新課程下化學(xué)實驗微型設(shè)計的案例及分析

陳志高

摘 要：微型化學(xué)實驗體現(xiàn)了綠色化學(xué)理念，是化學(xué)實驗改革的一種必然趨勢。本文根據(jù)微型化學(xué)實驗的設(shè)計原則，通過對二氧化硫化學(xué)性質(zhì)實驗、銅與稀硝酸反應(yīng)及原電池原理進行微型化設(shè)計，以體現(xiàn)微型化學(xué)實驗試劑用量少、效果明顯、實驗安全，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而彰顯微型化學(xué)實驗在化學(xué)實驗教學(xué)中的顯著作用。

關(guān)鍵詞：新課程 微型化學(xué)實驗 設(shè)計案例 分析

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）02（c）-0100-01

微型化學(xué)實驗（Microscale Chemical Experiment簡稱M.L）是美籍華裔學(xué)者馬祖圣[1]在其編著的《化學(xué)中的微型操作》首次提出的。它是化學(xué)實驗方法中創(chuàng)新型的變革，近年來在國內(nèi)外的發(fā)展很快。它是指微小量的化學(xué)試劑在微型化學(xué)儀器裝置中進行的一系列化學(xué)實驗[2]。它的化學(xué)試劑用量一般只有常規(guī)實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一。實驗效果顯著，且節(jié)能、環(huán)保、安全、方便。在新課程中引入微型化學(xué)實驗，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手、觀察、思維、自學(xué)等能力，勢在必行。

1 微型化學(xué)實驗設(shè)計原則[3]

微型化學(xué)實驗設(shè)計應(yīng)該遵循：（1）科學(xué)性原則，要求實驗原理、實驗裝置、實驗操作科學(xué)規(guī)范。（2）可行性原則，要求實驗方案可行，現(xiàn)有實驗儀器、試劑、設(shè)備和方法能滿足實驗要求。（3）簡約性原則，要求實驗方案簡單，試劑省，時間短，效果好。（4）安全性原則，要求實驗安全可靠、無污染、可循環(huán)。（5）創(chuàng)新性原則，要求實驗綠色、環(huán)保、有創(chuàng)意。（6）實踐性原則，要求實驗設(shè)計可廣泛地應(yīng)用于化學(xué)實驗教學(xué)。

教學(xué)與實驗同步進行，將全班學(xué)生一、三、五排的向后轉(zhuǎn)，與對應(yīng)的二、四、六排學(xué)生組合成約12個四人一組的實驗小組進行實驗。

2 微型化學(xué)實驗的設(shè)計案例

2.1 二氧化硫的化學(xué)性質(zhì)實驗（見圖1）

實驗原理：

二氧化硫是一種無色、刺激性氣味的有毒氣體，是酸性氧化物，有還原性、氧化性、漂白性。相關(guān)化學(xué)性質(zhì)可通過與紫色石蕊試液、高錳酸鉀溶液、溴水、硫化鈉溶液及品紅溶液的反應(yīng)來驗證。

藥品及儀器：醫(yī)用過干燥250 ml輸液瓶（帶塞）中預(yù)制SO2氣體一瓶，已盛有0.5 ml： ①飽和Na2S（或H2S）溶液；②Br2水；③酸性KMnO4溶液（0.01 mol/l）；④品紅溶液；⑤紫色石蕊試液的青霉素瓶（帶塞）各一個，NaOH溶液（6 mol/L），5 ml一次性注射器2個，小試管一支。

操作及過程：用5 ml一次性注射器抽取已制備好的二氧化硫氣體約3～4ml分別扎入盛有：①飽和Na2S（或H2S）溶液；②溴水；③高錳酸鉀溶液；④品紅溶液；⑤紫色石蕊試液的小青霉素瓶中，充分振蕩，觀察各瓶中的現(xiàn)象。再用另一只注射器抽?。虎芴栃∏嗝顾仄恐械臒o色溶液注入小試管中，并在酒精燈上加熱，觀察溶液顏色變化。

