化學實驗改進簡約化策略的思考和實踐*

朱旋農(nóng)，汪三葉

（鄂南高級中學，湖北 咸寧 437100）

莎士比亞說：“簡潔是智慧的靈魂?！毖菔緦嶒灥母倪M有很多方向和方法，不管從哪一角度思考，都必須遵循最佳實驗方案，我們認為首要考慮的就是簡約化原則。本文通過對新課標人教版高中化學教材的分析和研究，結(jié)合部分演示實驗的改進案例，談談對演示實驗的改進簡約化策略的思考。

一、裝置簡約，操作簡便

鐵（或銅）和氯氣的反應實驗，因為氯氣的毒性，不少老師對這個實驗“望而生畏”，有的甚至不愿意做這個實驗，就連人教版高中新課程化學必修1第四章第2節(jié)也刪去了這個演示實驗。其實，增補和改進這個實驗，對學生理解氯氣的強氧化性很有必要。老教材中鐵、銅和氯氣的反應演示實驗的是用坩堝鉗夾住一束鐵絲（或銅絲），灼燒紅熱后立刻伸入充滿氯氣的集氣瓶中，然后觀察現(xiàn)象。不難發(fā)現(xiàn)該實驗存在如下問題：（1）有毒性的氯氣不可避免逸出，實驗產(chǎn)生的濃煙排放到空氣中污染空氣；（2）提前準備的氯氣可能溢出降低濃度，影響實驗的成功率。很多老師針對這些問題設計不少改進方法，取得了很好的效果。我們在實驗的過程中發(fā)現(xiàn)這些改進的實驗裝置較復雜，操作并不簡單，且耗時較長，不是特別適合于課堂演示。為此我們設計利用布氏燒瓶（又稱抽濾瓶）進行實驗，如圖1所示。改實驗裝置簡單，操作簡便，集制氣、儲氣、反應和驗證產(chǎn)物于一體，教師便于展示，學生易于觀察，有效防止氯氣溢出污染環(huán)境，取得了滿意的實驗效果，改進后的實驗榮獲2012年湖北省高中化學演示實驗創(chuàng)新大賽中一等獎。

圖1

又如乙炔的制備實驗，按現(xiàn)行教材的裝置和方法，實驗過程中存在以下幾點不足：（1）電石和飽和的食鹽水的反應，速度仍然相當?shù)目?，速度難控制；（2）反應過程放出大量的熱，產(chǎn)生大量糊狀泡沫，難以觀察固體和液體反應時固體表面冒氣泡這一現(xiàn)象；（3）混有磷化氫、硫化氫等雜質(zhì)而有特殊難聞的臭味。為此我們設計利用錐形瓶進行實驗，如圖2所示。這樣簡約化的實驗裝置，既能較好地控制反應速率，控制產(chǎn)生氣體的量，反應平穩(wěn)，安全可靠，又能將電石中雜質(zhì)產(chǎn)生的氣體如磷化氫、硫化氫等得到有效的除去，避免了對乙炔性質(zhì)的影響，避免了刺激性氣體對環(huán)境的污染。也是集制氣、儲氣、反應、除雜和驗證產(chǎn)物于一體，取得了不錯的實驗效果。

圖2

二、材料簡約，廉價易得

日常生活中的一些用品可用作化學實驗儀器，我們可以尋找一些簡單的可以替代的材料來進行實驗創(chuàng)新。如礦泉水瓶做噴泉實驗；氣球可以作為容器收集氣體或收集尾氣；特別是注射器，氣密性好，活塞上下伸縮性好，做銅與濃、稀硝酸制NO2、NO實驗，可以很好的防止尾氣污染；注射器也可與軟塑料瓶、導管等組合成氣體發(fā)生器，可以構(gòu)成特殊的反應容器。這些生活用品材料應用得好，可以非常好的起到簡約實驗裝置的作用。

