中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

文永蘭

【摘要】本文以微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色思想為依據(jù)，對(duì)中學(xué)《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》新教材第十單元酸和堿中的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了微型化設(shè)計(jì)與改進(jìn)，旨在增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)，提高科學(xué)素養(yǎng)和和培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)教材；微型實(shí)驗(yàn)；研究教學(xué)

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在綠色化學(xué)思想指導(dǎo)下，在微型化的儀器中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，它是80年代脫穎而出的一項(xiàng)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的重要變革，它具有省試劑、少污染、快速、安全、費(fèi)用低、儀器便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。近30年來(lái)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展非常迅速。國(guó)家新的《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》以提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)為主旨，推行探究式的學(xué)習(xí)方法。因化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，采用探究式的學(xué)習(xí)方法必須做到人手一套實(shí)驗(yàn)儀器，自己操作。而微型化實(shí)驗(yàn)正好是可在課間做，課外做的單人獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。1992年我國(guó)的全日制《九年義務(wù)教育初中化學(xué)教學(xué)大綱》就指出：“可以通過(guò)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)完成教學(xué)任務(wù)?！?/p>

在微型化的儀器中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，學(xué)生能清楚準(zhǔn)確的觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，獲得與常規(guī)實(shí)驗(yàn)相同效果的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，掌握實(shí)驗(yàn)的技能和技巧、提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)都具有重要意義。本課題對(duì)中學(xué)《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》人教版教科書第十單元酸和堿的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了微型化研究，旨在增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)，提高科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。

一、酸堿的通性

九年級(jí)化學(xué)教材P48實(shí)驗(yàn)10-1按教科書的操作，將8支試管分成兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在兩組的試管中都分別加入少量食醋、石灰水、鹽酸和氫氧化鈉溶液。并向其中一組試管中加入紫色石蕊試液，另一組試管中加入無(wú)色酚酞試液。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯。但是該實(shí)驗(yàn)只能教師演示或者到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，條件差的學(xué)校還不可能人手一套儀器，人人動(dòng)手去做實(shí)驗(yàn)。如果將實(shí)驗(yàn)微型化，把8支試管換成九孔板，每個(gè)學(xué)生就有了動(dòng)手的機(jī)會(huì)，而且在教室里也可以做到老師和學(xué)生一起動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)：

（一）實(shí)驗(yàn)原理

（1）紫色石蕊遇酸變紅色，遇堿變藍(lán)色；

（2）無(wú)色酚酞遇酸不變色，遇堿變紅色。

（二）實(shí)驗(yàn)用品

九孔井穴板，紙條，膠水，食醋，石灰水，鹽酸，氫氧化鈉溶液，無(wú)色酚酞試液，紫色石蕊試液

（三）實(shí)驗(yàn)裝置

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）取一張紙條（長(zhǎng)寬與九孔井穴板的長(zhǎng)寬一致）按上圖所示，將其折為兩半，在紙條的正面兩邊分別依次寫上食醋、石灰水、鹽酸、氫氧化鈉溶液，在紙條反面右邊寫上“滴加紫色石蕊試液“，左邊寫“滴加無(wú)色酚酞試液”，最后將紙條正面涂上膠水粘在一個(gè)潔凈的九孔井穴板上防止混亂。

（2）按井穴板上的紙條所示依次將每一孔所要加的試劑加入其中（注意：第五孔不加任何試劑，用于將兩組試劑隔開）。

（3）在井穴板的左半部分依次滴加石蕊試液，右半部分依次滴加酚酞試液，并觀察現(xiàn)象。

（五）微型化后的優(yōu)點(diǎn)

（1）藥品用量少，節(jié)約經(jīng)費(fèi)，污染??；

（2）每個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，比看老師演示實(shí)驗(yàn)所得到的效果要好得多，激發(fā)興趣；

（3）由于井穴板是透明的，穿過(guò)井穴板可以看到紙條上的字，紙條標(biāo)明了每一孔所裝的試劑名稱，這樣可使學(xué)生更清晰地觀察和對(duì)比不同試劑與酸堿指示劑的變化情況，通過(guò)自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以總結(jié)出：酸堿指示劑在酸堿中的變色情況。

