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[中圖分類號(hào)]R608 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]C [文章編號(hào)]1673-7210(2007)08(a)-117-02
醫(yī)院消毒供應(yīng)中心是污染的醫(yī)療器械及用品集中的場(chǎng)所。污染的醫(yī)療器械及用品,在滅菌前必須經(jīng)過良好的清洗。對(duì)于需滅菌的物品必須達(dá)到表面清潔,否則細(xì)菌的芽胞可因藏留在污漬中導(dǎo)致滅菌時(shí)蒸汽無法穿透到芽孢表面,使滅菌失敗。清潔是滅菌成功的先決條件。故有“清潔無需滅菌,滅菌必須清潔”之說。
在預(yù)處理物品特性允許的情況下,熱力清洗消毒處理優(yōu)于化學(xué)處理方法。因?yàn)闊崃?duì)微生物的殺滅的機(jī)制是蛋白質(zhì)的凝固和氧化,是對(duì)細(xì)菌細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的直接損傷和對(duì)細(xì)菌生命物質(zhì)――核酸的作用。噴淋清洗消毒機(jī)就是利用熱力、壓力蒸汽的方法進(jìn)行清洗消毒,其特點(diǎn)是易操作、易通過物理參數(shù)(溫度和時(shí)間)控制清洗消毒效果、標(biāo)準(zhǔn)可測(cè)試、可認(rèn)證、處理后無污染、無毒殘留、不刺激皮膚及黏膜、對(duì)環(huán)境無污染等。噴淋清洗消毒機(jī)是現(xiàn)代消毒供應(yīng)中心處理污染器械的主要大型設(shè)備。
1 污染器械的清洗消毒
污染器械清洗消毒方法分三種即手工清洗消毒、超聲波清洗消毒、噴淋清洗機(jī)清洗消毒。
1.1 手工清洗消毒
用于復(fù)雜精密的器械和物品,如各種管腔器械、污漬較嚴(yán)重的器械、有銹跡器械的清洗消毒。手工清洗的方法是在流動(dòng)水中進(jìn)行沖洗和刷洗。手工清洗處理的原則是先進(jìn)行器械浸泡消毒,然后進(jìn)行器械清洗。浸泡的消毒液為含氯消毒劑,浸泡消毒非感染器械的有效氯濃度為500 mg/L,浸泡時(shí)間10 min;浸泡消毒感染器械的有效氯濃度為1 000 mg/L,浸泡時(shí)間30 min。
1.2 超聲波清洗消毒
用于復(fù)雜精密的器械和物品的清洗,如各種穿刺針等管腔器械、手術(shù)用電刀、污漬較重的器械等。
具體操作方法是:在超聲波清洗機(jī)中加水,水量在設(shè)備的水位線以下,添加“酶”清洗液;接通電源,除氣5 min;設(shè)定水溫或超聲時(shí)間;按開啟開關(guān)進(jìn)行清洗;使用后關(guān)閉開關(guān),拔掉電源,清理水槽排水;每天更換清洗液兩次。注意:清洗時(shí)打開器械的關(guān)節(jié)及卡鎖,器械不要直接接觸腔體;加水和倒掉廢液之前拔掉電源以保證安全;超聲清洗只能達(dá)到清潔而不能達(dá)到消毒。
1.3 噴淋清洗機(jī)清洗消毒
用于大部分器械和物品的清洗消毒處理。器械經(jīng)過一個(gè)程序處理,可一次性完成器械清洗、消毒、烘干處理。
1.3.1清洗消毒程序主要包括預(yù)洗、主洗、漂洗、干燥(見表1)。
編制程序?yàn)椋?/p>
P1――清洗消毒手術(shù)器械
P2――清洗消毒呼吸機(jī)管路
P3――清洗消毒病區(qū)器械
P4――清洗消毒拖鞋
P5――快速清洗程序
1.3.2 碗、盤類物品直接擺放清洗架上細(xì)小的器械置于帶蓋的籃筐內(nèi),以防散落。在裝入清洗消毒機(jī)之前,瓶子和其它類似的器皿需倒空,瓶子單獨(dú)倒放。如果瓶子在處理過程中翻到,將難以達(dá)到清洗效果。腹腔鏡的鉗關(guān)節(jié)要打開,把鉗子部分放在支架接口上,把鉗子夾緊。麻醉器械以及呼吸機(jī)管道都要放特制的清洗架上清洗。
器械分類時(shí)避免碰撞、掉落、大把的抓取和傾倒。每件器械必須打開關(guān)節(jié),組合器械應(yīng)拆卸。較重的器械放在下面,較輕的放在上面。剪刀放清洗籃筐內(nèi)應(yīng)標(biāo)記。藥杯應(yīng)裝筐清洗。器械碼放整齊不可超出清洗架,防止懸臂,門卡堵。裝載量不可過多。將待處理的器械擺放器械筐中,然后放置清洗架上,送入清洗機(jī)中清洗消毒。
