MnO2或锌粒的小布包放入瓶中，用橡皮塞将塑料瓶口塞紧.

    （2）用注射器抽取过氧化氢溶液或稀盐酸，并用另一注射器吸取适量用于除去尾气所用的液体.

    （3）用热玻璃棒在塑料瓶中上部烫一小孔，并将一根乳胶管伸入小孔中，并用透明胶把小孔封住.

    （4）当未将注射器插入橡皮塞时，把乳胶管的一端浸入水中，轻轻挤压瓶身，乳胶管一端有气泡冒出，则说明装置不漏气.

    （5）缓缓拉动细线，使小布包靠近瓶底，将注射器针尖插入橡皮塞，并将液体注入瓶中，固体和液体接触，反应就发生了.

    （6）乳胶管用来收集制得的气体，以便于做气体性质实验.

    （7）实验结束，将细线往上拉，固体和液体分离，反应便结束.

    （8）若反应生成气体对环境有污染，可将另一注射器液体注入瓶中与多余尾气反应，用来消除污染.

    2.4 几点说明

    （1）该实验所选塑料瓶取材简便、耐腐蚀、可塑性强，不易碎.

    （2）所选塑料瓶容量大，可以一次性制取大量气体[2]，学生在家也可独立完成.

    3 爆炸实验装置

    3.1 实验用品

    塑料瓶、自制点火器、蜡烛、火柴、干燥面粉等.

    3.2 实验装置

    新设计的实验装置如图3和图4所示.

    3.3 实验步骤

    （1）取一打火机上的高压发火零件，再取一双股导线，其中一股与发火花的导线连接，另一股与发火花零件下端的金属圆柱体连接，再将该部件重新装入打火花外壳，并安装好.放电的尖端要近一点.

    （2）取一500mL的塑料瓶，剪去底部，再将其分成十等份，在塑料瓶外壳上做好记号.

    （3）把一大号塑料瓶的上部剪去，留下瓶底，即为自制水槽.

    （4）将爆炸气筒盖拧开，将其放入自制水槽中，向水槽中注水至爆炸气筒内的液面上升到所需体积的刻度，立即旋紧瓶盖，收集气体，如图3所示.

    （5）取出收集了一定体积气体的爆炸气筒，放在水平桌面上，将点火器的放电端从底部伸入（如图4所示），并将点火器按下，塑料瓶犹如火箭升空一般的发生了爆炸.

    （6）空气和氢气体积比为5∶2，即为爆炸气筒体积30%，在爆炸气筒从下往上第三個标记处.

    （7）做面粉爆炸实验时，将干燥的面粉小瓶和燃着的蜡烛以及鼓气装置放在桌上，一盖上塑料瓶就立即鼓气，防止蜡烛燃烧时间过长引起里面氧气浓度降低，从而影响实验效果.

    3.4 几点说明

    （1）塑料瓶、自制点火器、蜡烛、火柴、干燥面粉来源于生活，给学生带来亲切感.

    （2）塑料瓶无色透明，实验现象清晰可见.

    4 沼气的制取及性质实验装置

    4.1 实验用品

    塑料瓶、玻璃棒、酒精灯、带有尖嘴导管的橡皮塞、乳胶管、铁圈、火柴、吃剩的面条、米饭等.

    4.2 实验装置

    新设计的实验装置如图5和图6所示.

    4.3 实验步骤

    （1）如图5所示，用烧红的玻璃棒分别在a、b两个塑料瓶的下端烫两个小孔（大小以乳胶管刚好能够插入为宜）.

    （2）用面条、汤水和米饭装满整个a瓶（a瓶下端小孔处放一块铁制的纱网，防止乳胶管被面条和米饭堵住）.

    （3）将一带有尖嘴导管的橡皮塞塞住a瓶口部，再用弹簧夹夹住尖嘴导管上的乳胶管，另取一根较长的乳胶管，连接a、b两瓶.

    （4）向b瓶中注水至液封乳胶管，并敞口放置，两天后发现有液体从a瓶进入b瓶，将a瓶振荡，发现有气体产生，当a瓶中产生三分之二体积气体时，将弹簧夹打开，并向b瓶中注水，气体便会从a瓶的尖嘴导管处排出，可用来做燃烧实验.

    （5）如图6所示，取一500mL的塑料瓶，剪去底部，并将带有尖嘴导管（连接乳胶管上，并用弹簧夹夹住乳胶管）的橡皮塞塞住瓶口，即为图6所示装置中的1.

    （6）另取1.5L的塑料瓶，剪去上部，下部放些水，以备用，即为如图6所示装置中的2.

    （7）把装置1置于有较多植物废弃物的池塘中以收集沼气.集满后将装置1迅速放入装置2，并在装置1 上套一铁圈，防止装置1上浮.

    （8）将弹簧夹打开，并向装置2缓慢注水，在导管尖嘴处即点燃产生的沼气.

    4.4 几点说明

    （1）塑料瓶密封性好，能防止气体逸出.

    （2）材料易得，所选塑料瓶来源于生活，使化学和生活更加紧密的联系在一起.

    5 氨气喷泉实验装置

    5.1 实验用品

    塑料瓶、铁架台、圆底烧瓶、单孔橡皮塞、废旧试管、玻璃管、酒精喷灯等.