（4）通過(guò)白色紙條作襯板，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。

二、濃硫酸的腐蝕性實(shí)驗(yàn)

在學(xué)習(xí)常見(jiàn)的酸時(shí)，學(xué)到了濃硫酸的腐蝕性，九年級(jí)教材P51實(shí)驗(yàn)10-3采用紙、小木棍和布來(lái)驗(yàn)證濃硫酸的腐蝕性，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很明顯。通過(guò)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)就得出了結(jié)論：濃硫酸能奪取紙張、木材、布料及皮膚里的水，生成黑色的炭的結(jié)論，說(shuō)服力不夠強(qiáng)。

初中生好奇心非常強(qiáng)，逆反心理也很強(qiáng)，他們不滿足于間接結(jié)論，喜歡對(duì)很多事物進(jìn)行探索。教材中沒(méi)有通過(guò)驗(yàn)證就直接告訴學(xué)生濃硫酸對(duì)皮膚有腐蝕性，使用時(shí)要小心。這樣的結(jié)論，是不會(huì)給學(xué)生很深的印象的。若在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中再補(bǔ)充驗(yàn)證濃硫酸對(duì)皮膚的腐蝕性實(shí)驗(yàn)，對(duì)增強(qiáng)初中生使用濃硫酸要小心的意識(shí)很有好處。實(shí)驗(yàn)如下：

（一）實(shí)驗(yàn)原理

濃硫酸有強(qiáng)的腐蝕性，能夠?qū)⒑?、氫、氧等元素組成的化合物里的水分脫去，使物質(zhì)炭化。

（二）實(shí)驗(yàn)用品

紙、小木棍、布、雞爪、濃硫酸、玻璃棒、小燒杯、滴管。

（三）實(shí)驗(yàn)方法及現(xiàn)象（四）實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)（1）增強(qiáng)學(xué)生對(duì)濃硫酸腐蝕性的認(rèn)識(shí)，加深印象。（2）通過(guò)該實(shí)驗(yàn)暗示學(xué)生做化學(xué)實(shí)驗(yàn)一定要注意安全。三、濃硫酸稀釋的錯(cuò)誤操作在一些實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于某些物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的特殊性，給實(shí)驗(yàn)增加了難度甚至危險(xiǎn)性，對(duì)于有難度甚至危險(xiǎn)性的操作，一般都是避開的，而只給學(xué)生正確的方法，殊不知，在這些操作中，卻蘊(yùn)藏著豐富的內(nèi)容來(lái)供給學(xué)生創(chuàng)新，用以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維能力。

在濃硫酸的稀釋過(guò)程中，如果向濃硫酸中滴加水，會(huì)有危險(xiǎn)，如果讓學(xué)生看到該操作的危險(xiǎn)性，像九年級(jí)教材P21實(shí)驗(yàn)10-5濃硫酸稀釋的錯(cuò)誤操作那樣，由于濃硫酸的量較多，分液漏斗流入錐形瓶中的水量較大，若控制不好危險(xiǎn)性較大，也更不可能讓學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。對(duì)此將該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化改進(jìn)。

（一）實(shí)驗(yàn)原理

濃硫酸用水稀釋時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱。

（二）實(shí)驗(yàn)用品

濃硫酸、水、紫色石蕊試液、青霉素瓶（帶橡膠蓋）、多用滴管、廢的輸液管。（三）實(shí)驗(yàn)裝置

（四）實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

（1）取5mL左右的濃硫酸放入青霉素瓶中，在多用滴管中加入水和紫色石蕊試液。

（2）按上圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置。

（3）擠壓多用滴管使其中的石蕊和水的混合液滴入瓶中。由于石蕊遇酸會(huì)變成紅色，所以滴入石蕊溶液以后濃硫酸沸騰就會(huì)飛濺到瓶壁，在瓶壁上留下一些紅色的小斑點(diǎn)。青霉素小瓶發(fā)熱。但通過(guò)輸液管使瓶?jī)?nèi)部與外界大氣連通，起著緩壓的作用，小瓶不會(huì)炸裂。

