滲透裝置實驗教學論文

『壹』 實驗二 達西滲透實驗

1.實驗目的

1)通過穩定流條件下的滲透實驗，進一步加深理解線性滲透定律———達西定律。

2)加深理解滲透流速(v)、水力坡度(I)、滲透系數(K)之間的關系，並熟悉實驗室測定滲透系數(K)的方法。

2.實驗內容

1)了解達西滲透實驗裝置(圖B-2、圖B-3)。

2)驗證達西滲透定律。

3)測定不同試樣的滲透系數。

3.實驗原理

在岩石空隙中，由於水頭差的作用，水將沿著岩石的空隙運動。由於空隙的大小不同，水在其中運動的規律也不相同。實踐證明，在自然界絕大多數情況下，地下水在岩石空隙中的運動服從線性滲透定律:

圖B-2 達西儀裝置圖(底部進水)

水文地質學概論

式中:Q為滲透流量，m³/d或cm³/s;K為滲透系數，m/d或cm/s;ω為過水斷面面積，m²或cm²;Δh為上、下游過水斷面的水頭差，m或cm;L為滲透途徑的長度，m或cm;I為水力坡度(或稱水力梯度)， ;v為滲透流速，m/d或cm/s。

利用該實驗可驗證達西線性滲透定律:Q=KωI或v=KI。其主要內容為:流量(Q)(或v)與水力坡度(I)的一次方成正比。在實驗時多次調整水力坡度(改變水頭)，看其流量(Q)(或v)的變化是否與水力坡度一次方成正比關系。

實驗時，可直接測定流量(Q)、過水斷面面積(ω)和水力坡度(I)，從而可求出滲透系數(K)值

室內測定滲透系數，主要採用達西儀。其實驗方法有兩種:①達西儀由底部供水，出水口在上部(圖B-2)。實驗過程中，低水頭固定，調節高水頭;②達西儀是由頂部供水，水流經砂柱，由下端流出(圖B-3)。實驗過程中，高水頭固定，調節低水頭，即調節排水口的高低位置。由底部供水的優點是容易排出試樣中的氣泡，缺點是試樣易被沖動。由頂部供水的優缺點與前一種正好相反。本實訓以頂部供水的達西儀為例進行介紹。

4.實驗儀器及用品

1)達西儀(圖B-3)。

2)量筒(500mL)1個。

3)秒錶。

圖B-3 達西儀裝置圖(頂部進水)(編號說明見圖B-2)

4)搗棒。

5)試樣:①礫石(粒徑5～10mm);②砂(粒徑0.6～0.9mm);③砂礫混合(①與②混合)樣。

5.實驗步驟

(1)實驗前的准備工作

1)測量:分別測量金屬圓筒的內徑(d)，根據 計算出過水斷面面積(ω)和各測壓管的間距或滲透途徑(L)，將所得ω、L數據填入表B-2中。

2)裝樣:先在金屬圓筒底部金屬網上裝2～3cm厚的小砂石(防止細粒試樣被水沖走)，再將欲實驗的試樣分層裝入金屬圓筒中，每層3～6cm厚，搗實，使其盡量接近天然狀態的結構，然後自上而下進行注水(排水管2和水源5連接)，使砂逐漸飽和，但水不能超出試樣層面，待飽和後，停止注水。如此繼續分層裝入試樣並飽和，直至試樣高出上測壓管孔3～4cm為止，在試樣上再裝厚3～4cm小礫石作緩沖層，防止沖動試樣。

3)調試儀器:在每次試驗前，先給試樣注水，使試樣全部飽水(此時溢水管7有水流出)待滲流穩定後，停止注水。然後檢查3個測壓管中水面與金屬圓筒溢水面是否保持水平，如水平，說明管內無氣泡，可做實驗。如不水平，說明管內有氣泡，需排出。排氣泡的方法是用吸耳球對准水頭偏高的測壓管緩慢吸水，使管內氣泡和水流一起排出。用該方法使3個測壓管中水面水平，此時儀器方可進行實驗。

以上工作也可由實驗室教師在實驗課前完成。

(2)正式進行實驗

1)測定水頭:把水源5與排水管2分開，將排水管2放在一定高度上，打開水源5使金屬圓管內產生水頭差，水在試驗中從上往下滲透，並經排水口流出，此時溢水管7要有水溢出(保持常水頭)。當3個測壓管水頭穩定後，測得各測壓管的水頭，並計算出相鄰兩測壓管水頭差，填入表B-2中。

2)測定流量:在進行上述步驟的同時，利用秒錶和量筒測量時間(t)內排水管流出的水體積，及時計算流量(Q)。連續兩次，使流量的相對誤差小於5%(相對誤差(δ)= ，Q₁、Q₂分別為兩次實驗流量值，取平均值填入表B-2中。

表B-2 達西滲流實驗報告表

3)按由高到低或由低到高的順序，依次調節排水管口的高度位置，改變Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個測壓管的水頭管讀數。重復步驟1和2，做2～4次，即完成3～5次實驗，取得3～5組實驗數據。

