神奇的“水中閃火花”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

摘要：闡述了由濃硫酸、乙醇與高錳酸鉀三者作用形成的“水中閃火花”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程、原理。指出通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心，提高學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

關(guān)鍵詞：水中閃火花實(shí)驗(yàn)；趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1005–6629（2013）10–0046–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

新課程的基本理念是倡導(dǎo)通過以實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的過程，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強(qiáng)化科學(xué)研究的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[1]。然而由于實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)難、耗時(shí)多，很多課堂普遍存在弱化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，不利于學(xué)生形成一定的觀察能力、思維能力與創(chuàng)新精神。鑒于此點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了如下創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來啟迪學(xué)生的思維，開闊學(xué)生的眼界。

基于初中化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)“魔棒點(diǎn)燈”的原理，濃硫酸與高錳酸鉀混合生成 Mn2O7，當(dāng)它遇到酒精等可燃物質(zhì)時(shí)即發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，并產(chǎn)生很高的溫度而使酒精燈燃燒。因此，筆者設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單、易行、安全、有趣的“水中閃火花”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，目的是激發(fā)高一學(xué)生的好奇心，使學(xué)生對(duì)化學(xué)產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，可供同行參考。

1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

電子天平、試管、鐵架臺(tái)、鐵夾、鑰匙、10 mL量筒、無水乙醇、98%濃硫酸、高錳酸鉀。

2 實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象

2.1 實(shí)驗(yàn)操作

取一支潔凈的試管，向試管里注入4 mL無水乙醇，然后再沿著試管內(nèi)壁慢慢地注入5 mL的98%濃硫酸，把試管垂直固定在鐵架臺(tái)上，試管里的液體分為兩層，上層為酒精，下層為98%濃硫酸。待冷卻至室溫，用藥匙取5～6粒小顆粒狀的高錳酸鉀晶體（每顆平均重量為0.0071 g）慢慢撒入試管里。

2.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

加入的高錳酸鉀顆粒會(huì)慢慢下沉，漸漸落到兩液面交界處。水中出現(xiàn)一番奇景：高錳酸鉀顆粒在交界處上下跳動(dòng)，試管里兩層液體交界面出現(xiàn)一閃一亮的火花，并聽到輕微的響聲。

3 實(shí)驗(yàn)原理分析

查閱資料[2]：高錳酸鉀密度：2.7 g/cm3；98% 濃H2SO4密度：1.826 g/cm3；無水乙醇密度：0.7893 g/cm3。高錳酸鉀的密度比98%濃 H2SO4和無水乙醇都要大，因此，高錳酸鉀晶體會(huì)下落，當(dāng)落到兩液面交界處，顆粒狀的KMnO4與98%濃 H2SO4反應(yīng)，生成了一種爆炸性的綠色油狀物Mn2O7：2KMnO4+H2SO4=Mn2O7+ K2SO4+H2O。Mn2O7在273 K以下穩(wěn)定，靜置時(shí)緩慢地失去氧而生成MnO2，受熱爆炸分解成MnO2、O2和O3，并以爆炸方式使大多數(shù)有機(jī)物發(fā)生燃燒[3]。酒精是易燃有機(jī)物，遇到Mn2O7 就會(huì)燃燒。但是由于氧氣的量較少，只能發(fā)出點(diǎn)點(diǎn)火花，而不能使酒精連續(xù)燃燒，于是在液體中出現(xiàn)了一閃一亮的奇特火花。同時(shí)由于在兩液面交界處反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生少量的氣體，所以未反應(yīng)顆粒會(huì)在交界處上下跳動(dòng)，直至反應(yīng)停止。

4 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

高錳酸鉀晶體（所用高錳酸鉀是顆粒狀，40粒總重量為0.286 g，平均每粒重量為0.0071 g）的用量要適量，不可太少或過多，一次性加入最好控制在5～15粒（0.0355～0.1065 g）以內(nèi)，若量太少反應(yīng)現(xiàn)象不明顯，若量過多反應(yīng)太劇烈，使試管里的液體會(huì)沖出來。

5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義

“水中閃火花”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)打破了傳統(tǒng)的思維——水火不容，解決了對(duì)學(xué)生來說，神秘而又好奇的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)化學(xué)產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)所需的藥品簡(jiǎn)易，操作簡(jiǎn)便、省時(shí)、重復(fù)性好、現(xiàn)象明顯等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能特點(diǎn)，致力于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，可以使學(xué)生感知有趣的化學(xué)現(xiàn)象，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，提高學(xué)生的觀察能力、分析能力和探究能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）[S].北京：人民教育出版社，2003：2；33.

[2]周公度.化學(xué)辭典（第2版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：225；418；741.

[3]北京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室等編.無機(jī)化學(xué)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2003：760～767.