現(xiàn)象及結(jié)論：①瓶硫化鈉溶液中有淺黃色物質(zhì)析出；②瓶中溴水褪色；③瓶中紫色高錳酸鉀溶液褪色；④瓶中品紅溶液褪色；⑤瓶中紫色石蕊試液變紅；將試管微熱一會兒對應(yīng)④復(fù)現(xiàn)紅色。該實驗操作簡單，現(xiàn)象明顯，節(jié)約藥品，便于清洗，始終在密閉環(huán)境中進行無污染。

相關(guān)反應(yīng)的主要方程式為：

①5SO2+2Na2S+2H2O=3S↓+4NaHSO3

②SO2+2H2O+Br2=H2SO4+2HBr

③5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+ 2MnSO4+2H2SO4

2.2 銅與稀硝酸的反應(yīng)

（1）藥品和儀器。

稀硝酸（3 mol/l），銅片，NaOH溶液（6 mol/l），注射器（20 ml），試管，小燒杯。

（2）原理及操作。

先將一無色的小氣球扎在青霉素瓶的膠塞上，用帶針頭的注射器抽干氣球內(nèi)的空氣備用。將3 g細銅絲放入20 ml注射器中壓平擠出空氣，吸入15 ml熱稀硝酸，并將針頭扎進膠塞，使注射器中產(chǎn)生的氣體進入氣球，觀察無色氣體NO的生成，當氣球充滿后，拔出針頭，將酸液擠出，反應(yīng)隨即停止，另用注射器吸入10 ml空氣注入氣球，觀察氣體由無色變成紅棕色，實驗完成后，用注射器抽取紅棕色NO2氣體，推入堿液吸收。

2.3 原電池原理實驗（見圖2）

（1）儀器及藥品。

分別插有0.25 mm鋅絲、0.25 mm銅絲的青霉素瓶膠蓋各一個，同時插有0.25 mm鋅絲、0.25 mm銅絲（不接觸）的青霉素瓶膠蓋一個，盛有約三分之一體積稀硫酸、酒精的青霉素瓶各一個，帶鱷魚夾的導(dǎo)線兩段，檢流計（或萬用表）一個。

（2）實驗過程。

打開盛稀H2SO4青霉素瓶膠蓋，將膠蓋上帶的0.25 mm鋅絲插入稀H2SO4中觀察—— 鋅絲表面產(chǎn)生大量氣泡；再將另一膠蓋上帶的0.25 mm銅絲插入稀H2SO4中觀察——無明顯現(xiàn)象；取出后再將膠蓋上同時帶有0.25 mm鋅絲、銅絲的膠蓋插入稀H2SO4中觀察，鋅絲上氣泡逸出，通過鱷魚夾分別將鋅絲、銅絲與檢流計的兩極相連——鋅絲上的氣泡大大減少，而在銅絲上有氣泡逸出，檢流計的指針偏轉(zhuǎn)；若將稀H2SO4換成酒精—— 現(xiàn)象不復(fù)存在。由此得出構(gòu)成原電池的三大條件：①要有兩根活性不同的金屬（或金屬和非金屬）做電極；②電極均須插入電解質(zhì)溶液中；③兩極之間必須相互連接或接觸。原電池的常規(guī)實驗需消耗大量的酸液，微型改進后耗酸量比原來的千分之一還少，學(xué)生的參與熱情和合作意識空前高漲，有力提高了教學(xué)效益。

3 結(jié)論

微型化學(xué)實驗在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強化動手，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和綠色化學(xué)觀念等方面有著獨到功效。是中學(xué)化學(xué)教育的一次創(chuàng)新性變革，它不僅可以逐步改變我國長期以來重理論、輕實踐、讓學(xué)生在課上畫實驗、課后背實驗的不良教學(xué)狀況，而且可以改變化學(xué)實驗以往在學(xué)生心目中的不良印象，使化學(xué)實驗真正成為化學(xué)科實施素質(zhì)教育的重要途徑。

參考文獻

[1] 黃亞麗.微型化學(xué)實驗及其推廣應(yīng)用[J].漳州師范學(xué)院學(xué)報，1999，12（3）：78-81.

[2] 周懷寧，王得琳.微型有機化學(xué)實驗[M].北京科學(xué)出版社，2002.

[3] 朱兵，吳天龍，朱綺琴，等.化學(xué)實驗改革的新方向—— 微型實驗[J].化學(xué)通報，1991（9）：50-52.