實驗過程中注意:①實驗過程中要及時排除氣泡，並保持常水頭;②為准確繪制v-I曲線，要求測點分布均勻，即流量(水頭差)的變化要控制適度。

(3)資料整理

依據以上實驗數據，按達西公式計算出滲透系數值，並求出其平均值，填入表B-2中。

6.實驗成果

1)提交實驗報告(表B-2)。

2)抄錄其他小組另外兩種不同試樣的實驗數據(有時間時，可自己動手做)。在同一坐標系內，以v(滲透流速)為縱坐標，I(水力坡度)為橫坐標，繪出3種試樣的v-I曲線，驗證達西定律。

復習思考題

1.當試樣中水未流動時，3個測壓管的水頭與溢水口水面保持在同一高度，為什麼?

2.為什麼要在測壓管水頭穩定後再測定流量?

3.三種試樣的v-I曲線是否符合達西定律?試分析其原因。

4.比較不同試樣的滲透系數(K)值，分析影響K值的因素?

5.在實驗過程中為什麼要保持常水頭?

6.將達西儀平放或斜放進行實驗時，其實驗結果是否相同?為什麼?

『貳』 淺談高中化學探究性實驗教學中的實驗安全

淺談高中化學探究性實驗教學中的實驗安全

論文關鍵詞： 高中化學 探究實驗 安全與環保

論文摘 要： 新課改要求我們通過以化學實驗為主的多種探究活動，使學生體驗科學研究的過程，激發學習化學的興趣，強化科學探究意識，促進學習方式的轉變，在實踐中培養學生的創新精神和實踐能力。但是，在實驗探究中，有許多實驗存在安全隱患，這往往容易被忽視。本文就高中化學探究性實驗教學中的實驗安全案例及學生實驗環保意識的培養兩個方面進行了有效的分析。

中學化學課本中，將近一百七十多個化學實驗，多屬於有毒、易燃、易爆物的製取及性質實驗，同時又接觸到了工業制硫酸、硝酸、合成氨工業、煉鐵、煉鋼、電解、電鍍等化工生產過程，可進行環保教育滲透的內容很多。在每章、每節的教學時，加強對環保教育的滲透，從化學角度出發，講明污染源的生成及危害原理，使學生知其然，也知其所以然，從原理上明白危害的原因及防護措施。例如講到水污染時，應重點講明白水污染的污染源主要是含有金屬離子的工業廢水的任意排放及農葯的使用。常見的重金屬離子為鋇離子、汞離子、銅離子、鉻離子等。這些重金屬離子可使生物體內蛋白質凝固，一旦含有這些重金屬離子的水被人飲用，則會使人體中運輸血液的血紅蛋白凝固而導致缺氧窒息死亡。

一、高中化學探究性實驗教學中的常見實驗安全案例分析

（一）違反操作規定。

案例1：點燃氫氣必須先檢驗純度。可是，如果你在用鋅和鹽酸反應製取氫氣的演示實驗過程中，當鋅粒反應完後，打開反應器的塞又裝上鋅粒，塞上塞就點燃，就會引起儀器爆炸。為什麼會發生爆炸事故呢？這是因為你違背了點燃氫氣前必須檢驗純度的操作規定。實驗過程中打開塞裝鋅粒跟實驗開始時裝鋅粒相同，反應器里進入了空氣，氫氣和氧氣混合，點燃都會發生爆炸。

案例2：在制乙烯時，在大試管里倒入酒精和濃硫酸，加熱時，就會發生液體噴出事故。為防止這樣的事故發生，在加熱液體製取氣體時，應加入瓷片以防爆沸。還要注意，如果你用酒精和濃硫酸加入瓷片加熱制乙烯，用排水取氣法收集完畢時，先撤去了酒精燈，冷水就會沿導管流入盛濃硫酸的燒瓶，以致引起燒瓶炸裂。這是因為你違背了實驗操作而引起的。加熱製取氣體並用排水法收集，實驗完畢時，應先把導管從水裡撤出，再撤酒精燈。上面的操作正好顛倒了，先撤去了酒精燈，還沒來得及取導管，水就沿導管流入反應器，引起儀器炸裂，濺出硫酸。

（二）用葯過量發生事故。

一些實驗雖然劇烈，但試劑量小並無危險，用葯量稍大便會發生危險。

案例3：紅磷在氧氣里燃燒時，反應很劇烈，但葯量少時並無危險。在做分組實驗時，讓學生觀察紅磷在氧氣里燃燒時的現象，放入的葯量一定要適量，不得隨意用葯，否則就會發生意外事故。

案例4：配製銀氨溶液時，如果加入過量的氨水，且不隨配隨用，久置後再用，溶液中生成了容易爆炸的物質，用時就會引發爆炸事故。此實驗要防止加入過量氨水，銀氨溶液必須隨配隨用，不能久置。

