微型化學(xué)實驗教學(xué)淺談

●張正超

所謂微型化學(xué)實驗，就是以盡可能少的化學(xué)試劑來獲取所需化學(xué)信息的實驗方法與技術(shù)，它具備兩個突出的特點：微型化學(xué)實驗中所需藥品用量較少；在微型化的儀器裝置中進行化學(xué)實驗。微型化學(xué)實驗對化學(xué)課堂教學(xué)有如下特點：

一、微型化學(xué)實驗操作簡便，安全

高中常規(guī)實驗比較多，有毒的實驗過半。固體有毒殘留物較好處理。氣體有毒殘留物不便于回收，故很多學(xué)校就配了通風(fēng)櫥，把有毒氣體抽到大氣中，僅僅是轉(zhuǎn)移了污染物，采用微型實驗可將污染降低到最低限度。 氯氣的制備及其化學(xué)性質(zhì)的實驗使用標準儀器就能很好地進行演示，儀器裝置十分龐大，實驗步驟相當繁瑣，而且不便于學(xué)生操作，并且實驗用藥劑量大，并在開放的環(huán)境里做，造成氯氣外逸危害師生的健康。因此，讓學(xué)生利用微型實驗裝置來做氯氣的制備和性質(zhì)實驗，速度快、試劑用量少、現(xiàn)象明顯、而且污染小。

二、微型化學(xué)實驗取材廣泛，制作方便

通過氯氣微型實驗的啟發(fā)，班上的同學(xué)，運用生活中廢棄的塑料杯和醫(yī)用橡膠管組合成一套簡易的微型實驗儀器來制備并探究氯氣的化學(xué)性質(zhì)，具體如下：

按圖1 連接好裝置。向六個小杯子中分別加入：

1 號杯：加入少量的高錳酸鉀固體（墊上錫箔防腐蝕）；

2 號杯：加入少量的濃硫酸；

3 號杯：放入一片干燥的紅紙片；

4 號杯：放入一片濕潤的紅紙片；

5 號杯：放入一片濕潤的碘化鉀淀粉試紙；

圖1

6 號杯：加入適量的氫氧化鈉溶液。

最后向1 號杯滴入幾滴濃鹽酸，觀察所發(fā)生的現(xiàn)象。

基于氯氣實驗的思考，教師積極引導(dǎo)學(xué)生對SO2的綜合實驗進行思考，提出改進方案，學(xué)生根據(jù)微型實驗設(shè)計出實驗裝置。

（一）該裝置的優(yōu)點

1.用量少，污染小。 SO2是有刺激性氣味的有毒氣體，常規(guī)實驗試管口是敞開的，逸散出來，污染空氣；

2.現(xiàn)象明顯，直觀，實驗周期短。

(二)該裝置的不足之處

不能很好的證明SO2對品紅溶液漂白的暫時性和可逆性。 鑒于此，師生提出以下實驗：

1.準備階段

如圖2 裝置A，連接裝置，錐形瓶中加入20mL被SO2漂白后的品紅溶液，用注射器a 預(yù)先吸入2mL滴有酚酞的紅色的氫氧化鈉稀溶液，用針尖扎在膠塞上，最后將帶有注射器和玻璃導(dǎo)管的膠塞塞緊錐形瓶口，保證氣密性完好后備用。

圖2

2.操作步驟及現(xiàn)象

(1)SO2的暫時性漂白實驗

用酒精燈火焰加熱錐形瓶中的無色溶液，可以看到瓶內(nèi)有氣泡產(chǎn)生，溶液顏色逐漸變紅。產(chǎn)生的氣體充滿整個錐形瓶內(nèi)，隨著氣體產(chǎn)生量的增多，瓶內(nèi)壓強不斷增大，對瓶內(nèi)的溶液產(chǎn)生壓力，進而將瓶中的溶液通過導(dǎo)管壓入注射器b 中，同時推動注射器b 的活塞移動。 直到錐形瓶中的溶液全部進入注射器時(如圖2B 所示)停止加熱。

(2)SO2使品紅溶液褪色實驗

圖2B 裝置靜置冷卻一段時間后， 將注射器b的活塞往里推，讓b 中液體進入錐形瓶中，并與瓶內(nèi)SO2反應(yīng)，反復(fù)推拉幾次，直到溶液顏色褪去(如圖2A 所示)。 這樣又可以重復(fù)操作(1)。