1.3.3 噴淋清洗消毒機(jī)在不同的清洗程序段中使用循環(huán)水每一程序段結(jié)束時(shí),排空水,再補(bǔ)充新鮮水,包括洗滌劑,器械保護(hù)劑。裝載物品的重要原則是保證沒有物品或物品的某一部分阻礙噴臂的水流到物品的任何部位。每一層清洗架都有一個(gè)清洗臂時(shí),可獲得最好的洗滌效果。
2 污染區(qū)管理
2.1 污染區(qū)的工作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守消毒隔離制度
要按照規(guī)定路線出入;進(jìn)入污染區(qū)需2次更鞋,穿防護(hù)服,加強(qiáng)個(gè)人防護(hù),避免職業(yè)暴露;脫掉手套時(shí)必須洗手;污染區(qū)門、窗需保持關(guān)閉狀態(tài);操作中保持地面干燥,及時(shí)消毒處理;污染區(qū)廢棄物按醫(yī)療垃圾處理;外部人員不得進(jìn)入操作區(qū)。
2.2 做好清洗機(jī)的日常保養(yǎng)和檢查
觸摸清洗機(jī)按鍵需戴清潔手套;經(jīng)常檢查門縫,確保無灰塵灰垢沉積并且彈性良好;必要時(shí)拆出清洗臂加以清洗;清洗機(jī)器內(nèi)腔水垢及過濾網(wǎng);用適用于不銹鋼的洗滌劑清洗消毒機(jī)器外殼及操作面板;確保無物品散落于機(jī)器內(nèi)腔底部;確保清洗架與機(jī)器內(nèi)臂的正確定位;確保清洗臂能自由旋轉(zhuǎn),噴嘴無阻塞;清洗前應(yīng)仔細(xì)分出有銹跡的器械;清洗機(jī)至少每年做一次常規(guī)保養(yǎng),包括必需的修理。
2.3 污染區(qū)的工作人員應(yīng)每天檢查水處理設(shè)備
早班進(jìn)崗前先打開水閥門再打開電源,檢查軟水器儲(chǔ)水箱中水位線,每天向軟水器儲(chǔ)水箱中加醫(yī)用氯化鈉2~3 kg。1號(hào)、2號(hào)軟水器交替使用,每月置換,晚班工作結(jié)束先關(guān)閉電源再關(guān)閉水閥門。
【關(guān)鍵詞】無菌技術(shù);研究;實(shí)驗(yàn);教學(xué);操作
1 無菌技術(shù)的研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題
1.1學(xué)生對(duì)于無菌環(huán)境的認(rèn)識(shí)不夠全面
學(xué)生對(duì)于無菌技術(shù)的認(rèn)識(shí)不夠全面是導(dǎo)致其在教學(xué)過程中出現(xiàn)問題的重要原因之一,對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)不夠,嚴(yán)重地阻礙了實(shí)驗(yàn)的全面進(jìn)行,很可能會(huì)在具體的實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)細(xì)節(jié)上的失誤。在無菌技術(shù)的具體實(shí)踐過程中,它往往包含著各種各樣的要求,例如對(duì)于化學(xué)用品、實(shí)驗(yàn)器材等等,這些因素都直接影響到無菌技術(shù)的操作質(zhì)量,對(duì)于實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的影響是很大的,同時(shí)還包括實(shí)驗(yàn)用品的放置環(huán)境等問題,具體操作過程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)和階段都應(yīng)該注意到,只有如此才能夠?qū)崿F(xiàn)無菌技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究操作的準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性,對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革起到重要的推動(dòng)作用。
1.2實(shí)驗(yàn)研究過程中無菌技術(shù)操作不到位
