林祥 董文辉

摘要：中学化学的很多实验改进和创新，既探讨了实验原理又提高了教师和学生的动手能力。注射器、三通阀等对实验创新提供了很多帮助，在改进和创新的过程中，也培养了学生的化学核心素养。

关键词：注射器;三通阀;实验改进;实验创新

文章编号：1008-0546（2022）03x-0076-05    中图分类号：G632.41    文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.019

注射器是常见的医疗用具，它的密闭性好、体积可变、材质透明、便于观察、操作简单，所以常用在中学化学创新实验中[1-4]。笔者有幸参加了在浙江省宁波市举办的“全国第十三届化学实验教学创新研讨会”，在大会汇编的126篇文章中有30篇文章介绍了注射器在创新实验中的应用。比例之大，覆盖的实验范围之广，让我们从新的角度、新的平台、新的应用上重新认识了注射器。

一、注射器在化学实验中的用途分析

1.作为改进型的分液漏斗或胶头滴管

有13篇文章中，注射器起到了分液漏斗（胶头滴管）的作用，占30篇文章的43.33%，如枣庄市教研室周传昌老师等的“氧气的化学性质实验创新设计”（图1），通过注射器向锥形瓶中注入过氧化氢溶液，然后加热木炭，我们可以看到澄清石灰水变浑浊。如昆明第十四中学杨超瑞老师等的“二氧化硫制备及性质检验的微型化实验设计”（图2），通过注射器向Na₂SO₃固体中加入浓硫酸产生二氧化硫气体，依次通过试剂C （紫色石蕊溶液）、D（酸性高镒酸钾溶液）、E（硫化钠溶液）、F（品红溶液），发现C中会变红证明了二氧化硫溶液的酸性，D中褪色证明了二氧化硫的还原性，E中有淡黄色沉淀产生证明二氧化硫的氧化性，F中品红褪色加热又恢复原来的颜色从而证明二氧化硫漂白的可逆性。注射器代替分液漏斗，可随时添加药品，可控制气体的生成速率。用注射器取液体、滴加液体都很方便，也可控制试剂用量和滴速，节省试剂。作为改进型的分液漏斗或胶头滴管的注射器，它的优势是确保滴加液体过程中液体能顺利滴下，同时又能使密闭的容器保持恒压。

2.用于反应容器

有10篇文献中，注射器起到了反应容器的作用，占30篇文章的33.33%，如朝阳市蒙古族中学李文新老师的“氯气制取及性质的微型无害化实验设计”（图3），通过注射器A向反应器中注满氯化钠和硫酸的混合溶液，接通电源，打开医用三通，用注射器B和C来收集气体，通过用注射器很好解决了实验室制取氯气操作繁琐和污染的问题。如湖南岳阳第一中学彭超老师的“铜与浓硝酸反应的简易装置”（图4），调节医用三通阀，将注射器B₁中浓硝酸注入A中与铜反应产生红棕色气体，取下B₁接下来将准备好的注射器B₂中的水注入A中至红棕色气体变成无色，取下B₂然后将备好的注射器B₃中的空气注入A中又产生红棕色气体，最后调节三通阀将注射器C中的氢氧化钠溶液注入A中进行尾气处理。此套装置做了铜与浓硝酸、二氧化氮与水、一氧化氮和氧气的连续反应。很好解决了“铜与硝酸反应”传统实验的不足：污染环境、无法控制用量、无法控制反应速率、不能一气呵成等。