（五）微型設(shè)計(jì)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）通過(guò)這種設(shè)計(jì)，既能很好的說(shuō)明將水注入濃硫酸進(jìn)行稀釋的方法具有危險(xiǎn)性，又讓此實(shí)驗(yàn)的過(guò)程毫無(wú)危險(xiǎn)，而且現(xiàn)象明顯，富有啟發(fā)性。

（2）將稀釋濃硫酸的正確操作放于錯(cuò)誤操作實(shí)驗(yàn)之后，經(jīng)過(guò)對(duì)比學(xué)生更容易記住正確的方法。

四、物質(zhì)的導(dǎo)電性

九年級(jí)教材P56實(shí)驗(yàn)10-9試驗(yàn)物質(zhì)的導(dǎo)電性，該實(shí)驗(yàn)所要求的電源沒(méi)有限定，可以用220V的家用電，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯，但用這種電源做實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性較大，很容易觸電，很多學(xué)生都不敢動(dòng)手操作。若將電源變?yōu)榈蛪弘娫醇窗踩妷阂韵拢寣W(xué)生結(jié)合物理知識(shí)，自己連接電路做實(shí)驗(yàn)，他們不但能夠完成，而且會(huì)很感興趣。實(shí)驗(yàn)室里的低壓電源是比較笨重的儀器，只限于實(shí)驗(yàn)室使用，而且做不到人手一臺(tái)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)若將裝置微型化，完全可以作為一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生去探究生活中很多物質(zhì)的導(dǎo)電性，讓他們自己去總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律，最后老師再加以補(bǔ)充修正得出的結(jié)論比老師演示實(shí)驗(yàn)后就將前人已經(jīng)得出的結(jié)論告訴學(xué)生要好得多。對(duì)此，做如下改進(jìn)：

（一）實(shí)驗(yàn)原理

電解質(zhì)在水溶液或熔融狀態(tài)時(shí)，能夠電離成自由移動(dòng)的陰陽(yáng)離子。當(dāng)在電解質(zhì)溶液中插入電極并連接直流電源時(shí)，帶正電荷的陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，帶負(fù)電荷的陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中就形成了電流，使電路形成閉合回路。如：HCI→H⁺+CI^-NaOH→Na⁺+OH^-

（二）實(shí)驗(yàn)用品

導(dǎo)線、碳棒電極（或鉛筆芯）、小燈泡、可供隨身聽用的變壓器（輸出電壓為3～12V）、小燒杯、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉溶液。

（三）實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

（1）在小燒杯中加入鹽酸；

（2）按如圖所示連接電路；

（3）調(diào)節(jié)變壓器電壓并觀察小燈泡發(fā)光情況，當(dāng)電壓調(diào)到最大即12V時(shí)小燈泡最亮；

（4）將燒杯中鹽酸分別換成硫酸、氫氧化鈉溶液后按上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（四）改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)易；

（2）每個(gè)學(xué)生都可以做實(shí)驗(yàn)；

（3）本實(shí)驗(yàn)要用到物理知識(shí)，學(xué)科間知識(shí)相互滲透，學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，更好地將物理知識(shí)運(yùn)用到化學(xué)課上；

（4）實(shí)驗(yàn)裝置中所用的變壓器容易找到，市面上到處有賣。改用這樣的變壓器做電源給學(xué)生做實(shí)驗(yàn)或家庭小實(shí)驗(yàn)提供了可能性和方便。

（五）探究建議

（1）由于本實(shí)驗(yàn)安全性較大，所用儀器容易找到，所以教師教學(xué)時(shí)，可將該實(shí)驗(yàn)放在上課前讓學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后自己找一些生活中的物質(zhì)去探究它們的導(dǎo)電性能，然后老師檢查學(xué)生們的探究成果，再來(lái)上這一節(jié)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的探究成果，老師進(jìn)行總結(jié)。這樣，我認(rèn)為會(huì)更能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和給予他們收獲成功的喜悅，以及培養(yǎng)他們探索生活現(xiàn)象的能力。

（2）本實(shí)驗(yàn)裝置中的小燈泡也可以換成音樂(lè)卡上的音樂(lè)芯片，當(dāng)電路接通音樂(lè)就會(huì)響起。充分利用學(xué)生的各種感官讓他們體驗(yàn)化學(xué)的樂(lè)趣。