在很多的操作過程進(jìn)行中,操作人員的動(dòng)作不到位也在很大程度上導(dǎo)致了具體實(shí)驗(yàn)的不規(guī)范性。無菌技術(shù)過程的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟和操作都是至關(guān)重要的,一個(gè)細(xì)節(jié)做不到位就可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的不準(zhǔn)確性。很多學(xué)生在進(jìn)行無菌實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,只注意到了無菌技術(shù)操作過程中的無菌性,忽視了操作前的準(zhǔn)備和操作后物品的保管的無菌性;同時(shí)很多學(xué)生對(duì)于無菌技術(shù)過程中的用品的使用也不太重視,例如工作帽、口罩的使用;洗手、刷手、消毒手等關(guān)鍵步驟也沒有進(jìn)行有效的控制,這對(duì)于無菌技術(shù)的操作有著很大的阻礙作用,對(duì)于實(shí)驗(yàn)的操作是很不利的。
2 如何實(shí)現(xiàn)無菌技術(shù)的研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)
2.1重視無菌實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和認(rèn)識(shí)
充分地認(rèn)識(shí)到無菌技術(shù)對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作的重要性是進(jìn)行完善、合理實(shí)驗(yàn)的重要一項(xiàng),也是促進(jìn)實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行的根本所在。加強(qiáng)對(duì)于無菌實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí),從各個(gè)角度上擴(kuò)寬對(duì)于無菌環(huán)境的認(rèn)識(shí),比如在整個(gè)的醫(yī)療護(hù)理的過程中要保證相關(guān)的化學(xué)藥品的無菌,相關(guān)的無菌區(qū)域不能被污染,通過相關(guān)的技術(shù)來防止病原微生物入侵無菌區(qū)。要嚴(yán)格地保證無菌區(qū)域和相對(duì)無菌區(qū)的干凈,盡量防止微生物的入侵,只有這樣才能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行奠定較為穩(wěn)定的環(huán)境支撐和保證。要對(duì)于無菌環(huán)境的認(rèn)識(shí)上,要善于辨別絕對(duì)的無菌環(huán)境和相對(duì)的無菌環(huán)境,這樣能夠在嚴(yán)格的意義上對(duì)于無菌技術(shù)有較為完整的了解,這樣可以保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。
2.2加強(qiáng)無菌技術(shù)的規(guī)范操作
在具體的無菌技術(shù)的操作過程中不斷地完善操作是最根本的,是促進(jìn)實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行的保證。在具體的實(shí)驗(yàn)過程中,從操作前的準(zhǔn)備工作說,操作的環(huán)境要清潔和寬敞,無菌操作前半小時(shí)應(yīng)停止清掃工作、減少走動(dòng)、避免塵土飛揚(yáng);相關(guān)的工作人員要戴好帽子、口罩,修剪指甲并洗手,必要時(shí)穿無菌衣、帶無菌手套。在操作的過程中,工作人員不能在無菌區(qū)談笑、咳嗽、打噴嚏。沒有用完的藥品不能放回原位,避免感染;同時(shí)對(duì)于無菌用品的放置必須要與其他的物品區(qū)別放開,避免產(chǎn)生感染,更不能放置在空氣中。另外,對(duì)于相關(guān)無菌技術(shù)的操作方法也要進(jìn)行必要的總結(jié),例如安全帽使用時(shí),頭發(fā)全部塞入帽內(nèi),不得外露,每周更換兩次;對(duì)于口罩的使用,在潮濕之后也要及時(shí)地更換,避免產(chǎn)生感染。洗手、刷手、消毒手等動(dòng)作更是如此,要嚴(yán)格地控制其無菌性,進(jìn)行必要的清潔和無菌操作是很必要的,要用專門的肥皂和無菌毛巾進(jìn)行清潔,保證每個(gè)步驟的規(guī)范性。
2.3以植物組織培養(yǎng)為例來闡釋無菌技術(shù)的操作