如：銅與濃、稀硝酸反應的實驗，裝置如圖3：

圖3

按現(xiàn)行教材的裝置和方法，有以下幾點缺點：（1）即使有NaOH溶液處理氣體產(chǎn)物，但處理效果不佳，很易污染環(huán)境，威脅教師、學生的健康；（2）由于反應固體和液體不易分離，無法控制實驗的結(jié)束；（3）實驗所用試劑較多，造成試劑浪費；（4）無法證明銅片與稀硝酸反應的產(chǎn)物是NO。我們用注射器代替試管，優(yōu)點很多：（1）所需試劑只有一片銅片、約10mL濃硝酸、10mL稀硝酸、20mL NaOH溶液，用品只需一個注射器、4個小藥瓶，試劑用量大大減少，材料簡單易得且可重復多次使用。（2）可隨時控制實驗的開始與結(jié)束。拉注射器推桿可使銅與硝酸接觸從而使反應發(fā)生，推注射器推桿可使銅與硝酸分離從而使反應結(jié)束，操作簡便可行。（3）利于對反應產(chǎn)物的研究。反應剩余的液體在原盛裝有硝酸的小藥瓶內(nèi)，反應剩余的氣體可短時保留于注射器中，可取樣后對反應產(chǎn)物作進一步研究。生成NO后，在空氣中迅速向后拉注射器推桿，可使空氣進入注射器內(nèi)，無色氣體變?yōu)榧t棕色的現(xiàn)象很明顯，進而可證明銅與稀硝酸反應的產(chǎn)物是NO。

三、形式簡約，現(xiàn)象明顯

乙醇的催化氧化實驗：在一支試管中加入3～5mL乙醇，取一根10～15 cm長的銅絲，下端繞成螺旋狀，在酒精燈上灼燒至紅熱，插入乙醇中，反復幾次。注意觀察反應現(xiàn)象，小心聞試管中液體產(chǎn)生的氣味。該實驗的目的，主要是說明產(chǎn)物中有刺激性氣味的乙醛，從而說明乙醇被氧化。我們在實際教學中發(fā)現(xiàn)，此實驗存在如下問題：（1）教材中的實驗是在一個開放體系完成，不符合綠色化學實驗理念，且不適合做學生分組實驗；（2）目標產(chǎn)物乙醛的檢驗方法缺乏信度；（3）未對產(chǎn)物水作檢測。很多老師針對這些問題設計新的改進方法，取得了很好的效果。但我們在重復實驗的過程中發(fā)現(xiàn)不少實驗耗時較長，不適合于課堂演示。我們利用彎頭試管裝入乙醇代替吸有乙醇的粉筆或棉花，對教材實驗進行了多次探究。探究發(fā)現(xiàn)，決定此實驗成功的關鍵是產(chǎn)物的量和產(chǎn)物能否順利進入檢測體系，為此我們設計利用洗耳球鼓入空氣的方法來解決這一關鍵問題，鼓入空氣既可以增加產(chǎn)物的量，又可以將產(chǎn)物順利帶入檢測體系，如圖4所示，取得很好的實驗效果。改進后的實驗榮獲2011年湖北省高中化學演示實驗創(chuàng)新大賽一等獎。上述幾例實驗的改進，集制氣、儲氣、反應、除雜或驗證產(chǎn)物于一體，節(jié)約儀器、藥品，操作方便，快而明顯，證明性質(zhì)更多，更能引起學生的興趣。“簡約”并不簡單，實驗簡約化的關鍵在哪里?中學化學哪些實驗可以進行簡約化?這是值得深入研究的一個課題?？傊?，在實驗改進的時候，教師要遵循簡約化原則，潛心研究，如何使化學實驗更安全、更簡單、更迅速、現(xiàn)象更明顯，盡可能提高實驗的教學效果。

圖4

［1］劉坤龍.新課程背景下中學化學實驗教學初探［J］.實驗教學與儀器，2008，（6）.

［2］樊會武，朱旋農(nóng)，姚志紅.乙醇催化氧化實驗的改進［J］.化學教學，2012，（8）：49 ～50.