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1、1用用三三个个培培养养皿皿，进进行行气气体体微微型型化化学学实实验验孙黎颖上海市 上海师范大学附属 中学 200234摘要摘要 三个培养皿气体微型实验使用自制试纸，水贴法等简单创新技能，在大中小三个培养皿里，同时完成氯气等有毒有害气体的制取，反应和吸收实验。这个微型实验绿色环保，仪器简单，操作简便，反应迅速，经济成本低，综合性强，易推广。关关键词键词 三个培养皿，试纸，气体微型实验，绿色环保气体化学实验在人们正确认识物质世界中发挥了重要的作用。拉瓦锡用“二十天实验”发现了氧气，同时还终结了盘踞在人们头脑中近 100 年的燃素说。气体的神秘性质激发了一代代化学家的好奇心。随着化学实验的进步，气体
2、的面纱被逐渐揭开。近 30 年来出现的微型化学实验，大大地方便了老师和学生在课堂上认识一些有毒有害的气体。微型化学实验(简写为 ML)，崛起于 20 世纪 80 年代，是国际公认的在微型化的条件下，对化学实验创新和变革的一种新技术和新方法，即用尽可能少的药品来获取最有效的实验信息。它具体是指药品用量少(一般为常规量的 1/101/1000)、仪器容量小、成本低、基本无污染、操作简单、方便省时、现象明显，安全的化学实验。ML 不是常规实验的简单的缩微或减量，而是在绿色化学理念指引下，化学实验创新性的变革。微型化学实验因良好的教学功能和效果，受到国内外化学界的青睐。气体微型化学实验，顾名思义，就是
3、研究气体的制备，性质和气体有关的的微型化学实验。气体实验在中学化学实验中占据了很大的比例。现在有多种气体微型化学实验方法，如 Alyea，Viktor Obendrauf 和 Bruce Mattson 等人的针筒注射器法，Slater ， Rayner-Canham，周怀宁等人的井穴板法，Kvittingen 和 Verley 的离心管法，Per-Odd Eggen 和 Lise Kvittingen 的培养皿电解法，Martin M.F. Choi（蔡明发）的培养皿法，James Kilroy 和 Mary Virginia Orna 的胶头滴管栅试管法，Andreas Kometz 的微
4、缩启普发生气单体法等。本文提出的三个培养皿气体微型实验，是以 Martin M.F. Choi （蔡明发）的培养皿法为基础改进而成。它不仅能完成氯气的多种实验，而且还可以拓展到许多的气体实验，如 SO2,H2S,NH3,CO2,NO,N2O4等。一.培养皿气体微型实验的方法和现状Martin M.F. Choi（蔡明发）在 2002 年首先提出了用培养皿做氯气微型实验的方法。该实验的主要仪器是一个带盖子的培养皿，如图 1。培养皿的中间是一滴漂水，四周的反2应物每样各一滴。向漂水中加入一滴 H2SO4溶液后，盖上培养皿的盖子。该实验设计十分巧妙，在小小的培养皿中同时完成氯气制取和性质的反应。它颠
5、覆了传统的操作烦琐污染严重的氯气实验方法，这是气体化学实验的一次重大创新和突破。然而该实验仍存在明显的不足：首先，各种溶液滴在培养皿底部很容易混合，影响实验现象。其次，反应时，虽然盖住了培养皿，但因盖子密封不严，氯气仍有可能向外扩散。再次，处理多余的氯气时，必须掀开培养皿的盖子倒入 NaOH 溶液，易危害人和环境。因此，在 Martin M.F. Choi（蔡明发）实验的基础上，又不断涌现了许多改进实验。典型的方法有两种：方法一培养皿（表面皿）和玻璃片法，如图 2。把 KBr 等反应溶液滴在玻璃片上，围成半径小于培养皿的圆形，圆心放置 KClO3晶体，滴加浓盐酸后，立即将培养皿盖好。方法二培养