3.用于抽送气体

有10篇文献中的注射器起到抽送气体的作用，占30篇文献的33.33%，如温州市第一高级中学伍强老师的“铜与硝酸反应实验的一体化设计”（图5），实验中关闭K₂打开K₁抽拉注射器活塞将浓硝酸吸入干燥管中与铜反应产生红棕色二氧化氮气体，关闭K₁打开K₂抽拉注射器吸水，再打开K₁关闭K₂将注射器中水注入干燥管，与二氧化氮反应生成一氧化氮气体。通过注射器向装置中注入空气排出氮氧化物，将粗铜丝换成细铜丝，关闭K₂打开K₁抽拉注射器将稀硝酸吸入干燥管中与细铜丝反应产生无色一氧化氮气体，拉注射器将一氧化氮吸入注射器中，再吸入空气生成红棕色二氧化氮，此实验连续做了铜与浓硝酸、铜与稀硝酸、二氧化氮与水，一氧化氮与氧气的一系列反应，效果非常的明显。如丽水市丽水中学罗颖等老师的“铁的吸氧腐蚀实验创新”（图6），在U型管中注入含酚酞溶液的饱和氯化钠溶液，接通电源，然后向铁电极附近加入铁氰化钾试剂，我们可以看到铁电极附近出现普鲁士蓝沉淀，石墨电极附近出现红色，用注射器向石墨电极通入氧气，断开电源接通显示器，通过显示器数据变化来探究氧气浓度对金属吸氧腐蚀的影响，效果明显，操作简单，宏微结合，有助于学生对铁吸氧腐蚀原理的理解。

4.改变装置内压强

如北京市第十一中学朱琳等老师的“酸的挥发创新实验”（图7），关闭K₂，打开K₁，拉注射器A，观察到甲中无现象，乙中冒气泡。关闭K₁，打开K₂，拉注射器B，观察到乙中冒气泡，丙中上方有大量白烟。将K₁、K₂同時打开静置两小时观察甲乙丙中的变化，我们发现丙中有少量白烟，甲乙均无明显变化。本实验通过拉动注射器的活塞来改变装置内的压强，形成压强差从而达到快速反应的目的，同时氨气、氯化氢气体、氯化铵等物质均无外泄，对环境无污染，体现了绿色化学的理念。湘潭市第一中学张丹老师的“气密性检查与尾气处理一体化装置设计”（图8），将待检测装置与接口1相连，拉动活塞使U型管中液面左高右低，若U型管液面保持左高右低不变则待检测装置气密性良好。将接口1与残留尾气处理装置相连，关闭分液漏斗活塞，拉动注射器通过5mm氟橡胶单向阀将尾气吸入，然后将接口2与装有尾气处理溶液的烧杯相连，推动注射器将尾气通过5mm氟橡胶单向阀推入烧杯中处理。这套气密性检查与尾气处理一体化装置的设计，是通过改变装置内压强达到了检查装置气密性的目的。

5.测量气体体积

如北海市银滩中学唐祥梅老师的“空气中氧气含量的测定”（图9），将白磷和铜片放入注射器中（白磷在铜片上）抽拉注射器将活塞停留在20.0mL处，采用水浴加热，待注射器冷却后可以直接读出反应前后气体的体积，比课本上传统实验更加简单方便、精确。

6.提供了密闭环境和刻度

如长春市吉大附中力旺实验中学徐瑛泽老师的“分子和原子性质的微型化实验设计”（图10），将两支20 mL注射器分别装入20 mL水和20 mL滴有红墨水的酒精，将两支注射器连接起来水平放置观察到红色酒精扩散到水的那一边，且总体积小于40 mL，从而说明了分子在不断地运动和分子之间有间隔两个结论。该实验弥补了教材中用浓氨水的不足，同时实验现象更加明显，操作简单。

二、文献内容分析

笔者通过阅读这些文献发现研究者们在同一研究内容的统计结果如下所示。

从表1中我们发现研究者们在研究铜与硝酸反应的一系列创新实验中多次用到注射器，篇数达到8篇，占30篇的26.67%。从表2我们发现高中内容比初中多，初中占了11篇，内容包含了氧气、氢气、二氧化碳以及分子、原子性质研究等实验，高中占了19篇，内容主要为铜、铁、氮、氯等元素化学物相关实验。这些内容本身都是中学化学元素化合物的核心知识，教材中都安排了经典实验，但进行创新改进的也非常多。

三、注射器的小搭档

经常配合注射器使用到的小装置：T型玻璃管、真空采血管、三通活塞、医用三通、双母鲁尔接头、鲁尔接头两通阀、三通管、氟橡胶单向阀、硅橡胶软管（图11-图19）。这些小装置可以拓展实验创新范围，可以根据自己研究的内容选择适合自己的注射器和配套使用装置。