采用、月季等葉片,無菌環(huán)境包括超凈工作臺(tái)、高壓滅菌鍋、剪刀、培養(yǎng)基、鑷子、95%酒精、70%乙醇、1mol/L氫氧化鈉、蔗糖等溶液試劑。具體的無菌消毒包括四個(gè)方面:原材料的無菌消毒、培養(yǎng)基和相關(guān)用具的消毒、無菌操作和接種、最后的清洗工作。原材料的無菌消毒在使用自來水清洗的前提下再通過洗滌劑的除菌,最后要在紫外線下照射15分鐘。在配置好培養(yǎng)基的時(shí)候,要將各種母液高溫滅菌,冷卻后使用。無菌接種時(shí),在紫外線下照射25分鐘,在超凈工作臺(tái)上開機(jī)20分鐘,用酒精藥棉擦凈,最后進(jìn)行灼燒消毒,等到器具冷卻后方可使用。在實(shí)驗(yàn)的最后一個(gè)步驟,將這些有污染的培養(yǎng)瓶挑出來進(jìn)行滅菌、清洗??偠灾?,無菌技術(shù)是貫穿于所有的實(shí)驗(yàn)過程中的,在無菌技術(shù)操作的各個(gè)環(huán)節(jié)中都要有明確的無菌操作步驟,只有這樣才能夠進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)和研究,確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和規(guī)范性,所以要在認(rèn)識(shí)理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)踐和操作,這才是最關(guān)鍵的。
3結(jié)語
對(duì)于無菌技術(shù)操作的實(shí)驗(yàn)探究來說,學(xué)生要在必要的實(shí)驗(yàn)和理論的基礎(chǔ)之上進(jìn)行操作,根據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)范步驟進(jìn)行操作,提高操作的規(guī)范性。重視無菌實(shí)驗(yàn)的操作,在具體的實(shí)驗(yàn)過程中增強(qiáng)無菌環(huán)境的意識(shí),將這種意識(shí)和精神貫穿于以后的無菌技術(shù)操作過程中去,在具體的實(shí)驗(yàn)過程中,要能夠不斷地進(jìn)行這方面的探討,以促進(jìn)無菌技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué),加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和操作能力,完善個(gè)人的學(xué)科素質(zhì),加速素質(zhì)教育的改革。
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關(guān)鍵詞:肥皂泡;洗潔精:氣體檢驗(yàn);實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)探究
文章編號(hào):1005C6629(2017)5C0069C05 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
1 問題的提出
眾所周知,化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量,全面落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo),具有其他化學(xué)課程內(nèi)容和形式不可替代的特殊作用[1],實(shí)施有效的分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑。分組實(shí)驗(yàn)指的是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中,在教師的指導(dǎo)下,自主進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。它不僅可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手的能力,而且能夠使學(xué)生養(yǎng)成求實(shí)、嚴(yán)肅、認(rèn)真、科學(xué)的良好習(xí)慣,對(duì)學(xué)生參加各項(xiàng)工作將起到有益的作用[2]。
