经国家教委中小学教材审定委员会审查试用的人教社化学室编著的九年义务教育四年制初级中学教科书《化学》第一册P88[实验7一3]和人教版初中课本P81均有“木炭吸附性演示实验”,按教材介绍的方法操作存在2个缺点,①现象不明显,由于木炭浮于水面与红墨水接触不够充分,不易将红墨水的颜色吸附尽;②不易观察褪色的现象,木炭屑易使水变黑,不便观察红墨水褪色的现象[1]。为此,设计了木炭吸附作用的实验装置进行对比实验,现象明显,效果很好。
木炭是日常生活中常见的物质,利用废弃物制作实验器具将其设计成课外实验,让学生亲自制作实验器具并进行实验这样不仅使学生理解了木炭(或活性炭)的吸附作用,而且启迪学生创新思维,增强师生的创新意识,极大地激发学生学习化学的兴趣。
1实验装置设计(图1)
图1木炭的吸附性对比实验
a.滤纸b1.木炭b2.沙子c.矿泉水瓶的上部
d.红墨水的水溶液(1∶50)[2]e.棉花团f.自制三角架
2实验装置制作过程
(1)清洗将2个矿泉水或纯净水瓶清洗干净。
(2)制作三角架取长约190mm的8号铁丝一段弯成圆圈,再用同型号长约120mm的3段铁丝对称地焊接成一个三角架;以同样的方法再制一个三角架。
(3)将上述清洗过的瓶子从其距瓶底1/3处剪断,将瓶子上部分别倒放在三角架上,下部分瓶分别对应地放在三角架下充当接水装置。
(4)取2张圆形滤纸折成圆锥形,把滤纸尖端朝下分别放入上部分的瓶中,在滤纸内各放入一小团棉花,即制成了过滤器A和B。
3实验原理
木炭(或活性炭)吸附溶液中的溶质属于与溶液接触的固体吸附作用。由于影响因素很多,吸附相当复杂,它和吸附剂、溶质、溶剂都有关系,一般规律为,使固液表面自由能降低最多的溶质被吸附的量最多;溶解度越小的溶质越易被吸附;极性的吸附剂易于吸附极性的溶质,非极性的吸附剂易于吸附非极性溶质;吸附剂的吸附能力大小与其表面积成正比。
4实验步骤
(1)用药匙取2～3匙木炭、沙子,依次将其放入过渡器A和B中。
(2)拧紧矿泉水瓶或纯净水瓶瓶盖。
(3)向过滤器A和B中加入红墨水的水溶液(1∶50)少许,搅拌使其分别和木炭、沙子充分作用,静置片刻。
(4)拧下瓶盖,即看到:从过滤器A中滴下的是无色的液体,而从过滤器B中滴下的仍是红色液体。(说明木炭有吸附作用,而沙子没有)
5实验装置特点
(1)实验装置制作简单、使用方便;
(2)现象明显、形成鲜明的对比,增强了教学的直观性,避免了学生认为是过滤器把颜色滤掉了的错觉;
(3)既可作课堂演示实验,也可作学生的家庭实验。
6实验装置的意义及注意的问题
适合经费短缺的学校,创造条件做实验;给化学教师提供研究、改进教科书实验的范例;增强师生的创新意识,启迪学生创新思维,培养其创新思维能力。
(1)木炭需适量;研碎、干燥,效果更好;
(2)沙子用前要冲洗;
(3)红墨水的水溶液不易多;
(4)红墨水的溶液与木炭、沙子的搅拌要充分。
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