“套管试验”的创新设计和应用

李辉

【摘 要】化学是一门以实验为基础的自然科学，研究化学需要实验，学习化学也离不开实验。现行教材中的演示实验虽使用多年，但某些实验还是不够完善，缺乏创造性，并且存在污染和浪费等缺点。

【关键词】科学性原则;简约性原则;安全性原则;创新

笔者在实验教学中，利用现有的玻璃仪器，开发“套管实验”，对中学教材中的多个实验进行创新改进，取得了不错的教学效果。

一、“套管实验”的创新原则

“套管实验”是将一只较小的玻璃仪器装入另一玻璃仪器中，经组装来完成原来需要两套或多套普通玻璃仪器进行的实验。整个套管实验装置处于封闭状态，根据大小玻璃仪器是否连通可分为隔绝式和连通式（如图1所示）。“套管实验”的创新设计中要以科学性、简约性和安全性为原则。

1.科学性原则

科学性是指设计的实验原理、实验装置、实验操作等必须科学，必须与化学理论知识和化学实验方法一致。

2.简约性原则

简约性原则就是在保证安全的前提下，尽可能采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，在较短的时间内取得较明显的实验结果，以突出实验过程的重点，避免因装置和操作过于复杂或反应缓慢而分散学生的注意力。

3.安全性原则

安全性是指设计实验方案时必须考虑实验过程的安全，避免使用有毒物质和进行有危险性的实验操作，尽量设计成绿色化学实验，防止引起人身伤害和造成环境污染。

二、“套管实验”的创新实例

1.铜和浓硝酸的反应实验1：具支试管上套上一支气球，使体系处于封闭状态（如图2）。向具支试管中加入少量的NaOH溶液，向小试管（直径1.2cm）中加人1mL浓硝酸，塞上带有铜丝的橡皮塞。把铜丝插入到小试管中断硝酸中，铜与浓硝酸反应产生红棕色的气体，小试管中的溶液变蓝，抽拉铜丝可控制反应。实验中产生太多的N02可暂时贮存在气球中，一段时间后体系中的N02：被NaOH溶液吸收，有效地防止N02：向大气中排放。

实验2：在一小试管中放人铜片，置于盛氢氧化钠溶液的烧杯中（如图3），然后在小试管中滴人一滴管浓硝酸，迅即将大试管倒扣在小试管上。观察到小试管中溶液变蓝，大试管上部充满红棕色气体，随后发现大试管内液面上升，产生的N02被Na0H溶液吸收，大试管内的气体颜色变浅。

2.二氧化硫的性质实验3：具支试管上套上一支气球，使体系处于封闭状态（如图4）。向具支试管中加入少量的品红溶液，向小试管加少量亚硫酸钠粉末，塞上带有胶头滴管的橡皮塞。胶头滴管内吸存少量的浓硫酸，滴管口对准小试管。挤压胶头滴管，浓硫酸滴人亚硫酸钠中，产生二氧化硫，使具支试管中的品红溶液褪色。用酒精灯加热具支试管（注意晶红的液面不要过高），褪色后的昂红又变红，且气球鼓起。该实验装置还可以推广到二氧化硫的其他性质实验以及氯气的性质实验。

实验4：浓硫酸与亚硫酸钠反应可产生S02：，在课堂演示实验中，也可以采用燃烧火柴，产生S02，来进行性质实验。检验S02：是酸性气体，可采用如图5装置，小试管中加人少量的火柴头，大试管中加入含有酚酞的NaOH溶液，加热小试管，火柴燃烧，产生的S02与NaOH溶液反应，酚酞溶液褪色。实验装置中的NaOH溶液还可以换成溴水、有色鲜花等进行S02的其他性质实验。

3.制取和收集密度小的气体实验5：在氨气的喷泉实验中，圆底烧瓶集满氨气的操作很麻烦。为了简化实验步骤，提高实验效果，利用套管实验的原理将气体的制取和收集改进成如图6装置。向小试管中加入氧化钙（或氢氧化图6实验装置钠固体）和浓氨水，再向小试管上方倒扣一个圆底烧瓶，很快就可收集满氨气，这样的操作非常简捷。

实验6：利用套管实验演示钠与醇的反应，仅用一大一小两试管就可以完成，同时也可以进行爆鸣实验，如图7。

实验时，向小试管中加人乙醇和钠，再向小试管上方倒扣一支大试管，反应开始后，空气由两只试管间的空隙逸出，图7实验装置而氢气进入大试管。慢慢将大试管提起，即可获得一试管氢气。

4.隔绝式套管实验在上面的套管实验设计中，套管中的大小玻璃仪器都是相通的。如果将大小玻璃仪器各自封闭隔绝，也有着广泛的应用。

实验7：碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性比较实验，可采用如图8所示的隔绝式套管实验。

实验8：过氧化钠与水反应的实验，教材中做了两个实验，一个是把水滴人盛有过氧化钠固体的试管，立即用带火星的木条检验产生的气体;另一个是用脱脂棉包住约0.2g过氧化钠粉末，置于石棉网上，往脱脂棉上滴水，可观察到脱脂棉剧烈燃烧起来，说明反应放热。如果采用隔绝式套管实验（如图9），将两个实验合二为一，可以达到相同的实验效果，还可以节约药品。当向小试管中滴入水后，将带火星的木条靠近导管口A处，木条复燃，则说明有氧气生成;将导管B放入水中，有气泡产生则说明反应为放热反应。

三、评价与总结

套管实验具有操作简便、原料节约、现象连续、易  于对比产减少污染等优点，宜在中学化学实验中大力  推广。总之，实验教学的创新是化学教学改革中永恒的主题，教材中的部分传统演示实验，只要教师在教学实践中勤于实验，善于总结，敢于创新，一点点的改进都会带来许多意想不到的收获。

（作者单位：辽宁省本溪市第四高级中学）