案例5：銅和熱濃硫酸反應，銅和硝酸反應。盡量控制反應物的用量，只要能得到正確的有明顯的結果，學生能觀察到其物質的存在，了解和掌握它的性質就可以了。

（三）葯品混入雜質。

案例6：在用氯酸鉀和二氧化錳的混合物加熱製取氧氣時，錯把木炭粉當作二氧化錳加入試管與氯酸鉀混合，使得葯品中混入了雜質，造成了爆炸事故。因此用葯時要認真辨清葯物，不得馬虎從事。

案例7：做甲烷的演示實驗時，有人沒有把空氣排凈就點燃甲烷氣體，產生爆炸事故。此實驗應先做甲烷的性質實驗，再點燃甲烷氣體，以防空氣的混入，保證甲烷的純度，避免爆炸事故的發生。

（四）使用失落標簽未經鑒定的試劑發生事故。

案例8：在配製溶液時錯把硫酸當鹽酸使用，造成傷害事故。凡失落標簽的'試劑一定要檢驗確定後再使用，以避免傷害事故的發生。

（五）實驗室空氣不流通。

案例9：在演示氯氣、硫化氫、二氧化氮、一氧化碳等有毒氣體時，或學生實驗可燃性氣體。如制氫氣、乙烯、乙炔等時，如果實驗室空氣不流通，有毒、易燃氣體逸散到空氣中越積越多，達到一定濃度，會引起師生中毒或其他意外事故。因此實驗室應安置通風櫥、換氣扇等通風設施，必須做到實驗室空氣流通。

二、學生實驗安全和環保意識的培養 教師是對學生進行教育的主要實施者，教師的思想、言行對學生有最直接最有效的影響，從「安全意識」的培養角度來說，教師應做到以下幾點：

（一）一絲不苟做好演示實驗。

教師在演示實驗中的一舉一動都直接影響學生動手實驗時的態度和方法，因此，哪怕是最常用儀器的使用也絲毫不能大意，對於一些有危險隱患的實驗更要充分備課，引導學生把不安全因素想全想透。

（二）合理使用反例。

對於一些可以在實驗室模擬的錯誤操作導致的後果，教師可設計一些錯誤的反例加以驗證，以加深學生印象。如不純的可燃氣體點燃爆炸，水倒入濃H?2SO?4中進行稀釋的後果；加熱時先撤酒精燈導致水迴流引起試管炸裂等，只要條件允許，裝置設計合理，不會引起事故的均可一試。

（三）嚴格監督，培養學生良好的實驗習慣。

學生進入實驗室親身體會的印象是最深的，中學生的年齡特點決定了他們對什麼都好奇，好動是他們的天性。因此，在平時學生實驗中除了講清楚規范操作，安全要求外，加強監督也是必不可少的一個環節。

（四）增強防範意識，培養自救能力。

例如：強酸、強鹼濺到身上時的處理，偶遇緊急情況時應如何處理和進行自救。

（五）利用錄像實驗輔助教學真實可信。

對於一些較復雜、有危險、要求高、時間長的實驗，不適合課堂演示，則拍成錄像，於課堂播放。這樣，既保證了實驗的真實性和直觀性，又便於觀察實驗現象，同時也提高了課堂密度。

案例10：如講「碳還原二氧化碳」時，很多同學很難想像這個反應實驗該怎樣做。我經過多次試驗之後，確定採用鐵管作為木炭還原二氧化碳的反應器，然後把實驗拍成2分鍾的錄像，這樣把一個復雜、反應時間長的實驗帶到課堂，起到了良好的效果。其次，為了改進實驗教學，在製取一些有毒物質（氣體、液體）時，要不斷改進實驗裝置，盡量避免氣體外逸或液體泄漏亂淌。對有害尾氣要增加吸收或轉化裝置，不能任意排入大氣中。如製取二氧化硫、硫化氫、二氧化氮、氯氣等有毒氣體時，對其尾氣的處理，可用鹼溶液（如氫氧化Na溶液）來吸收。

三、收獲與反思

綜上所述，只要我們了解各種化學實驗事故發生的引發原因，遵循操作規程，認真仔細地進行操作，就可避免各種事故的發生，做到安全實驗。在實驗操作中，還要教育學生一定要嚴格遵守操作規程進行操作，防止學生一昧追求趣味而亂動手擺弄。要求學生在製取有毒氣體時，盡量利用少量的反應物來製取少量的有毒物質，把污染減少到最低程度。安全實驗的關鍵是要按照操作規定進行實驗，危險也能變為安全。反之，安全也變得不安全。但也不要害怕，也不必滿腹恐懼不敢動手實驗；要熟悉操作規定，了解反應規律，不懂要問，不可蠻干。否則，在實驗過程中一旦發生事故，危及師生的安全，甚至嚴重致殘造成終生不幸，且會影響學生學習化學的興趣，事關重大，務必高度警惕。

參考文獻

[1] 關於化學實驗教學中的安全問題

[2] 夏正盛.高中化學課程標准教師讀本[M].武漢：華中師范大學出版社，2003：44-46.