當(dāng)前普通中學(xué)特別是農(nóng)村中學(xué)學(xué)生參與分組實(shí)驗(yàn)的情況令人擔(dān)憂,如吳素萍等在“農(nóng)村中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與反思”[3]一文中所述,其所調(diào)查的學(xué)校從義務(wù)教育九年級(jí)到高中三年級(jí),學(xué)生僅做過一次分組實(shí)驗(yàn)。王吉霞等在“農(nóng)村中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)情況調(diào)查與分析”[4]一文中的結(jié)果同樣令人揪心,只有35.1%的學(xué)生進(jìn)行過分組實(shí)驗(yàn)。王世騰在“高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課常見氣體的制備與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”[5]一文中認(rèn)為:常見氣體的制備和檢驗(yàn)是考查學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要抓手,目前常見的氣體實(shí)驗(yàn)教學(xué)采取的是教師講、學(xué)生記的模式,學(xué)生缺乏實(shí)踐的機(jī)會(huì),造成教育理念與教育實(shí)踐相脫節(jié)的矛盾。
王吉霞等建議,要提高學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識(shí),必須增開學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn),健全中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的配套設(shè)施,包括實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置、專職實(shí)驗(yàn)人員的配備等[6]。但是,以上措施并不是短時(shí)間可以解決的,需要一個(gè)長期的過程。而一屆又一屆的學(xué)生就這樣在期待中畢業(yè),失去了參與分組實(shí)驗(yàn)所帶來的體驗(yàn)和提高自身化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的機(jī)會(huì)。因此,必須尋找一種快速簡便的方法,使學(xué)生有機(jī)會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,并在動(dòng)手中體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂趣。為了解決以上問題,以中學(xué)常見氣體的檢驗(yàn)為重點(diǎn),探究有利于實(shí)施分組的實(shí)驗(yàn)方案,盡可能讓更多學(xué)生特別是農(nóng)村地區(qū)學(xué)生有機(jī)會(huì)在簡陋條件下動(dòng)手體驗(yàn)氣體檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過程。
2 設(shè)計(jì)思路
實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、設(shè)計(jì)的過程本身就是一個(gè)探究的過程、也是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的過程[7]。為了讓更多的學(xué)生有機(jī)會(huì)體驗(yàn)到探究的快樂,必須設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)操作容易、實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性小、探究性強(qiáng)的分組實(shí)驗(yàn)方案。大多數(shù)人都玩過吹泡泡水,吹出來的五顏六色的泡泡總是十分討人喜歡??梢詫⒎磻?yīng)產(chǎn)生的氣體轉(zhuǎn)化為氣泡,觀察氣泡從無到有可以證明有氣體生成,再通過性質(zhì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該氣體。由此,可以從氣體的肥皂泡入手設(shè)計(jì)常見氣體的檢驗(yàn)方案。
2.1 實(shí)驗(yàn)裝置
