化学实验中给力的注射器
1.引入课题
俗话说：“人吃五谷杂粮，哪有不生病的？”。同学们生病时去医院，对哪种医疗器械最熟悉？（注射器。）自1853年注射器发明以来，作为一种把药物送入人体的器具，它为人类治疗疾病立下了汗马功劳；在化学实验中，作为一种辅助用品，注射器也常常大显身手。这节课就让我们一起来探讨注射器是怎样给力化学实验的。
2.活动与探究1 （食品包装袋内气体成分的探究）
[提出探究问题]许多同学喜欢吃薯片、虾条等膨化食品（展示实物），这些食品包装袋内常充入某种气体防止食品氧化变质和挤压变形。请猜测其中充入的可能是什么气体？
[学生猜想]N2、CO2、稀有气体。（应对学生“稀有气体”的猜想——稀有气体虽然性质稳定，但空气中含量太少，价格较高。）
[验证猜想、得出结论]学生设计探究方案，合作完成实验：用注射器抽出包装袋（提供的均为“上好佳”番茄味薯片）内气体注入澄清的石灰水中，由石灰水变浑浊得出结论：这种食品包装袋内充入的可能是N2或CO2或CO2和N2的混合气体。
3.活动与探究2 （空气中氧气含量的再探究）
[设问]生产厂家为什么不向包装袋内充入空气呢？（其中含有O2，食品易变质。）O2在空气中约占多大体积？（1/5。）让我们一起回顾课本上粗略测定空气中O2含量的方法（课件展示教材图2-3），请简述其实验原理。(略)
[过渡]课本中的实验设计，是一种典型的方法，但不是唯一的，还可用其它方法代替。
[演示](实物投影)在50mL注射器底部放一圆形金属片，金属片上放一粒绿豆大的白磷，抽入40mL空气，用橡皮塞堵住注射器管口，放入烧杯内的热水中，约30s后白磷燃烧，产生白烟，活塞迅速向外移动至约50mL刻度处（见图1）。白磷燃烧完毕，从热水中取出注射器放入室温下的水中冷却，活塞缓慢向内移动。
（图1）
[引导思考]⑴如果完全冷却至室温，活塞应停在什么刻度处？（32mL。）
⑵如果所测结果少于空气体积的1/5，可能是什么原因？（白磷用量不足、没有冷却到室温、注射器漏气。）
⑶所测结果是否会多于空气体积的1/5？（不会。不存在课本实验中红磷点燃后伸入容器速度不够快或止水夹没有夹紧导致空气受热膨胀逸出等情况。）
⑷与教材实验相比，用注射器测定空气中O2含量有什么优点？（操作方便；减小误差；节省药品；减少污染；直观显示氧气体积等。）
[讲述]正因为有以上优点，其他版本教材测定O2含量的设计中也使用到注射器（课件展示其他版本教材测定O2含量的装置图）。请同学们课外查阅相关资料，了解这些设计的测定原理和注射器在其中的作用。
4.活动与探究3 （多种方法检查固-液不加热制气发生装置的气密性）
[过渡]空气中虽然含有O2，但因条件所限，实验室中通常由化学反应来制取，请回忆制取O2的发生装置。[课件展示两种气体发生装置图A（固-固加热型）和图B（固-液不加热型）]
[提问]两种气体发生装置分别应使用什么药品、发生装置的确定由什么因素决定？（略）有哪些方法来检查B装置的气密性？
[学生上台边讲解边演示]生1：注水法（具体操作略）；生2：手捂法（具体操作略）；生3：用橡皮管把广口瓶与注射器连接，从长颈漏斗向广口瓶里注入水，并浸没其下端管口，再慢慢外拉注射器活塞，长颈漏斗下端管口冒出气泡，或者慢慢推动注射器活塞，长颈漏斗管内有水柱上升，表明装置不漏气。
[引导质疑]迅速推拉注射器活塞能达到检查装置气密性的目的吗?
