渗透装置实验教学论文

『壹』 实验二 达西渗透实验

1.实验目的

1)通过稳定流条件下的渗透实验，进一步加深理解线性渗透定律———达西定律。

2)加深理解渗透流速(v)、水力坡度(I)、渗透系数(K)之间的关系，并熟悉实验室测定渗透系数(K)的方法。

2.实验内容

1)了解达西渗透实验装置(图B-2、图B-3)。

2)验证达西渗透定律。

3)测定不同试样的渗透系数。

3.实验原理

在岩石空隙中，由于水头差的作用，水将沿着岩石的空隙运动。由于空隙的大小不同，水在其中运动的规律也不相同。实践证明，在自然界绝大多数情况下，地下水在岩石空隙中的运动服从线性渗透定律:

图B-2 达西仪装置图(底部进水)

水文地质学概论

式中:Q为渗透流量，m³/d或cm³/s;K为渗透系数，m/d或cm/s;ω为过水断面面积，m²或cm²;Δh为上、下游过水断面的水头差，m或cm;L为渗透途径的长度，m或cm;I为水力坡度(或称水力梯度)， ;v为渗透流速，m/d或cm/s。

利用该实验可验证达西线性渗透定律:Q=KωI或v=KI。其主要内容为:流量(Q)(或v)与水力坡度(I)的一次方成正比。在实验时多次调整水力坡度(改变水头)，看其流量(Q)(或v)的变化是否与水力坡度一次方成正比关系。

实验时，可直接测定流量(Q)、过水断面面积(ω)和水力坡度(I)，从而可求出渗透系数(K)值

室内测定渗透系数，主要采用达西仪。其实验方法有两种:①达西仪由底部供水，出水口在上部(图B-2)。实验过程中，低水头固定，调节高水头;②达西仪是由顶部供水，水流经砂柱，由下端流出(图B-3)。实验过程中，高水头固定，调节低水头，即调节排水口的高低位置。由底部供水的优点是容易排出试样中的气泡，缺点是试样易被冲动。由顶部供水的优缺点与前一种正好相反。本实训以顶部供水的达西仪为例进行介绍。

4.实验仪器及用品

1)达西仪(图B-3)。

2)量筒(500mL)1个。

3)秒表。

图B-3 达西仪装置图(顶部进水)(编号说明见图B-2)

4)捣棒。

5)试样:①砾石(粒径5～10mm);②砂(粒径0.6～0.9mm);③砂砾混合(①与②混合)样。

5.实验步骤

(1)实验前的准备工作

1)测量:分别测量金属圆筒的内径(d)，根据 计算出过水断面面积(ω)和各测压管的间距或渗透途径(L)，将所得ω、L数据填入表B-2中。

2)装样:先在金属圆筒底部金属网上装2～3cm厚的小砂石(防止细粒试样被水冲走)，再将欲实验的试样分层装入金属圆筒中，每层3～6cm厚，捣实，使其尽量接近天然状态的结构，然后自上而下进行注水(排水管2和水源5连接)，使砂逐渐饱和，但水不能超出试样层面，待饱和后，停止注水。如此继续分层装入试样并饱和，直至试样高出上测压管孔3～4cm为止，在试样上再装厚3～4cm小砾石作缓冲层，防止冲动试样。

3)调试仪器:在每次试验前，先给试样注水，使试样全部饱水(此时溢水管7有水流出)待渗流稳定后，停止注水。然后检查3个测压管中水面与金属圆筒溢水面是否保持水平，如水平，说明管内无气泡，可做实验。如不水平，说明管内有气泡，需排出。排气泡的方法是用吸耳球对准水头偏高的测压管缓慢吸水，使管内气泡和水流一起排出。用该方法使3个测压管中水面水平，此时仪器方可进行实验。

以上工作也可由实验室教师在实验课前完成。

(2)正式进行实验

1)测定水头:把水源5与排水管2分开，将排水管2放在一定高度上，打开水源5使金属圆管内产生水头差，水在试验中从上往下渗透，并经排水口流出，此时溢水管7要有水溢出(保持常水头)。当3个测压管水头稳定后，测得各测压管的水头，并计算出相邻两测压管水头差，填入表B-2中。

2)测定流量:在进行上述步骤的同时，利用秒表和量筒测量时间(t)内排水管流出的水体积，及时计算流量(Q)。连续两次，使流量的相对误差小于5%(相对误差(δ)= ，Q₁、Q₂分别为两次实验流量值，取平均值填入表B-2中。

