2011国际化学年全国趣味化学实验设计大赛_入围决赛

1设计编号01-173题目奇妙的化学“溶洞”原料磷酸三钠（晶体）、三氯化铁（晶体）、氯化铜（晶体）、胆矾（晶体）、明矾（晶体）、硫酸镁（晶体）、蒸馏水等。仪器设备标本瓶或一次性透明水杯或烧杯、EPE珍珠棉泡沫、粗铜丝、塑料吸管、美工刀、直尺、胶水、牙签、镊子、塑料烧杯（1000mL）、玻璃棒、药匙等。原理采用“水中花园”的形成过程原理。5%磷酸三钠溶液能与多种晶体盐表面形成具有半透膜性质的难溶盐，将晶体放在瓶中生长液的顶端，在重力的作用下使晶体表面的难溶盐从上往下生长。操作步骤1、将配制好的5%磷酸三钠溶液倒入标本瓶内静置，备用。2、将固定有晶体的支架，轻轻放在步骤1标本瓶的液面上方，观察奇妙的实验现象。注：晶体固定方式多种，仪器为：标本瓶、烧杯、一次性透明塑料水杯等。实验现象描述晶体盐与5%磷酸三钠溶液接触，晶体表面溶解液与磷酸三钠溶液反应生成的难溶盐，沉积在晶体表面成为倒挂的钟乳石、“顶天立地”的“石柱”、“石笋”。几分钟能观察到奇妙无比的实验现象。1、三氯化铁晶体在5%磷酸三钠溶液中的生长过程照片：2、三氯化铁晶体、明矾晶体、氯化铜和硫酸镁混合晶体，在5%磷酸三钠溶液中的生长过程照片：2实验结果选用多种晶体盐在不同磷酸三钠溶液中进行生长快慢探究，最后确定磷酸三钠溶液的最佳浓度为5%左右。本实验方案提供了多种实验装置供大家选用，让师生有更多的机会体验钟乳石、石柱和石笋的形成过程。注意事项及其他1、实验装置设计巧妙，实验现象千姿百态，有利于激发中小学学生学习化学的兴趣，让学生更加热爱化学，热爱大自然。2、“石头”悬挂在生长液的顶部，有的只需几秒钟就能长出五彩缤纷的‘钟乳石’，几分钟就能形成“顶天立地”的“石柱”，‘石头’的生长速度极其迅速。3、此实验既安全又简单,实验材料很容易找到,并且节约试剂,降低了实验成本。4、该实验设计具有可操作性和重复性，绿色环保和节约资源。5、可批量生产教师演示用（大型装置）和学生科学探究用（微型装置）的两种教具，还可批量生产多种一定规格大小的晶体盐，具有推广价值。九、添加相关实验附件：1、实验装置及晶体固定支架的制作说明方法一：将粗铜丝绕成螺旋漏斗型，固定在EPE珍珠棉泡沫上，晶体盐放入铜丝漏斗型内，放在相应的生长瓶或生长杯上。铜丝间的距离可以调节，因此这种装置可以固定大晶体和小晶体。在如下图所示。方法二：在一次性巴斯德塑料吸管上用打孔器打若干个小孔，剪去细管部分。选取与容器上口匹配的EPE珍珠棉泡沫一块，用打孔器打若干个与前面塑料吸管匹配的孔，孔与孔之间的距离可以任意排列，然后将有孔的塑料吸管嵌入EPE珍珠棉泡沫上。将晶体盐放入带泡沫的塑料吸管内，备用。这种装置一般用于固定小晶体，如氯化铜晶体、硫酸镁晶体等。如下图所示。3方法三：将薄泡沫板加工成与盛装生长液容器上口匹配的小方块，在小方块泡沫的一面涂上少量胶水，将取一药匙小晶体盐（或几种盐）与胶水混合，小方块泡沫翻转时晶体盐不下落为最佳。如下图所示。2、生长液的配制根据生长液的需用量进行配制，称取120g磷酸三钠晶体于1000mL的塑料烧杯中，加蒸馏水溶解，稀释至1000mL，约为5%磷酸三钠溶液。3、几种晶体盐在不同实验装置、5%磷酸三钠生长液中的生长过程照片44、设计意图由于远古时期的地壳运动，大自然形成了千姿百态的世界溶洞奇观。畅游世界各地溶洞景观，感受宇宙万物的斗转星移，岁月的轮回与变迁，一物一景，如雕如缕，如诗如画，形态各异，顶天立地，顶天不立地……有的只可意会不可言传，就像读到一首首优美的历史长诗，也像欣赏到一幅幅立体的美丽的历史画卷。石头能生长，不能不说是神奇的，但人们又怎能感到或觉察到钟乳石和石笋的发育生长呢？它的成长过程相当缓慢，时间相当漫长，正是洞中长一点，世上已千年，人非神仙，要说能看见钟乳石和石笋在生长，乃天方夜谭。（冀教版）五年级科学下册“溶洞里的钟乳石”，在教学条件好的学校，老师利用多媒体展示钟乳石景观的照片和视频。有的老师也按教材要求安排了“自制钟乳石”的科学探究活动，该模拟实5验所用的实验时间大约一周。