四、注射器的一般组合方案

采用三通阀的连接可以对图4、图8、图10的装置作统一改造，如图20、图21、图22所示。

由此可见注射器与三通阀的组合很好地解决了创新实验的一些实际问题。例如：操作方便，开闭自如，体积可控，连通方向可选择等，可见注射器和三通阀的组合可以满足很多的实验需求。

五、注射器创新实验示例（探究二氧化氮和四氧化二氮转化的实验）

1.试剂、仪器与装置

250 mL锥形瓶、浓硝酸、铜片、250 mL烧杯、4个医用三通阀、氢氧化钠溶液、3个50 mL注射器。

装置见图26。

2.实验操作

（1）锥形瓶中装有铜片，旋转K₁使K₁上下相通，将A中浓HNO₃注入锥形瓶中（与K₁、K₂、K₃相连的注射器分别为A、B、C）。

（2）旋转K₁使K₁右下相通调节K₂、K₃使K₂、K₃三向相通，让红棕色气体充满注射器B、C。

（3）旋转K₂、K₃，关闭三通使B、C都呈密闭状态。旋转K₄使K₄左下相通，保证左边过来的NO₂能被氢化钠溶液吸收。

（4）推动注射器B将体积压缩一半，放置一段时间。再快速推动注射器C使体积变为原来的一半，立即通过色度仪对比B、C颜色深浅。

（5）重复上述实验（1）、（2）、（3），将注射器B放入热水中，注射器C放入冷水中。

（6）实验结束后旋转K₂、K₃，使K₂右下相通，K₃三向相通，推动注射器B、C让气体全部进入烧杯中进行尾气处理。

3.实验现象及结论

通过改变注射器C的体积我们发现C中颜色比B中深，从而证明增大压强（即增大二氧化氮的浓度）化学平衡向减小压强的方向移动;通过改变注射器B、C的温度，我们发现B中颜色深，C中颜色浅，升高温度化学平衡向着生成二氧化氮的方向移动，即向吸热反应方向移动，降低温度化学平衡向着放热方向移动。通过这个实验的创新，自然得出勒夏特列原理：改变影响平衡的一个条件（如温度、压强、浓度），平衡就向能够减弱这种改变的方向移動。

六、结语

通过注射器的改进和设计化学实验，丰富了我们的实验装备，积累了教学资源，挖掘了常规仪器的使用途径。在实验创新过程中，教师应处理好实验教学与实验创新的关系[5]，让实验更好地服务于教学。注射器是高中创新实验中重要的小帮手，用医用三通连接注射器可以满足大多数类型的设计需求，连接方便，密闭性好。既解决了密闭性问题，又能保证体积可变，透明可视，对高中的化学实验创新提供了一个很好的思路。一线教师树立实验创新意识、培养实验创新能力、开展实验创新活动应该成为不断提升化学实验素养的重要内容和有效路径改进和创新实验教学不仅提升了教师的实验素养，同时也养成了学生的实验能力，有利于学科核心素养的达成。探究与创新是实验研究的重要方式，但将研究成果落实到教育实践才是实验研究的最终落脚点[7]。

参考文献

[1]候召兵.例谈注射器在化学实验中的灵活应用[J].实验设计与技术，2018（10）：34-35.

[2]曹广雪.注射器在化学实验中的应用[J].实验教学与仪器，2012（03）：16-18.

[3]赵中华，伍举培.把握实验创新与改进的灵活性-注射器在化学实验中的应用[J].实验教学与仪器，2011（1/8）：29-31.

[4]葛德新.注射器在化学实验教学中的几个应用[J].化学教与学，2010（06）：69-70.

[5]许乃义.实验创新的成果应用于课堂教学的实践与反思[J].化学教学，2018，（01）：59-62.

[6]陆燕海，任雪明.提升化学教师实验素养的路径思考-基于一次实验技能大赛[J].化学教学，2019（8）：15-20.

[7]王建芬，陈彦芬.《化学教学》2016-2018年实验研究载文分析[J].化学教学，2020（1）：70-73，93.