初中化学对比实验演示仪的设计与应用

王义堂 张会彬

一、创新实验仪器目的

化学是一门以实验为基础的科学，许多化学基本概念和化学原理都是通过化学实验得来的。“有比较才有鉴别”，在众多的实验方法中，对比实验可将形象、对比融为一体，不仅能使学生有效地获取知识，还有助于培养他们的多种能力，所以在教学中应尽量采用这种方法，并且从实验装置、操作过程、优化认知过程等方面发挥对比实验的功能，从而收到良好的教学效果。

为了更好地进行对比实验，我们设计了“化学对比实验演示仪”，它既可帮助学生深刻理解和掌握教学内容，又能激发学生学习化学的好奇心和积极性，培养他们的化学思维能力。

“化学对比实验演示仪”的特点主要有：首先，可在不同条件下同时做多个实验，适合比较化学反应的快慢或生成物的多少以及颜色的变化等问题；其次，实验设计简单，趣味性强，直观性好；再次，做到了科学性、新颖性、简捷性、直观性有机统一，不仅可以帮助学生学好化学知识，培养学生的探究能力，还有助于训练他们思维的灵活性、发散性和创造性。

二、实验仪器及药品

小试管、具支U形管、胶头滴管、胶皮管、橡皮塞、常见酸碱盐及溶液、过氧化氢、二氧化锰、固体胶棒、注射器等。

三、实验装置图及说明

(1)取一块25 cm×50 cm的矩形木板作为底座，上部安装40 cm×50 cm的木板作为演示板(如图1所示)。

图1 底座及演示版

(2)取三片6cm×46cm的白铁皮，折成1cm×5cm×46cm的L形铁片，阴影为L形向下折的部分(如图2所示)。

图2 L形铁片

在L形铁片上部，距离左侧边缘3 cm 的中心部位点一圆点，作为圆心。每隔10 cm点一圆心，共计5个。根据胶头滴管、试管的大小，依次打孔，作为胶头滴管支架和试管架。

(3)在演示板上按照距上边3 cm、20 cm、39 cm的地方画出3根平行的安装线，将支架安装在演示仪正面，圆心务必对齐(如图3所示)。

图3 正面安装图

(4)翻板制作：取7.5 cm×10 cm的木板10块，2个一组，钉成直角翻板(如图4所示)，共制作5组。

图4 翻板制作

图5 具支U行管固定装置

(5)用宽度为1.5 cm的薄钢片弯成图5的形状，作为具支U形管固定装置。

(6)将具支U形管固定装置固定在直角翻板背面上(如图6所示)。

图6 U形管固定装置安装

(7)将5组直角翻板用活页固定在演示板上，制成活动翻板(如图7所示)。各个翻板之间用插销连接，可以根据对比实验的多少进行组装连接。图8为装置的侧视图。

图7 对比演示仪背面图

图8 装置侧视图

(8)将试管放入试管架，将胶头滴管和具支U形管用胶皮管连接，放入规定位置(如图9所示)。图10为侧面组装示意图。

图9 正面组装示意图

图10 侧面组装示意图

实验操作原理：用注射器抽取等量液体试剂，注入具支U形管；试管内放入不同的药品。实验时翻动背后的翻板(背后有一活动支撑杆)，不同的液体试剂经胶头滴管同时注入试管(如图11所示)，多种对比实验同时开始。

图11 实验演示图

四、实验操作

1.验证过氧化氢制取氧气实验中二氧化锰的催化作用

(1)用固体胶棒黏合二氧化锰成二氧化锰催化球，称重并记录。自左向右的5支试管依次编号为1，2，3，4，5。前4支试管分别装入固体胶棒、二氧化锰、二氧化锰催化球、二氧化锰。

(2)背后的具支U形管自左向右分别装入过氧化氢溶液、过氧化氢溶液、过氧化氢溶液、浓盐酸(少量)。

(3)翻动翻板，不同的液体试剂经胶头滴管同时注入试管，多种对比实验同时开始。反应情况见表1。

表1 试管1～4的反应现象

(4)反应完毕后，将试管3中的二氧化锰催化球取出，洗净干燥后称重，发现质量没有减少；再将其放入试管5内，加入少量浓盐酸，有少量黄绿色气体生成，证明是氯气。

结论：二氧化锰在过氧化氢制取氧气的化学反应里改变了过氧化氢的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变，所以二氧化锰是过氧化氢制取氧气的催化剂。

2.验证酸的化学性质

(1)背后的具支U形管内分别装入相同质量、相同质量分数的稀硫酸。

(2)自左向右的5支试管依序编号为1，2，3，4，5，分别装入紫色石蕊试液、锌粒、黑色氧化铜固体、氢氧化钡溶液、氯化钡溶液。

(3)翻动翻板，液体试剂经胶头滴管同时注入试管，多种实验同时开始。反应情况见表2。

表2 试管1～5的反应现象及结论

3.验证金属的活动性顺序

(1)背后的具支U形管内分别装入相同质量、相同质量分数的稀盐酸。

(2)自左向右的5支试管依次编号为1，2，3，4，5，分别装入镁、铝、锌、铁、铜5种金属。

(3)翻动背后的翻板，液体试剂经胶头滴管同时注入试管，多种对比实验同时开始。反应情况见表3。

表3 试管1～5的反应现象

结论：5种金属的活动性顺序由强到弱依次为：镁、铝、锌、铁、铜。

总之，凡是液体与固体、液体与液体之间进行的对比实验，本仪器都可以进行。由于涉及的对比实验太多，在此不再赘述。

五、创新点及意义

(1)优化了对比实验的操作过程，多种对比实验可以同步进行。(2)由于多种对比实验可以定量、同步进行，有利于学生在定性观察的基础上，进一步依据数据对反应进行深入思考和研究，培养学生思维的深刻性和敏捷性。(3)仪器制作简单，操作方便，实验效果明显，易于学生观察。(4)通过设计对比实验方案和进行实验探究，培养学生的探究能力。(5)利用对比实验，对影响物理事物的内外因素一一进行探究，比较并加以确定，培养学生总结规律的能力。