这样的实验，老师无法在课堂上演示，而学生在家进行探究活动，由于时间太长，实验条件的限制，学生很难坚持，因此在家自主探究活动也就变成一句“空话”。有的商家已看到了商机，研制了“神奇的水中花园”在“西安奇趣百货”进行销售，该商品其他名称为：会变化的神奇石头、魔术生长石头等。彩色的小石头放入杯中3分钟左右后就会开始生长，大约2小时左右生长完成。城市学生家长只需5元就能买到心怡的实验材料，完成“水中花园”趣味化学实验。这些商品对小学生很有吸引力，石头的生长方向都是从杯底往上生长的。水中花园的生长液为大于15%Na2SiO3溶液，溶液浓度大，Na2SiO3用量大，成本高。用水中花园的形成原理，我们能否让石头往下生长，以模拟大自然的溶洞中钟乳石、石柱和石笋形成过程呢？鲁科版高一化学必修1第三章第一节碳的多样性，已有“模拟溶洞的形成”的活动探究内容。课堂教学时间每节课只有40分钟，因此模拟实验时间越短越好，那我们能否用化学实验的方法来6快速模拟，以观察“石头”奇妙的生长过程呢？大自然创造了奇迹，我们就应该有办法模拟实现它生长的奇妙过程。我们通过大量的实验研究，寻找实验成功的最佳条件，达到了预期的效果。我们设计的趣味化学实验，有的彩色晶体放入杯中，只需几秒钟就会开始生长，几分钟就能从钟乳石快速生长为“顶天立地”的石柱。我们设计的趣味实验形成石笋、石柱和钟乳石非常快，采用磷酸三钠溶液为生长液，溶液浓度低，药品用量少，对玻璃仪器腐蚀小。该化学实验效果直观、明显，趣味性强，具有一定的观赏性。实验装置设计简单新颖，材料易得，操作性强。因此该趣味实验适用于教师课堂演示和学生进行科学探究活动，观众通过亲身体验，欣赏奇妙的实验现象，体现了“触摸化学感受魅力”的活动主题，奇妙的化学实验创造了奇迹，世界也因化学而精彩。5、奇妙的化学“溶洞”趣味实验优点1、实验装置设计巧妙，实验现象千姿百态，有利于激发中小学学生学习化学的兴趣，让学生更加热爱化学，热爱大自然。2、“石头”悬挂在生长液的顶部，有的只需几秒钟就能长出五彩缤纷的‘钟乳石’，几分钟就能形成“顶天立地”的“石柱”，‘石头’的生长速度极其迅速。3、此实验既安全又简单,实验材料很容易找到,并且节约试剂,降低了实验成本。4、该实验设计具有可操作性和重复性，绿色环保和节约资源。5、可批量生产教师演示用（大型装置）和学生科学探究用（微型装置）的两种教具，还可批量生产多种一定规格大小的晶体盐，具有推广价值。6、实验活动三步曲小组成员分工情况：1、夏思敏主要负责演示和讲解大型容器的实验方法，以及奇妙的实验过程和现象。2、并用笔记本电脑循环播放实验过程的视频（视频中插入了千姿百态的大自然溶洞奇观）。3、吴桂英、夏年利负责指导观众动手实验。在演示桌上放置多种实验装置及效果的图片和实验操作步骤，听过讲解和观看过视频的观众，按提供的资料和实验用品自己动手完成实验过程，从中体验化学的神奇。7设计编号02-38题目能自动升降的水--钠与水反应实验趣味设计原料广口瓶、软塑料瓶（容积比广口瓶稍小）、橡胶塞、玻璃管、直形活塞、止水夹、钢针、火柴、金属钠、CO2、NaOH稀溶液。仪器设备仪器制作：用带有活塞的直形玻璃管把与广口瓶相配套的双孔橡胶塞和与软塑料瓶相配套的单孔橡胶塞相连，在与广口瓶相配套的双孔橡胶塞上连接一带有止水夹的导气管，橡胶塞小端插入一根钢针，按图1所示装配仪器。原理氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳气体，造成负压，使软塑料瓶里的水被吸入广口瓶中；广口瓶内的金属钠能跟水反应，放出氢气，流入广口瓶内的水又被压回塑料瓶中。操作步骤（1）首先检查装置的气密性完好后，在广口瓶内用排气法收集满一瓶二氧化碳气体，在软塑料瓶内装满一瓶NaOH稀溶液。取一小块金属钠，用滤纸吸干煤油，扎在橡胶塞上的钢针上。再按图1所示组装仪器，此时活塞和止水夹均处于关闭状态。（2）打开活塞开关，轻轻挤压塑料瓶后立即放手，塑料瓶内的液体立即被吸入广口瓶中，同时软塑料瓶逐渐收缩而瘪进去。