    5.2 实验装置

    新设计的实验装置如图7和图8所示.

    5.3 实验步骤

    （1）用酒精喷灯对一玻璃管加热，将其拉制成尖嘴玻璃管.

    （2）取两个分别与圆底烧瓶和塑料瓶配套的橡皮塞，用打孔器分别在这两个橡皮塞上各打一个小孔，将尖嘴玻璃管小心的插入橡皮塞的小孔中.

    （3）取一大小合适的废旧试管，将其加工成长约5cm的双通管，将其小心的塞进橡皮塞中，如图7所示.

    （4）在塑料瓶中上部打一小孔.

    （5）向双通管中加2gNaOH固体，向塑料瓶中加适量的酚酞溶液，再向双通管中的NaOH固体滴2mL浓NH3·H2O，将双通管迅速伸入圆底烧瓶中，产生的NH3充满了整个圆底烧瓶.

    （6）待圆底烧瓶内充满整瓶的NH3时，迅速塞紧橡皮塞，按如图8所示连接仪器.

    （7）用拇指堵住塑料瓶中的小孔，挤压塑料瓶，塑料瓶中的酚酞溶液被压入圆底烧瓶，NH3被水吸收，圆底烧瓶内的压强减小，松开拇指，立即出现美丽的喷泉.

    （8）将圆底烧瓶中的液体倒出，并清洗尖嘴玻璃管、双通管和圆底烧瓶，再向塑料瓶中加适量的酚酞溶液，重复（5）～（7）的实验步骤，圆底烧瓶内再次出现红色喷泉.

    5.4 几点说明

    （1）该装置把NH3的收集和喷泉实验连为一体，可在5min内完成.

    （2）本实验对仪器干燥程度要求不是很高，无需每做一次实验就要更换一次盛满NH3的圆底烧瓶.

    （3）所需药品的多少可以依据烧瓶大小进行调整.

    （4）加入浓NH3·H2O时一定要迅速，防止产生的NH3泄露而污染环境.

    6 CO2性质实验装置

    6.1 实验用品

    两只塑料瓶、玻璃管、酒精灯、乳胶管、蜡烛、棒棒冰塑料袋、大试管、紫色石蕊试纸、稀醋酸、橡皮筋、铁丝夹等.

    6.2 实验装置

    新设计的实验装置如图9所示.

    6.3 实验步骤

    （1）如图9所示，用双面胶将两只塑料瓶固定在水平桌面上，用烧红的玻璃管在其中一只塑料瓶中部烫一小孔，再在该小孔的正下方和侧上方等距离处各烫一小孔，用套有乳胶管的玻璃管分别插入这三个小孔.

    （2）将两支高低不同的蜡烛分别置于其中两个小孔处.

    （3）中间的导管通过一根长的乳胶管连接到另一塑料瓶（瓶中有适量的稀盐酸）中的棒棒冰塑料袋（底部有若干被烧红的铁丝烫成的小孔，并装有石灰石）.

    （4）用三条干燥的紫色石蕊试纸分别绕在大试管的上、中、下部，向上部试纸喷稀盐酸，上部试纸变红，下部喷水，下部试纸不变色，中间的试纸始终不变色，用橡皮筋将上、中、下部的试纸固定住，铁丝夹用来控制棒棒冰塑料袋的升降，从而控制制取CO2的发生和停止.

    （5）点燃高低不同的两支蜡烛，将铁丝夹移开，把棒棒冰塑料袋放入塑料瓶中的稀HCl，立刻产生大量气体，气体进入左边塑料瓶中，待低处蜡烛先熄灭后，立即用夹子夹住低处套在玻璃管上的乳胶管，发现低处的试纸也变色，而中部的试纸不变色，则证明CO2的确与水发生反应，其生成物的性质与稀醋酸相似，高处的蜡烛后熄灭则说明CO2密度比空气大.

    6.4 几点说明

    （1）将教材中的蜡烛在烧杯内熄灭变为在外面熄灭，更能让学生体会到CO2像水一样具有流动性，培养了学生的创新精神.

    （2）用一套实验装置验证了CO2的多个性质，实验连续性更强，更具说服力.

    （3）材料易得，所选塑料瓶、棒棒冰塑料袋都是生活常见品，且这些又是塑料品，具有很好的热塑性，便于加工.

    （4）操作十分简便，现象也十分明显，实验成功率很高[3].

    7 结语

    实验是吸引学生学习化学的催化剂.以塑料矿泉水瓶为替代品来进行对中学化学实验改进与创新，材料易得，操作也十分简便，且装置经过清洗以后可以多次重复使用，使很多化学实验变得更加形象直观，更利于学生理解和掌握.将塑料矿泉水瓶广泛应用于中学化学实验，还可以大大降低實验的成本，节约资源，拉近学生与化学之间的关系，体现变废为宝理念.

    参考文献：

    [1]王荣桥.气球在初中化学实验中的应用案例[J].化学教学，2013（07）：39-40.

    [2]王锦涛，洪印彬.饮料瓶在化学实验中的利用[J].化学教学，2013（12）：46-47.

    [3]陆春华.用生活用品改进初中化学实验[J].教育与装备研究，2019，35（01）：46-49.

    （收稿日期：2020-03-05）