[学生回答]不能。比如迅速推动活塞时，广口瓶内压强显著增大，若装置轻微漏气，同样可观察到长颈漏斗内水面上升。
[小结]三位同学的操作方法虽然不同，但原理相似，都是使封闭体系不同位置的仪器空间之间产生压强差，通过明显的实验现象如气泡的产生、水柱的形成、液面的升降等来检查装置气密性的。
[提问]B装置还能制取什么气体？（CO2。）反应原料是什么？（稀盐酸和石灰石。）这也是我市中考实验操作考查的内容之一，但我们了解到部分学校实验条件有限，仪器不全，如果用这套装置制取气体，却没有长颈漏斗，同学们能给他们出个主意吗？
[学生回答]可用注射器代替。它除了可以添加液体外，还具有控制试剂用量和滴加速度、节省试剂、下端针孔处不用液封等优点。
[引导思考]除了用稀盐酸和石灰石反应能制取CO2外，请看实验用品中哪种物质能够提供CO2？（雪碧。）想一想，如果不打开汽水瓶盖、不摇晃瓶子，也不让它受热，怎样使汽水中的CO2逸散出来？（在这三个条件限制下，学生一时难以想出办法）
[过渡]想不起来？别着急，先观察老师的演示，从中受到启发。
[演示]（实物投影）在具有底座的类似具支试管的自制仪器（见图2）中倒入约4/5体积的雪碧，塞紧橡皮塞，用橡皮管将其与注射器连接。慢慢地向外抽拉活塞时，汽水中冒出大量气泡；向里推压时，气泡消失。怎样解释这个现象？
图2
5.活动与探究4 （二氧化碳与氢氧化钠反应的再探究）
[分组实验]取下雪碧瓶盖小孔处的橡皮泥（各组的瓶盖课前均用热的针头扎一小孔），将针头从小孔处插入抽取6mLCO2气体，接着再抽取4mLNaOH溶液，用胶塞堵住针孔，上下颠倒，使两者充分混合，观察现象，记录读数1。
[学生汇报实验现象并解释]活塞向内移动，总体积减少。原因是CO2与NaOH溶液发生反应，使注射器内气压减小。
[反问]可是CO2也能溶于水呀？(CO2溶于水，活塞不会向内移动那么多。)追问：怎样证明？
[各小组设计实验方案并实验]另取一相同注射器，抽取6mLCO2，再抽取4mL蒸馏水，同上操作，观察现象，记录读数2。
[点拨]实验现象和数据有力地说明CO2确实与NaOH发生了反应。其实，同学们刚才设计并采用的是“对比实验”方法，它是科学研究中最常采用的基本方法，对于一些无明显现象发生的反应，这也是经常使用的重要研究手段。
6.活动与探究5 （多种方法验证酸碱中和反应）
[过渡]说到“无明显现象”的反应，同学们还记得学习中和反应时盐酸和NaOH溶液的反应吗？（课件展示教材图10-12）请简述课本是借助什么方法证明两者确实发生反应的？（略）
[启发思考]通过指示剂颜色的变化证实了酸和碱确实能发生反应，那么，能否用其他试剂或方法来代替指示剂呢?
[学生回答]还可通过NaOH跟可溶性铜盐或铁盐等发生明显的现象来证明。
[分组实验](以CuCl2为例）用注射器抽取约4mLNaOH溶液,向1号试管中的CuCl2溶液中加入几滴，观察现象（生成蓝色沉淀）；再向2号试管中的CuCl2和盐酸的混合溶液中加入几滴，观察现象（没有沉淀），再滴加（仍没有沉淀），继续滴加至约2mL时，才出现蓝色沉淀。
[质疑]为什么2号试管内的蓝色沉淀“姗姗来迟”？（开始加入的NaOH溶液被盐酸中和了。）
[提问]如果把两支试管中反应的情况放在坐标系中用图像表示，（课件展示图像）它们分别对应哪支试管中的现象？为什么？（图像A对应试管1、图像B对应试管2；因图像B中横坐标上原点至沉淀开始出现之间的线段表示加入的NaOH溶液先被盐酸中和了，所以沉淀延迟出现。）
[过渡]以上是通过碱的性质来验证的，还可利用酸的性质来证明NaOH和盐酸发生了反应。想一想，盐酸能跟哪些物质反应发生明显的现象？（活泼金属、碳酸盐、某些金属氧化物、难溶性碱等。）
[演示]（以金属镁为例）向盛有镁条的试管中加入少量盐酸（产生大量气泡），再向其中不断滴加NaOH溶液（气泡逐渐减少，最后消失），这个现象能否说明NaOH和盐酸发生了反应？（学生观点不一，组织学生讨论）
[学生汇报讨论结果]不一定能说明两者反应。有可能是盐酸的量不足，在加入NaOH溶液的时候，盐酸已经跟镁条反应完了。
[追问]那么怎样设计实验说明不是盐酸跟镁反应完了？（略）
[两名学生上台演示]在两只相同的试管中分别加入大小相同、质量相等的镁条，分别同时向其中注入注射器中等质量分数的盐酸2mL（均产生大量气泡），一生向试管中继续滴加NaOH溶液至气泡不再产生，此时另一试管中镁条和盐酸还在继续反应冒出大量气泡。
[结论]试管中的盐酸并没有跟镁反应完，而是被加入的NaOH中和了。
[提问]其他小组还有不同的讨论结果吗？
[学生回答]也可以调整试剂加入的顺序：在盐酸中加入足量NaOH溶液后，再加入镁条，若无气泡产生，则说明两者能发生反应；或者在镁条和NaOH溶液的混合物中加入盐酸，若气泡不能立即产生，则说明两者能发生反应。
[讲述]证明NaOH和盐酸能发生反应，除了从反应物酸和碱的性质角度切入外，还可以考虑从生成物的角度及反应的热效应方面加以验证，有兴趣的同学课后可以进行有关方案的设计。
[小结]通过以上活动与探究，我们看到小小注射器，作用真不少：取液、滴液、读数十分方便；能控制药品用量和反应速率；改变体系压强；在对比实验或定量实验中发挥举足轻重的作用。除此之外，注射器在其他方面的应用也不胜枚举（课件展示注射器在其他实验中的应用）。
[结合图片讲解]（见图3）⑴验证木炭、活性炭的吸附性；⑵电解水实验改进；⑶证明气体分子间隙大于液体；⑷装配随时控制反应进行的气体发生装置；⑸测定气体样品中某成分的含量（如居室中甲醛含量的测定、化工厂排放的废气成分等 )；⑹反复排送气体定量测定物质的组成。
[结语]众多的用途，显示出注射器确实身手不凡。大家说，在化学实验中，注射器给不给力？！（学生异口同声、情绪高昂地：给—力！）
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