表B-2 达西渗流实验报告表

3)按由高到低或由低到高的顺序，依次调节排水管口的高度位置，改变Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个测压管的水头管读数。重复步骤1和2，做2～4次，即完成3～5次实验，取得3～5组实验数据。

实验过程中注意:①实验过程中要及时排除气泡，并保持常水头;②为准确绘制v-I曲线，要求测点分布均匀，即流量(水头差)的变化要控制适度。

(3)资料整理

依据以上实验数据，按达西公式计算出渗透系数值，并求出其平均值，填入表B-2中。

6.实验成果

1)提交实验报告(表B-2)。

2)抄录其他小组另外两种不同试样的实验数据(有时间时，可自己动手做)。在同一坐标系内，以v(渗透流速)为纵坐标，I(水力坡度)为横坐标，绘出3种试样的v-I曲线，验证达西定律。

复习思考题

1.当试样中水未流动时，3个测压管的水头与溢水口水面保持在同一高度，为什么?

2.为什么要在测压管水头稳定后再测定流量?

3.三种试样的v-I曲线是否符合达西定律?试分析其原因。

4.比较不同试样的渗透系数(K)值，分析影响K值的因素?

5.在实验过程中为什么要保持常水头?

6.将达西仪平放或斜放进行实验时，其实验结果是否相同?为什么?

『贰』 浅谈高中化学探究性实验教学中的实验安全

浅谈高中化学探究性实验教学中的实验安全

论文关键词： 高中化学 探究实验 安全与环保

论文摘 要： 新课改要求我们通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力。但是，在实验探究中，有许多实验存在安全隐患，这往往容易被忽视。本文就高中化学探究性实验教学中的实验安全案例及学生实验环保意识的培养两个方面进行了有效的分析。

中学化学课本中，将近一百七十多个化学实验，多属于有毒、易燃、易爆物的制取及性质实验，同时又接触到了工业制硫酸、硝酸、合成氨工业、炼铁、炼钢、电解、电镀等化工生产过程，可进行环保教育渗透的内容很多。在每章、每节的教学时，加强对环保教育的渗透，从化学角度出发，讲明污染源的生成及危害原理，使学生知其然，也知其所以然，从原理上明白危害的原因及防护措施。例如讲到水污染时，应重点讲明白水污染的污染源主要是含有金属离子的工业废水的任意排放及农药的使用。常见的重金属离子为钡离子、汞离子、铜离子、铬离子等。这些重金属离子可使生物体内蛋白质凝固，一旦含有这些重金属离子的水被人饮用，则会使人体中运输血液的血红蛋白凝固而导致缺氧窒息死亡。

一、高中化学探究性实验教学中的常见实验安全案例分析

（一）违反操作规定。

案例1：点燃氢气必须先检验纯度。可是，如果你在用锌和盐酸反应制取氢气的演示实验过程中，当锌粒反应完后，打开反应器的塞又装上锌粒，塞上塞就点燃，就会引起仪器爆炸。为什么会发生爆炸事故呢？这是因为你违背了点燃氢气前必须检验纯度的操作规定。实验过程中打开塞装锌粒跟实验开始时装锌粒相同，反应器里进入了空气，氢气和氧气混合，点燃都会发生爆炸。

案例2：在制乙烯时，在大试管里倒入酒精和浓硫酸，加热时，就会发生液体喷出事故。为防止这样的事故发生，在加热液体制取气体时，应加入瓷片以防爆沸。还要注意，如果你用酒精和浓硫酸加入瓷片加热制乙烯，用排水取气法收集完毕时，先撤去了酒精灯，冷水就会沿导管流入盛浓硫酸的烧瓶，以致引起烧瓶炸裂。这是因为你违背了实验操作而引起的。加热制取气体并用排水法收集，实验完毕时，应先把导管从水里撤出，再撤酒精灯。上面的操作正好颠倒了，先撤去了酒精灯，还没来得及取导管，水就沿导管流入反应器，引起仪器炸裂，溅出硫酸。

（二）用药过量发生事故。

一些实验虽然剧烈，但试剂量小并无危险，用药量稍大便会发生危险。

案例3：红磷在氧气里燃烧时，反应很剧烈，但药量少时并无危险。在做分组实验时，让学生观察红磷在氧气里燃烧时的现象，放入的药量一定要适量，不得随意用药，否则就会发生意外事故。

案例4：配制银氨溶液时，如果加入过量的氨水，且不随配随用，久置后再用，溶液中生成了容易爆炸的物质，用时就会引发爆炸事故。此实验要防止加入过量氨水，银氨溶液必须随配随用，不能久置。

