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洗衣机清洁剂在高中化学实验中的应用

摘要:铝在氧气中燃烧和铝热反应是高中化学中两个关于铝的重要实验,为了将生活物品应用到课堂演示实验中,同时提高成功率和安全性,以粉笔为实验载体,用洗衣机槽清洁剂作为供氧剂,对以上两个实验进行改进,激发学生学习化学的兴趣,凸显化学学科与生活的紧密联系。

关键词:洗衣机槽清洁剂;演示实验;改进

一、问题的提出

高中化学演示实验中,两则有关铝的实验比较难操作:一是铝在氧气中的燃烧实验,查找相关研究发现,该实验由于铝箔不易被引燃,改进时通常是寻找合适的助燃物,如用铝条、铝粉来代替铝箔。但实际上,氧气量是否充足也是影响实验结果的因素之一。若采用助燃物(如火柴、棉花、纸条等),燃烧时必然会额外消耗氧气。若改变氧气的产生方式,使集气瓶中能维持一定的氧气量,则可大大提高实验的成功率。二是铝热反应实验,该实验由于反应剧烈,会产生大量的热,且生成的高温熔融物容易喷溅,引发安全事故,因此上课时不能在讲台上进行演示。此外,实验通常要点燃镁条,产生的强光容易灼伤眼睛,不利于现象的观察。该实验的改进通常是改变引燃方式(如用浓硫酸和甘油等),或者实验装置中不采用纸漏斗,以防引起燃烧等。若在改变引燃方式的基础上进行微型化处理,实验的安全性则会进一步提高。

二、实验原理

家用洗衣机槽清洁剂可用于洗衣机内桶夹层的清洁、去污、除菌,其主要成分为过碳酸钠、表面活性剂和螯合物等。过碳酸钠(2Na2CO3•3H2O2)俗称“固体双氧水”,白色固体,溶于水迅速分解成碳酸钠和过氧化氢,过氧化氢在碱性条件下进一步分解可释放出氧气。利用过碳酸钠的这一特性对实验进行改进:在设计铝在氧气中燃烧实验时,用洗衣机槽清洁剂作为供氧剂;在设计铝热反应实验时,则用洗衣机槽清洁剂代替氯酸钾。

三、实验改进

1.铝在氧气中燃烧实验的改进。(1)实验用品。洗衣机槽清洁剂、铝粉、无水乙醇、水、白粉笔、培养皿、坩埚钳、火柴、酒精灯。(2)步骤及现象。①在集气瓶中加入5药匙已经研细的洗衣机槽清洁剂,加50~60℃水至刚浸没固体粉末,会立即产生大量微小气泡,30秒左右氧气可以充满集气瓶。②取一支白粉笔,将其一端浸泡在盛有无水乙醇的培养皿中,用坩埚钳小心夹取粉笔,将粉笔的一端蘸上铝粉[1-2]。③用坩埚钳夹持该粉笔在空气中点燃,伸入充满氧气的集气瓶中,可立刻观察到铝粉剧烈燃烧,发出耀眼的白光[3-4],如图1所示。图1 铝在氧气中燃烧实验(3)实验改进后的优点。①氧气不需要提前制备,实验准备容易,原料消耗少。若需加快氧气生成速率,只要加入少许二氧化锰即可。②反应过程中,集气瓶中始终有氧气生成,可确保实验所需氧气充足,实验成功率高。③操作简单,现象明显,且洗衣机槽清洁剂和粉笔都是生活中的用品,有利于学生体会化学与生活的密切联系。④实验安全性较高,可用于学生分组实验。2.铝热反应实验的改进。(1)实验用品。洗衣机槽清洁剂、铝粉、氧化铁粉末、无水乙醇、白粉笔、培养皿、石棉网、药匙、研钵、坩埚钳。(2)步骤及现象。①取一段(或整支)白粉笔,用小刀将粉笔的一侧从上到下挖成一条宽约6mm、深约2mm的浅槽沟,再将浅槽沟的相对面磨平,得到的粉笔横截面如图2所示。将粉笔浸泡在盛有无水乙醇的培养皿中[5]。图2 粉笔横截面示意图②取出浸透乙醇的粉笔,第一步,在槽中放置一薄层事先研细的洗衣机槽清洁剂,压实;第二步,在上面铺一层铝热剂(铝粉和氧化铁按质量比约5:2混合);第三步,再铺一层洗衣机槽清洁剂;第四步,在所有药品上滴入一滴管乙醇。③用坩埚钳夹持装好药品的粉笔,点燃后置于石棉网上。约20秒后,反应剧烈,放出大量光和热,有黑色物质生成(如图3所示)。冷却后,黑色物质能被磁铁吸引。图3 以粉笔上为载体的铝热反应实验(3)实验改进后的优点。①以粉笔为承载物,装置简单。②不需点燃镁条,不会产生大量耀眼白光刺激眼睛;也无需使用滤纸折的漏斗,避免了滤纸燃烧产生黑色物质干扰实验结果。③药品用量少,实验较安全。④以过碳酸钠代替氯酸钾可在更低温度条件下分解产生氧气。

四、教学反思

1.对教材实验的改进和创新是课堂教学演示的需要。搜索知网可发现,关于铝在氧气中燃烧实验改进的文献约有17篇,关于铝热反应实验改进的文献约有40篇,而用粉笔做载体的实验改进文献能搜索到至少10篇。这说明一线教师都在积极改进课堂实验效果,可见化学演示实验的简易化、绿色化、安全化是课堂实验教学中关注的要点。化学是一门以实验为基础的学科,教师在课堂教学中应充分发挥实验的教学功能,实事求是,不断学习,突破教材局限,勇于对教材实验进行改革和创新,提高自身的专业水平。2.对教材实验的改进和创新是化学走向生活的需要。化学与生活紧密联系,生活中处处有化学,化学课堂也应该充满生活气息。粉笔是教室中最常见的物质之一,性质稳定,又具有良好的吸附性,价廉易得,适合做实验教具。洗衣机槽清洁剂则是家庭生活中常见的物质,利用其有效成分进行化学实验,可增加学生的好奇心,激发学生学习化学的兴趣。教材实验方案并不是唯一方案,通过对教材中实验药品的替换、装置的改进,可以发展教师的创新思维,提升化学课的魅力,凸显化学与生活的联系。

参考文献

[1]汪永彦.巧用生活用品对几则高中化学实验进行改进[J].实验教学与仪器,2016(6):22-23.

[2]李丽花.例谈粉笔在化学实验中的妙用[J].化学教与学,2013(1):97.

[3]王永臻,魏海,马逸群,等.“金属铝在氧气中燃烧”的几种成功做法[J].化学教与学,2018(7):93-94.

[4]张羽凡,薛桂凤.巧用粉笔改进两则化学演示实验[J].实验教学与仪器,2010(4):21.

[5]袁东霞,郭宝峰.以粉笔为载体的几则高中化学实验改进[J].化学教育,2010(9):72.

作者:方洪川 单位:浙江省嘉兴高级中学

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