往燒杯中放入固體反應(yīng)物,再加入液體反應(yīng)物,然后滴入洗潔精。固體與液體反應(yīng)生成氣體,氣體在溶有洗潔精的溶液中形成氣泡。再以氣泡為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)相應(yīng)性質(zhì)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證該氣體的存在。設(shè)計(jì)的裝置見圖1,裝置中所述“洗潔精”為可形成泡沫的洗潔精、洗手液或泡泡水的總稱(下同)。
2.2 實(shí)驗(yàn)原理
使用以上裝置形成的氣泡,每個(gè)氣泡就像一個(gè)氣體收集裝置。與直接將氣體排放檢驗(yàn)相比,使用氣體的肥皂泡進(jìn)行檢驗(yàn)有三個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是可以直觀體驗(yàn)到氣體的生成,如果檢驗(yàn)的氣體無色無味,沒有肥皂泡無法觀察到氣體的生成;二是可以減緩氣體的擴(kuò)散速率,由于洗潔精的存在,反應(yīng)產(chǎn)生的氣體收集在肥皂泡里,不會(huì)立即擴(kuò)散,有利于分組實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生從容地進(jìn)行檢驗(yàn);三是可以確保實(shí)驗(yàn)安全環(huán)保,如果檢驗(yàn)的氣體具有可燃性或者毒性,收集在肥皂泡里可以防止分組實(shí)驗(yàn)時(shí)大量氣體飄散到實(shí)驗(yàn)室中釀成實(shí)驗(yàn)事故。
為了觀察到明顯現(xiàn)象,以上裝置產(chǎn)生的肥皂泡要足夠大,而肥皂泡的大小與表面張力有關(guān)。表面張力是指液面作用于單位長度分界線的張力[8],由于上層空間氣相分子對(duì)它的吸引力小于內(nèi)部液相分子對(duì)它的吸引力,所以該分子所受合力不等于零。其合力方向垂直指向液體內(nèi)部,結(jié)果導(dǎo)致液體表面具有自動(dòng)縮小的趨勢(shì),這種收縮力稱為表面張力。表面張力這種“收縮力”越小,越有利于產(chǎn)生大的氣泡。林子健在“神奇的表面力”[9]一文中,測(cè)得水的表面張力是常見液體中最強(qiáng)的,而加入表面活性劑如洗潔精等會(huì)明顯降低水的表面張力。
任文輝等在“液體表面張力系數(shù)與溫度、濃度的關(guān)系”[10]一文中的研究表明:溫度越高,表面張力系數(shù)越小。說明溫度越高,越有利于形成大的氣泡。但是,升高溫度同時(shí)容易導(dǎo)致氣泡破裂。為了防止氣泡的破裂,可以通過加入大分子有機(jī)物增大液體分子之間的引力。特別是對(duì)于水分子,如果能夠形成更多的氫鍵,分子間的作用力就更大,氣泡也可以變得更大更穩(wěn)定。經(jīng)過試探,往洗潔精中加適量蔗糖、甘油、膠水等含多羥基的有機(jī)物,可以使氣泡變大且較穩(wěn)定。但在氣體制備放熱導(dǎo)致的較高溫度條件下,甘油、膠水可能無法發(fā)揮最佳效果。而在該條件下往洗潔精中加入適量蔗糖效果則不受影響,這與濃硫酸與蔗糖反應(yīng)產(chǎn)生的“黑發(fā)糕”現(xiàn)象[11]具有異曲同工之妙。因此,為了簡化實(shí)驗(yàn)過程并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果,首選蔗糖進(jìn)行研究。
3 常見氣體檢驗(yàn)的分組實(shí)驗(yàn)方案
經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),并經(jīng)過課堂可行性驗(yàn)證,最終設(shè)計(jì)出氧氣、二氧化碳、氫氣等常見氣體的分組實(shí)驗(yàn)方案。
3.1 蔗糖洗潔精的配制及氧氣檢驗(yàn)方案
制備氧氣的反應(yīng)物通常為二氧化錳粉末和過氧化氫水溶液,由于反應(yīng)較為劇烈且放熱,要將氧氣留住形成不易破裂的較大氧氣氣泡,需往洗潔精中加入一定量的蔗糖。如果蔗糖含量過多,會(huì)形成大量的泡沫而非氣泡(見圖2)。
為了探究洗潔精中蔗糖的合適含量,本實(shí)驗(yàn)使用二分法設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)方案。先固定反應(yīng)物及洗滌劑的量,再通過改變蔗糖的質(zhì)量對(duì)比實(shí)驗(yàn)效果。具體做法如下:準(zhǔn)備二氧化錳2克、30%過氧化氫溶液10毫升、洗手液5毫升各若干份,先不加蔗糖做空白實(shí)驗(yàn),然后以1克蔗糖和5克蔗糖作為二分法的兩個(gè)界限分別做對(duì)照實(shí)驗(yàn),再選擇效果好的一組尋找中間區(qū)間做對(duì)照實(shí)驗(yàn),以此類推。在五次試探后,終于尋找到可以生成穩(wěn)定較大氧氣氣泡所需的蔗糖含量。實(shí)際操作方案如表1。