（3）不久，当广口瓶内液体上升到与钢针上的钠接触时（如不能接触，可用手轻轻摇动装置），钠脱离钢针立即与水发生激烈的反应，并产生大量的氢气，广口瓶内的压强增大，广口瓶内的液体又被压入上面的塑料瓶中，变瘪的塑料瓶逐渐复原。同时可以看到，钠熔化成银白色的小球浮在水面上四处游动，直至完全消失。反应完后，集气瓶中收集有一定量的气体。（4）打开止水夹，轻轻挤压塑料瓶调节气体流速，同时点燃从导管尖嘴口逸出的气体，可以看到气体安静地燃烧，拉出长长的火焰（如图2所示）。实验现象描述8（1）水的自动升降：按图1所示组装仪器后，打开活塞开关，由于氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳气体，造成负压，使软塑料瓶里的水被吸入广口瓶中,软塑料瓶逐渐收缩而瘪进去；当流入广口瓶内的液体跟金属钠接触后，钠与水反应放出氢气，使广口瓶的内压增加,流入广口瓶内的水又被压回塑料瓶中。（2）气体的燃烧：待钠与水的反应完成后，打开止水夹，轻轻挤压塑料瓶调节气体流速，同时点燃从导管尖嘴口逸出的气体，可以看到气体安静地燃烧，拉出长长的火焰（如图2所示）。实验结果（1）本实验设计融合了化学知识和物理知识，将二氧化碳与氢氧化钠溶液反应，钠与水的反应、气体的吸收、气体的产生、液体的升降、氢气的燃烧集于一体进行了演示，不仅现象明显，还能启发学生思考产生现象的原因。实验新颖，趣味性浓，能激发学生的兴趣，活跃学生的思维。（2）实验操作安全可靠，成功率高。因整个装置已处于无氧状态，钠与水反应放热产生的氢气不会引起爆炸，故实验绝对安全。（3）实验装置制作简便，取材容易。注意事项及其他（1）必须保证装置的气密性要好，这是本实验成功的关键。（2）金属钠的取用不要太大。9设计编号04-50题目揭秘巫婆神汉的伎俩原料钠、酚酞溶液、碘片、锌粉、水杯、石头、自制焰色反应器、水、硫酸铜的酒精溶液。仪器设备原理1、钠与水反应浮在水面上，发出“嘶嘶”的声音。2Na+2H2O=2NaOH+H2↑2、碘和铝在常温下不发生反应。加水催化剂后，反应便立即发生。3、铜的颜色呈绿色操作步骤1、神奇的水杯找一个干净的水杯，倒上清水，双手在杯子上乱比划，口中念念有词，突然水中出现了少量的鲜血。这下可不好了妖魔鬼怪逃到水里了，，需请大师化解，大师双手比划时水面上突然出现了一个光亮的小球，且不断地四处游动，并伴有嘶嘶声，水中出现了大量的鲜血，直至最后完全消失。2、石头生烟取几块石头，再取碘片和锌的混合物，，成小丘，在丘顶上压一小坑。往小坑内滴1～2滴水。碘和铝立即发生剧烈反应，产生浓厚的烟雾。3、火烧厉鬼大师口中念念有词，请出收妖神水，对着火焰一喷，绿妖被烧死。4、现场揭秘警察进门捉住道士，现场揭秘。实验现象描述道士依次表演水鬼被杀嘶叫流血、妖魔逃入石头中冒烟、妖魔鬼怪在神水作用下被烧死。警察利用化学知识一一揭秘。实验结果注意事项及其他1、钠块取绿豆大小。2、喷CuSO4的酒精溶液时朝酒精灯火焰的斜上方。化学情景剧《揭秘巫婆神汉的伎俩》作者：徐华、尚升、左强、梁高亮、李硕单位：当阳市第一高级中学时间：2011-5-18老妇人：（咳嗽，显出悲凉的表情）唉-，我的命怎么这么苦啊，染了一身怪病，整天腰酸背痛，浑身没一点力气。这到底是造的什么孽啊？（道士及徒儿上场）徒儿：（虚弱）师傅啊，都一整天没吃饭了，这年头杀妖除魔的生意也太不好做啦。道士：徒儿莫慌，面包总会有的。现在的人是没以前好骗了，不过总有笨的。（看到了老妇人眼睛一亮，拍拍徒儿），徒儿，有饭吃有钱赚啰，跟我来！（走到老妇人面前）道士：哎呀，这位老婆婆，我看你印堂发黑，精神恍惚，该不会是得了什么怪病吧？老妇人：（吃惊）大师你怎么知道的？道士：你身上有一股很重的妖气，依贫道看你家里来了位不速之客。老妇人：（惊慌）这，这可怎么办？徒儿：老婆婆，算你运气好，你今天可是遇上高人啦，我师傅神通广大可以帮你。老妇人：大师你一定要帮帮我，要多少钱都可以！（道士口中念念有词，在老婆婆家里走来走去）老妇人：（咳嗽捶胸）端起水杯准备喝水。徒