利用气球设计多用途实验装置.pdf
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1、利用气球等生活中常见材料,设计具有“产气、储气、排气”用途的一体化实验装置,适合应用于制作简易供氧器、简易灭火器、空气质量检测站等初中化学实践活动。新设计的实验装置结构简洁但功能多样,与常规装置相比具有不易漏气、占用空间小、操作简便等优点。关键词:气球;一体化实验装置;实验探究文章编号:10 0 5-6 6 2 9(2 0 2 3)0 6-0 0 7 2-0 4中图分类号:G633.8文献标识码:B新版义务教育课程方案以立德树人、素养立意为指导,要求“在学科教学中设立跨学科主题学习活动,加强学科间相互关联,带动课程综合化实施,强化实践性”。义务教育化学课程标准(2 0 2 2 年版)明确提出了
2、实施跨学科实践活动的要求 ,并提供了“基于特定需求设计和制作简易供氧器”和“微型空气质量检测站 的组装与使用”等10 个推荐项目。在教学实践中发现,学生动手完成这些跨学科实践的实验存在一定困难。尤其是涉及气体的实验,有的学生照搬实验室装置的设计,不考虑是否适合家用,脱离了生活情境;有的设计理念尚可,但很难从生活中找到实现所需功能的材料;还有的虽然尝试采用生活中常见材料制作作品,但极容易出现漏气的情况,导致实验失败。本文利用气球等生活中常见材料,设计制作了一款能够实现“产气、储气、排气”的多功能装置。该装置可用于完成新课标中的“简易供氧器”和“空气质量检测站”跨学科实践活动,还可用于“简易灭火器
3、”等其他经典的化学基础实验。1装置的设计如图1所示,该装置的主体是一个橡胶材质的透明气球,利用扩口钳可以将气球口撑大,放入反应物。粉末、颗粒等固体反应物直接放入,液体反应物封在自封袋内后放入。然后撤去扩口钳,连接一个气球吹嘴(如有内置阀门可用剪刀去除),气球吹嘴中内置导管,气球吹嘴和导管之间用堵漏王密封,软质的导管上带有一个止水夹。堵漏王是一种类似水泥但可在3min内快速凝固的防水材料。扩口钳止水夹导管气球吹嘴气球自封袋粉末/颗粒图1利用气球制作的装置示意图2实验装置当装置处于未启用的状态时,气球是癌的,占用空间很小,而且可以长期存放。启用后,根据需要,可以用于“产气、储气或排气”2.1产气需
4、要生产气体时,只需要用手捏破自封袋,让袋内的液体流出,反应物混合后充分接触,就能生成所需气体。如表1所示,根据需要生产的气体不同,仅需在气球内放入不同的反应物。732023年第6 期实验研究创新设计表1更换反应物能产生不同的气体生成自封袋内的自封袋外的特点气体液体药品固体药品随时启用,一02H,02溶液MnO2粉末次性反应完负载MnO2、包随时启用,随02H,02溶液裹磁铁的堵漏时关停,可分王小球多次反应随时启用,一02MnO2悬浊液过碳酸钠粉末次性反应完CO2随时启用,速稀盐酸大理石率较慢CO220%30%浓白醋NaHCO,粉末随时启用,速率较快20%30%浓白醋、CO2NaHCO,溶液(分
5、装无随时启用,速率更快在2 个自封袋)挑选表面圆滑H2白醋的锌粒(避免扎随时启用,一次性反应完破气球)把锌粒和磁铁随时启用,随H2白醋一起装在滤网时关停,可分袋中多次反应2.2储气气球还可以充当储气装置,因为气球口部的导管装有止水夹,关闭时,生成的气体就无法排出。随着气体的生成,气球逐渐变大。反应结束后,只要不打开止水夹,气体就可以被长时间地储存在气球内。2.3排气气球自身具有收缩力,所以还有自动排气的功能。使用时,只要打开气球口部的止水夹,就能让气体排出,通过导管输送到指定部位。还可以把止水夹换成流速调节器,就能以需要的流速排气。在特殊情况下(如自制灭火器时)还可以刺破气球,瞬间排气。3装置
6、的应用案例该装置具有一体化、多功能的特点,将其应用于“制作简易供氧器”“制作简易灭火器”和“制作空气质量检测站”三个实践活动的案例如下。3.1制作简易供氧器3.1.1实验用品10%20%H,02溶液、Mn0,粉末;乳胶气球、扩口钳、自封袋、气球吹嘴、堵漏王、鼻氧管、流速调节器、磁铁3.1.2实验装置设计的实验装置如图2 所示。无需夹持装置,使用时手持即可。鼻氧管流速调节器堵漏王小球H,O2溶液图2“简易供氧器”装置示意图3.1.3制作方法(1)把3gMnO,粉末与10 g堵漏王混合均匀,加少量水搅拌成糊状,然后用其包裹一块磁铁,搓成小块。等待3min凝固后就形成了表面负载MnO2、内部包裹磁铁
7、的堵漏王小球。如果不需要随时关停,可以省略这一步。(2)在自封袋中装人30 mL10%20%H,0,溶液。用扩口钳将气球口撑开,向气球中放人自封袋和堵漏王小球或二氧化锰粉末。(3)在鼻氧管上套一个流速调节器。把鼻氧管的一端插人气球吹嘴中,用堵漏王把两者结合、密封。把气球吹嘴套在气球口,关闭流速调节器。(4)制氧气时,捏破自封袋,使H,0,溶液从自封袋口流出,与堵漏王小球表面的MnO,接触并产生氧气。待到制得足够氧气或气球涨大过快需要停止反应时,用另一块磁铁吸引堵漏王小球内的磁铁,使堵漏王小球脱离H,O,液面,反应停止。(5)需要吸氧时,打开流速调节器,调节排出氧气的流速到合适大小,通过鼻氧管吸
8、氧。(6)氧气不足时,重新用磁铁把堵漏王小球吸引到H,O液面下,又可以重新制取氧气,随时启用或停止。3.1.4装置优点(1)常规的供氧器一般用碳酸饮料瓶等硬壳容器来制作,但这样就需要产气(氧气发生装置)、储气(储存氧气装置)、排气(把氧气导人鼻腔的动力装置)三部分装置,至少需要2 3个硬壳容器,装置复杂,且占用很大空间。本装置在使用前只是一个癌的气球,占用空间极小,便于携带。使用时用气球实现产气、储气、74化学教学个自封袋中装人30 mL(1)如图3,在-创新设计实验研究排气一体化,不仅操作简单,还避免了多次导气带来的漏气问题。(2)采用表面负载MnO2、内部包裹磁铁的堵漏王小球,用外部磁铁控
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