實(shí)驗(yàn)圖片如圖3。從圖3可以看出,方案5生成的氧氣氣泡較大且均勻,并能穩(wěn)定存在,有利于氧氣的檢驗(yàn)。
根據(jù)以上探究結(jié)果,氧氣分組實(shí)驗(yàn)操作方法為:取2克二氧化錳粉末倒入500毫升燒杯中,將2克蔗糖溶解在5毫升歐柏麗牌洗手液中配成蔗糖洗潔精并倒入燒杯中,再倒入10毫升30%過氧化氫水溶液(編者注:30%雙氧水對(duì)皮膚有較強(qiáng)腐蝕性,建議降低濃度使用或讓學(xué)生戴上乳膠手套)。此時(shí)有較大氣泡平緩產(chǎn)生,且氣泡大小適中,并呈蜂窩狀穩(wěn)定存在。將帶火星的木條靠近氧氣氣泡,木條復(fù)燃,現(xiàn)象非常明顯(見圖4)。此法可作為義務(wù)教育化學(xué)教材中氧氣制備和檢驗(yàn)的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)方案。
3.2 二氧化碳檢驗(yàn)方案
在二氧化碳的檢驗(yàn)方案中,同樣以二分法探究洗潔精中蔗糖含量對(duì)氣泡大小及穩(wěn)定性影響問題。以碳酸氫鈉2克、pH約為1的稀鹽酸制備二氧化碳,在5毫升歐柏麗牌洗手液中分別加入0克、1克、5克蔗糖進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn),再根據(jù)效果選擇區(qū)間點(diǎn)進(jìn)行探究。最終得到在該條件下加入3克蔗糖效果最佳。
具體分組方案如下:往500mL燒杯中加入2克碳酸氫鈉,再加入由5毫升歐柏麗牌洗手液和3克蔗糖配制的蔗糖洗潔精,然后倒入10毫升pH約為1的稀鹽酸,此時(shí)反應(yīng)較快進(jìn)行,并產(chǎn)生較大呈蜂窩狀穩(wěn)定的二氧化碳?xì)馀?。用燃燒著的木條靠近氣泡,木條熄滅,證明有二氧化碳生成。此法可作為義務(wù)教育化學(xué)教材中二氧化碳制備和檢驗(yàn)的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)方案。
在檢驗(yàn)二氧化碳后,再用燃燒著的鎂條插入二氧化碳?xì)馀葜校V條劇烈燃燒(見圖5)。燃燒后泡沫表面有黑色物質(zhì)存在,同時(shí)可以觀察到鎂條變成白色粉末。此法可作為高中一年級(jí)化學(xué)教材中鎂在二氧化碳中燃燒的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)方案。
3.3 氫氣檢驗(yàn)方案
氫氣可以采用鋅與稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)進(jìn)行制備,但在具體的實(shí)驗(yàn)中,不論使用何種洗潔精,鋅與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡都容易破裂,導(dǎo)致鹽酸揮發(fā)出來,產(chǎn)生刺鼻的氣味,不適合分組實(shí)驗(yàn)。如果不使用鹽酸,由于沒有氯離子的催化效應(yīng)[12],鋅與稀硫酸反應(yīng)不夠劇烈,所產(chǎn)生的氫氣氣泡都非常小,不利于燃燒的進(jìn)行。為了得到較大且穩(wěn)定的氫氣氣泡,必須選擇合適濃度的硫酸,同時(shí)必須研究相關(guān)的洗潔精添加配方。
鋅與不同濃度的硫酸反應(yīng)有不同的產(chǎn)物與現(xiàn)象。濃度太小,雖可以得到氫氣但反應(yīng)不夠劇烈;濃度太大,可能出現(xiàn)其他氣體產(chǎn)物且反應(yīng)也不夠劇烈。另外,配制硫酸溶液還要考慮溫度變化導(dǎo)致速率變化的問題,由于濃硫酸稀釋放熱,稀釋后的硫酸溫度較高,當(dāng)場(chǎng)用于分組實(shí)驗(yàn)可以確保實(shí)驗(yàn)成功。但如果是提前配制好的稀硫酸,待恢復(fù)到室溫后反應(yīng)就不夠劇烈,必須在分組實(shí)驗(yàn)前再進(jìn)行試探。因此,為了確保實(shí)驗(yàn)成功,必須現(xiàn)場(chǎng)配制稀硫酸,并用鋅粒試探至其表面有明顯連續(xù)的氣泡冒出(見圖6),試探后可以產(chǎn)生大的氫氣氣泡的硫酸濃度大約在40%左右。