案例5：铜和热浓硫酸反应，铜和硝酸反应。尽量控制反应物的用量，只要能得到正确的有明显的结果，学生能观察到其物质的存在，了解和掌握它的性质就可以了。

（三）药品混入杂质。

案例6：在用氯酸钾和二氧化锰的混合物加热制取氧气时，错把木炭粉当作二氧化锰加入试管与氯酸钾混合，使得药品中混入了杂质，造成了爆炸事故。因此用药时要认真辨清药物，不得马虎从事。

案例7：做甲烷的演示实验时，有人没有把空气排净就点燃甲烷气体，产生爆炸事故。此实验应先做甲烷的性质实验，再点燃甲烷气体，以防空气的混入，保证甲烷的纯度，避免爆炸事故的发生。

（四）使用失落标签未经鉴定的试剂发生事故。

案例8：在配制溶液时错把硫酸当盐酸使用，造成伤害事故。凡失落标签的'试剂一定要检验确定后再使用，以避免伤害事故的发生。

（五）实验室空气不流通。

案例9：在演示氯气、硫化氢、二氧化氮、一氧化碳等有毒气体时，或学生实验可燃性气体。如制氢气、乙烯、乙炔等时，如果实验室空气不流通，有毒、易燃气体逸散到空气中越积越多，达到一定浓度，会引起师生中毒或其他意外事故。因此实验室应安置通风橱、换气扇等通风设施，必须做到实验室空气流通。

二、学生实验安全和环保意识的培养 教师是对学生进行教育的主要实施者，教师的思想、言行对学生有最直接最有效的影响，从“安全意识”的培养角度来说，教师应做到以下几点：

（一）一丝不苟做好演示实验。

教师在演示实验中的一举一动都直接影响学生动手实验时的态度和方法，因此，哪怕是最常用仪器的使用也丝毫不能大意，对于一些有危险隐患的实验更要充分备课，引导学生把不安全因素想全想透。

（二）合理使用反例。

对于一些可以在实验室模拟的错误操作导致的后果，教师可设计一些错误的反例加以验证，以加深学生印象。如不纯的可燃气体点燃爆炸，水倒入浓H?2SO?4中进行稀释的后果；加热时先撤酒精灯导致水回流引起试管炸裂等，只要条件允许，装置设计合理，不会引起事故的均可一试。

（三）严格监督，培养学生良好的实验习惯。

学生进入实验室亲身体会的印象是最深的，中学生的年龄特点决定了他们对什么都好奇，好动是他们的天性。因此，在平时学生实验中除了讲清楚规范操作，安全要求外，加强监督也是必不可少的一个环节。

（四）增强防范意识，培养自救能力。

例如：强酸、强碱溅到身上时的处理，偶遇紧急情况时应如何处理和进行自救。

（五）利用录像实验辅助教学真实可信。

对于一些较复杂、有危险、要求高、时间长的实验，不适合课堂演示，则拍成录像，于课堂播放。这样，既保证了实验的真实性和直观性，又便于观察实验现象，同时也提高了课堂密度。

案例10：如讲“碳还原二氧化碳”时，很多同学很难想象这个反应实验该怎样做。我经过多次试验之后，确定采用铁管作为木炭还原二氧化碳的反应器，然后把实验拍成2分钟的录像，这样把一个复杂、反应时间长的实验带到课堂，起到了良好的效果。其次，为了改进实验教学，在制取一些有毒物质（气体、液体）时，要不断改进实验装置，尽量避免气体外逸或液体泄漏乱淌。对有害尾气要增加吸收或转化装置，不能任意排入大气中。如制取二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氯气等有毒气体时，对其尾气的处理，可用碱溶液（如氢氧化Na溶液）来吸收。

三、收获与反思

综上所述，只要我们了解各种化学实验事故发生的引发原因，遵循操作规程，认真仔细地进行操作，就可避免各种事故的发生，做到安全实验。在实验操作中，还要教育学生一定要严格遵守操作规程进行操作，防止学生一昧追求趣味而乱动手摆弄。要求学生在制取有毒气体时，尽量利用少量的反应物来制取少量的有毒物质，把污染减少到最低程度。安全实验的关键是要按照操作规定进行实验，危险也能变为安全。反之，安全也变得不安全。但也不要害怕，也不必满腹恐惧不敢动手实验；要熟悉操作规定，了解反应规律，不懂要问，不可蛮干。否则，在实验过程中一旦发生事故，危及师生的安全，甚至严重致残造成终生不幸，且会影响学生学习化学的兴趣，事关重大，务必高度警惕。

参考文献

[1] 关于化学实验教学中的安全问题

[2] 夏正盛.高中化学课程标准教师读本[M].武汉：华中师范大学出版社，2003：44-46.