四、酸堿鹽的探究

《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》人教版教材將老教材的“酸堿鹽”一章分成兩單元，將鹽的內(nèi)容和化肥合為一單元，將鹽的概念放在第十一單元來(lái)講，其實(shí)在酸和堿之間的反應(yīng)這一課題里就已經(jīng)涉及了鹽，因?yàn)樗釅A之間發(fā)生的中和反應(yīng)產(chǎn)物是鹽和水，而鹽既可以和酸反應(yīng)又可以和堿反應(yīng)，它們?nèi)咧g是可以互相轉(zhuǎn)化的。在學(xué)習(xí)本單元時(shí)，學(xué)生們不知道鹽可以和酸堿反應(yīng)生成另一種酸和另一種堿。教師可以提出問(wèn)題讓學(xué)生猜想，然后再讓自己去探究是否鹽能與酸堿反應(yīng)。由于本單元未涉及鹽的概念，老師應(yīng)提供給學(xué)生一些鹽的名稱，最好是生活中常見(jiàn)的，然后學(xué)生去設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)生們開動(dòng)腦筋后就會(huì)想出很多種方法。

在此，我將自己設(shè)計(jì)的方案介紹如下：

（一）實(shí)驗(yàn)原理

酸能與鹽反應(yīng)生成另一種酸和另一種鹽；堿能與鹽反應(yīng)生成另一種鹽和另一種堿。

如：

2HCI+Na₂CO₃=2NaCI+CO₂↑+H₂ONaCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₂↓+2NaOH

（二）實(shí)驗(yàn)用品

青霉素瓶（2個(gè)），多用滴管，廢輸液管，鹽酸，碳酸鈉，澄清石灰水

（三）實(shí)驗(yàn)裝置

（四）實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

（1）在一支青霉素瓶中加入少量碳酸鈉，再向另一支青霉素瓶中加入少量澄清石灰水；

（2）用多用滴管吸取稀鹽酸；

（3）按上圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)儀器；

（4）擠壓多用滴管使鹽酸滴入瓶中與碳酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡，片刻能觀察到右邊瓶中澄清石灰水變渾濁。

（五）結(jié)論

（1）鹽酸與碳酸鈉反應(yīng)生成的二氧化碳通過(guò)導(dǎo)氣管與石灰水反應(yīng)生成碳酸鈣使溶液變渾濁。

（2）將這個(gè)實(shí)驗(yàn)放在本單元來(lái)做，為下一單元的學(xué)習(xí)作鋪墊。

（3）該實(shí)驗(yàn)中可將鹽酸換成氫氧化鈉，碳酸鈉換成二氧化碳，澄清石灰水換成紫色石蕊試液，但導(dǎo)氣管部分需要一個(gè)止水夾。

利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以通過(guò)動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)掌握化學(xué)知識(shí)，比看教師演示實(shí)驗(yàn)所得到的效果要好得多。因?yàn)椤皩?shí)物學(xué)習(xí)”勝過(guò)“書本學(xué)習(xí)”，在實(shí)驗(yàn)中能提高學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力，培養(yǎng)他們實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新能力。因此，搞好實(shí)驗(yàn)這一環(huán)節(jié)的教學(xué)是實(shí)現(xiàn)化學(xué)新課程“知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀”的三維目標(biāo)的關(guān)鍵。

波意耳說(shuō)：“只有實(shí)驗(yàn)觀察才是形成科學(xué)思維的基礎(chǔ)。”我國(guó)著名化學(xué)家戴安邦也認(rèn)為：實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)全面化學(xué)人才的最好場(chǎng)所。由此可知，化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中發(fā)揮著獨(dú)特的無(wú)可替代的功能，尤其是在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力方面有特殊的功效。探索性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的最佳手段之一。它運(yùn)用了現(xiàn)代教學(xué)思想，在強(qiáng)調(diào)教學(xué)中學(xué)生主體性的同時(shí)，注重教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮，使學(xué)生始終處于不斷探索的情境中，并從中體驗(yàn)到類似科學(xué)家從事科學(xué)研究的那種探索的愉悅感。從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。