(3)驗證產(chǎn)生的氣體是SO2

重復(fù)操作(1)后，這時裝置處于圖B 狀態(tài)，把注射器a 的針尖刺穿膠塞，抽取錐形瓶中的氣體，直至注射器a 中紅色的氫氧化鈉溶液變?yōu)闊o色(如圖2C所示)。

3.實驗反思

(1)探究干燥的SO2氣體本身是否能漂白品紅

【操作及現(xiàn)象】：按圖3 裝置進行實驗，實驗中控制SO2的速度，以每秒鐘3 個氣泡為宜通入品紅的酒精溶液，半小時后，品紅酒精溶液不褪色，說明二氧化硫本身與氯氣一樣，不能直接用于漂白。

（2）探究濕潤的SO2氣體能否漂白品紅

圖3

【操作及現(xiàn)象】：實驗中控制SO2的速度，以每秒鐘3 個氣泡為宜通入品紅的水溶液，半小時后，品紅溶液褪色，說明濕潤二氧化硫能直接用于漂白。

（3）探究SO2能使品紅溶液褪色的微粒是H2SO3，中的哪一種。

【學(xué)生實驗】取等體積、相同濃度的品紅水溶液于兩支試管中，分別加入少量亞硫酸鈉固體和亞硫酸氫鈉固體，兩支試管中的品紅都褪色，由此，兩組同學(xué)得出結(jié)論：使品紅褪色的微粒是不是H2SO3。

【學(xué)生實驗結(jié)果分析】

兩組同學(xué)分別采用單一變量法進行探究，可是兩組同學(xué)均忽略了兩種鹽的水解問題，在兩種鹽溶液中均有只是量的相對多少而已。

【師生共同設(shè)計探究實驗】

師生做了進一步探究，具體做法如下：分別取相同濃度的品紅水溶液各20mL 于兩只小燒杯中，兩只燒杯中同時一次性各加入20mL 0.1mol/L 的亞硫酸鈉溶液和20mL 0.1mol/L 的亞硫酸氫鈉溶液，發(fā)現(xiàn)加入亞硫酸鈉溶液的品紅褪色較快。

微粒濃度(多少)與褪色快慢的關(guān)系如下表所示

三、微型化學(xué)實驗助推教師專業(yè)發(fā)展

教師可以在探索的微型實驗過程中，加深對實驗的綜合理解，豐富自我的經(jīng)驗。 教師研制一套微型裝置，來反應(yīng)制取乙烯，用乙烯利溶液為原料制備乙烯。

乙烯利，易溶于水，甲醇，微溶于甲苯，不溶于石油醚。 乙烯利化學(xué)名稱為2-氯乙基膦酸，在pH 小于3 的酸性溶液中穩(wěn)定存在，在pH 大于3.5 以及堿性溶液中分解放出乙烯。 乙烯利水解反應(yīng)方程式為：

【實驗結(jié)論】

乙烯既能被高錳酸鉀氧化，又能與溴發(fā)生加成反應(yīng)，說明乙烯分子中含有不飽和鍵。

【實驗反思】

能使溴水褪色， 一定就能說明乙烯與溴水發(fā)生了加成反應(yīng)嗎？ 難道沒有發(fā)生取代反應(yīng)的可能嗎？

【設(shè)計思考】比較乙烯和Br2反應(yīng)的兩種反應(yīng)類型的方程式

對比結(jié)果：

方程式（1）取代反應(yīng)后溶液呈酸性；反應(yīng)前后無壓強差。 方程式（2）加成反應(yīng)后溶液接近中性；且反應(yīng)后有壓強差的存在。

【實驗設(shè)計】

根據(jù)反應(yīng)后溶液的酸堿性不同進行設(shè)計。

（1）操作：將干燥的PH 試紙放于表面皿的上，用潔凈干燥的玻璃棒蘸取反應(yīng)后的溶液，點在PH試紙的中央，迅速與標準比色卡對照，觀察PH 試紙顏色對應(yīng)的溶液酸堿性。

（2）現(xiàn)象及結(jié)論：PH 呈現(xiàn)出淺綠色；證明溶液接近中性。

（3）實驗反思：該實驗中如果Br2如果有大量剩余，那必然會干擾溶液酸堿性的檢測，所以實驗過程中盡量確保Br2盡可能反應(yīng)充分。 此外，證明溶液顯酸性的方法很多，只要言之有理，行之有效均可。