6、皿和井穴板法，如图 3。这种方法专门制作了一个类似果盘的圆形的井穴板。圆形井穴板的正中央有一个大井穴，旁边有几个小井穴。大井穴中制备气体，小井穴中滴入各种反应溶液。圆形井穴板放在培养皿内能有效地避免各种溶液混合，但还是无法解决氯气外逸等问题，而且在我国大陆地区很少见到这种特别制作的圆形井穴板。另外，图 2图 11 滴 Fe2+溶液1 滴漂水和 1 滴硫酸溶液1 滴 KI 溶液1 滴 Na2SO3溶液1 滴葡萄汁培养皿3为清楚地观察现象，这个实验还要辅以白瓷砖，灯箱，放大镜等设备。 综上所述，这些方法仍然不能彻底解决 Martin M.F. Choi（蔡明发）培养皿实验的缺点。而本文提出的三个培
7、养皿气体微型实验则可以有效地解决这些难题。二.三个培养皿气体微型实验简介三个培养皿气体微型实验的特点之一:增加了培养皿的数量。一个培养皿改为三个培养皿，从而形成了完整的气体发生，反应和吸收体系，避免了污染。特点之二:改革了实验的操作技能，用滤纸和水把各种和氯气反应的溶液固定在封闭的空间（培养皿）顶部，这样有效地避免了以往实验中溶液混合的缺点。这种技法还替代了井穴板等特殊仪器，而且使实验现象更明显实验过程更完全。特点之三:更加充分地利用了气体扩散的性质。该实验两次利用气体扩散的原理。气体向上扩散后，和各种物质反应体现气体的化学性质。气体向下扩散后，和吸收尾气的溶液反应。无须打开装置就能处理多余的
8、气体，不会造成二次污染。（一）三个培养皿气体微型实验的简介1 固定的成套实验仪器：一个大号培养皿（=160mm） ，一个中号培养皿（=90mm） ，一个小号培养皿（=60mm） ，滤纸，玻璃棒，白纸，30ml 蒸馏水滴瓶，剪刀，乳胶头，60ml 瓶球形胶头滴管，各种反应试剂溶液。2三个培养皿的功能：小号培养皿：气体发生装置。反应类型有固体和液体反应，液体和液体反应，或液体挥发形成气体。中号培养皿：气体反应装置。各种和气体反应的物质用滤纸和水固定在中号培养皿内侧的顶部，如图 4。例外情况，反应没有明显的颜色变化，如无色溶液变为白色沉淀，则该反应物质放置在乳胶头中，乳胶头再放置在小号培养皿内。圆形
9、的井穴板作为反应碟井穴板和培养皿的组合图 3图 4反应物的试纸中号培养皿4大号培养皿：尾气的吸收装置。大号培养皿内盛放吸收多余气体的溶液。3培养皿的搭装方法：如图 5，小号培养皿口向上，放置在大号培养皿中间。中号培养皿倒扣在小号培养皿上方。三.用三个培养皿气体微型实验，进行氯气化学性质的实验氯气是人类历史上使用的第一种人造毒气,黄绿颜色，刺激气味，对人体有害，易污染环境。但 15000 多种含氯化合物大大地改善了生活和社会环境，在人类的社会活动中发挥了重要的作用。在传统实验中，氯气实验室制法必须在通风橱中进行，操作繁琐，仪器笨重难清洗。氯气演示实验时，污染很大，刺激性气味弥漫了整个教室，学生易
10、产生恐惧心理。这个微型实验操作简便，对环境基本无污染，同时完成了氯气的制取、氯气的氧化性、酸性、漂白性等实验，迅速有效地实现了多重实验目标。1实验原理小号培养皿：氯气的制取。本实验采用漂白粉和浓盐酸制取氯气。漂白粉是白色的粉末，工业上用碱吸收氯气制成。它的成分是次氯酸钙和氯化钙，有效成分是次氯酸钙，有效氯高达 35%。次氯酸钙和浓盐酸反应时，无需加热等其他条件就能很容易地制得氯气。Ca(ClO)2 + 4HCl(浓) CaCl2 +2Cl2 + 2H2O中号培养皿：氯气化学性质的各种反应。（1）氯气的氧化性。氯原子最外层有 7 个电子，氯气具有很强的氧化性。氯气和KI,KBr 等反应可以置换出
11、卤族单质。单质碘的特性是遇淀粉溶液变蓝色。溴溶液为黄色。氯气可以把二价铁离子氧化成三价铁离子，检验的方法是 KSCN 溶液遇三价铁离子后变成血红色。Cl2 + 2KI I2 + 2KClI2 + 5Cl2 + 6H2O 2HIO3 + 10HCl图 5吸收尾气的溶液吸收尾气的溶液 产生气体 的反应物乳胶头大号培养皿中号培养皿小号培养皿5Cl2 + 2KBr Br2 + 2KCl3Cl2 + 6FeSO4 2Fe2(SO4)3 + 2FeCl3Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3(血红色)（2）氯气的漂白性。氯气溶于水形成的氯水有漂白性。氯水使置换出的卤族单质和红色鲜花褪色Cl2 + H2