關(guān)于洗潔精中添加物的探究,在蔗糖、甘油等效果都不明顯的情況下,使用膠水、甘油按照不同比例進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn),最終得到可以形成較大且穩(wěn)定氣泡的洗潔精配制方法:往5毫升水中加入歐柏麗牌洗手液、4毫升晨光牌膠水、2毫升甘油,充分混合,該混合液簡稱為膠水甘油洗潔精。
具體的氫氣檢驗(yàn)分組實(shí)驗(yàn)方案如下:往500毫升燒杯中放入五顆黃豆大小的鋅粒,加入約40%稀硫酸20毫升,鋅粒與硫酸較快反應(yīng),再滴入膠水甘油洗潔精,大約30秒后,可以觀察到明顯的氫氣大氣泡。用燃燒著的木條靠近,氫氣氣泡燃燒起來(見圖7)。此法可作為義務(wù)教育化學(xué)教材中氫氣制備和檢驗(yàn)的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)方案。
3.4 c與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的檢驗(yàn)方案
在設(shè)計(jì)完以上實(shí)驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)該思路也可以適用于鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣的檢驗(yàn)。高中一年級(jí)《化學(xué)(必修1)》中演示鈉與水反應(yīng)時(shí),直接將綠豆大的金屬鈉投入水中,通過鈉的四處游動(dòng)說明鈉與水反應(yīng)有氫氣放出。該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象雖然明顯,卻無法直觀體驗(yàn)到氫氣的生成。如果將鈉投入到洗潔精泡沫中,會(huì)有怎樣的現(xiàn)象呢?經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),只要洗潔精泡沫層足夠高,都可以觀察到明顯現(xiàn)象。具體操作如下:
取一大燒杯,滴入適量洗潔精,將水龍頭的出水量調(diào)至最大,然后用燒杯接水。讓大流量的水瞬間沖擊洗潔精,即可以形成高的“洗潔精”泡沫層。往泡沫中滴加幾滴酚酞溶液,再投入綠豆大的金屬鈉。金屬鈉接觸到洗潔精泡沫后,小范圍游動(dòng),周邊溶液迅速變紅色;一段時(shí)間后,鈉塊周邊氣泡燃燒起來,火焰呈黃色(見圖8)。通過以上的燃燒現(xiàn)象,可以證明鈉與水反應(yīng)有可燃性的氣體氫氣生成。為了避免學(xué)生誤以為是金屬鈉直接燃燒起來,應(yīng)該先做鈉直接投入水中的對(duì)照實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生體驗(yàn)到鈉與水直接反應(yīng)并沒有燃燒起來,從而得出泡沫層的燃燒是由氫氣生成造成的。此法可作為高中一年級(jí)化學(xué)教材中鈉與水反應(yīng)氫氣檢驗(yàn)的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)方案。
以上改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中,僅使用普通洗潔精或蔗糖洗潔精、必要的反應(yīng)物和燒杯、酒精燈、小木棒等,即可設(shè)計(jì)出幾種常見氣體檢驗(yàn)的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)方案,包括鈉與水反應(yīng)生成氫氣的檢驗(yàn)、鎂在二氧化碳中燃燒等實(shí)驗(yàn)過程,儀器簡單、操作簡便、現(xiàn)象明顯、環(huán)保安全,適合作為條件簡陋的農(nóng)村中學(xué)開展常見氣體檢驗(yàn)的分組實(shí)驗(yàn)方案。該方案可以讓更多的學(xué)生有機(jī)會(huì)參與分組實(shí)驗(yàn),從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力,有利于他們化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提高。
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