12、O HClO +HCl 2 HClO 2 HCl + O2大号培养皿：氯气的吸收。氯气有毒，必须用氢氧化钠溶液反应消耗尽多余的氯气。产物次氯酸钠是“84”消毒液的有效成分.反应废液可以用来冲洗厕所。滴入酚酞的 NaOH溶液由红色变为无色,反应后红色消失。2NaOH + Cl2 NaCl+NaClO+H2O2实验材料一个大号培养皿（=160mm） ，一个中号培养皿（=90mm） ，一个小号培养皿（=60mm） ，饱和食盐水，淀粉 KI 试纸，红色鲜花瓣，滤纸，玻璃棒，60mL 球形胶头滴管，剪刀，,漂白粉，37%的浓盐酸，10%的 KBr 溶液,0.5 mol/L NaOH 溶液,1mol/L
13、的 KSCN溶液,新制的 20%的 FeSO4 溶液，酚酞试剂3实验原理图实验纵切面图，如图 64实验步骤(1) 向大号培养皿内倒入饱和食盐水，溶液高约 3mm。(2) 用滤纸擦干中号培养皿。(3) 中号培养皿底部外侧用记号笔标明各种试纸的名称。(4)自制多种反应物的试纸，再用水等液体把这些试纸固定在中号培养皿内。在中号培养皿的内侧底部，用水等液体分别贴上大小约 2cm1cm 的各种试纸。各种液体浸满试纸。如图 7，分别为NaOH 溶液漂白粉和浓盐酸图 6光照6湿润的淀粉 KI 试纸。在中号培养皿内侧的底部放一条规格约 2cm1cm 的淀粉 KI试纸，然后用胶头滴管滴 1 至 2 滴水。 红色
14、的鲜花花瓣。在培养皿的边缘滴 1 滴水，然后贴一片红色的鲜花瓣。 自制的 KBr 试纸。制作 KBr 试纸的方法:在培养皿内侧的底部放上一条 2cm1cm 的滤纸，然后在上面滴 1 至 2 滴 KBr 溶液。 自制的 FeSO4和 KSCN 试纸。制作 FeSO4和 KSCN 试纸的方法:在培养皿内侧的底部放一条 2cm1cm 的滤纸，然后在上面滴新制的 FeSO4溶液和 KSCN 溶液各 1 滴。各种试纸都贴在中号培养皿内侧圆形底的边缘。可以用玻璃棒适当调整试纸的位置，使各种试纸成正多边形，这样与各种试纸反应的氯气浓度基本相同。(5)向小号培养皿中加入半药匙漂白粉，约 0.2g,然后把小号培
15、养皿放到大号培养皿中间。(6)向小号培养皿中快速滴入 1 滴管浓盐酸约 1ml 后，迅速用中号培养皿倒扣住小号培养皿，如图 6。(7)观察现象。图 7 湿润的淀粉 KI 试纸红色的鲜花瓣自制的 KBr 试纸自制的 FeSO4和 KSCN 试纸中号培养皿7(8)向大号培养皿滴中入 1 滴酚酞，再倒入 NaOH 溶液，液面增高约 3mm,再继续观察现象。(9)这个装置放置 3 至 4 个小时后，小号培养皿内的黄绿色气体基本会自动消失。如要迅速处理多余的氯气，则戴上橡胶手套，盖上大号培养皿的盖子，双手紧握培养皿，轻轻振动，10s 后，黄绿色的气体基本消失。实验现象化学试剂现象培养皿半药匙漂白粉和 1
16、 滴管浓盐酸迅速产生明显的黄绿色气体，顶部有许多小水珠，说明这是放热反应。3h后黄绿色逐渐消失小号湿润的淀粉 KI 试纸2s 后变蓝色，50s 后褪色中号红色的鲜花花瓣20s 后褪色中号湿润的 KBr 试纸2s 后变为浅黄色，60s 后褪色中号混合 FeSO4和 KSCN 溶液的试纸20s 后变血红色，3min 后褪色中号NaOH 溶液滴入酚酞的 NaOH 溶液由红色变为无色大号（10）对比实验 1用水替代浓盐酸重复该实验，观察现象。培养皿没有出现明显的变化。（11）对比实验 2小号培养皿中只放入浓盐酸重复该实验，观察现象。培养皿内没有出现明显的变化。5.安全事项漂白粉粉尘对眼结膜及呼吸道有刺激性，皮肤接触可引起中至重度皮肤损害。浓盐酸在空气中极易挥发，对皮肤和衣物有强烈的腐蚀性。氯气有毒。所以建议在通风橱中操作8该实验。如不能在通风橱中操作，滴加浓盐酸时，最好屏住呼吸，迅速盖上中号培养皿，防止吸入有毒有害气体。6.实验说明(1) 小号培养皿和中号培养皿之间必须有缝隙。(2)
