幾則高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的探討與反思

劉文琴

摘 要： 化學(xué)是一門(mén)自然科學(xué)，是一門(mén)融合基礎(chǔ)理論與實(shí)踐操作的綜合性課程。實(shí)驗(yàn)占有很重要的地位?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法、科研能力有效的教學(xué)形式。如果能充分利用實(shí)驗(yàn)，不斷對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和探討，師生共同參與，則不僅能降低教學(xué)難度，而且能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生加深對(duì)化學(xué)理論的理解，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度及發(fā)散和創(chuàng)新的思維能力。本文對(duì)探討幾則高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)所引起的反思作出分析，并結(jié)合本校學(xué)生實(shí)際情況探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞： 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 化學(xué)理論 創(chuàng)新能力 發(fā)散思維 知識(shí)遷移

一、氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

必修教材中的噴泉實(shí)驗(yàn)是先收集滿(mǎn)滿(mǎn)一燒瓶干燥的氨氣，并且要求所用燒瓶必須干燥，一旦燒瓶濕潤(rùn)，就要換一個(gè)干燥的燒瓶，否則實(shí)驗(yàn)就會(huì)不成功。改進(jìn)方法：采用的裝置與課本一致，但藥品使用不同。操作方法，向氣密性好的燒瓶中放入固體氫氧化鈉，然后迅速加入少量的濃氨水，蓋上塞子，固定好燒瓶，擠壓膠頭滴管中的水，立即出現(xiàn)噴泉現(xiàn)象。這樣改進(jìn)后，做噴泉實(shí)驗(yàn)可以不用考慮燒瓶是否干燥，因?yàn)闈駶?rùn)的燒瓶，同樣可以做噴泉實(shí)驗(yàn)。而且可以不用事先收集一燒瓶的氨氣，做噴泉實(shí)驗(yàn)的氨氣可以即用即取，操作起來(lái)很方便。在對(duì)此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)過(guò)程中與學(xué)生一起展開(kāi)探討：傳統(tǒng)的氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)，通常用固+固加熱的制氣裝置獲得氨氣，反應(yīng)原理即Ca（OH）■+2NH■Cl■CaCl■+2NH■↑+2H■O，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)是利用濃氨水+固體NaOH這一原理制得氨氣的，NaOH溶于水放熱，促使氨水分解，且OH■濃度的增大有利于NH■的生成。學(xué)生會(huì)思考：1.利用濃氨水+固體NaOH這一原理制得氨氣該用什么樣的制氣裝置？2.這樣制取氨氣利用什么化學(xué)反應(yīng)原理？3.打開(kāi)橡皮管上的止水夾，擠壓膠頭滴管，為什么會(huì)形成噴泉？然后，我們進(jìn)一步引導(dǎo)：如果去掉膠頭滴管打開(kāi)止水夾，則可以用什么方法讓噴泉形成？學(xué)生經(jīng)過(guò)討論和分析，得出：用熱毛巾“捂熱”燒瓶，氨氣受熱膨脹，通過(guò)導(dǎo)管與水接觸，即產(chǎn)生噴泉，或用冰毛巾“冷敷”燒瓶，使水進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，燒瓶?jī)?nèi)氨氣溶于水。這樣的改進(jìn)探討甚至在高三總復(fù)習(xí)階段展開(kāi)都十分具有意義，因?yàn)樯婕傲藝娙獙?shí)驗(yàn)的原理——利用溶解性形成燒瓶?jī)?nèi)外壓力差，幾個(gè)常見(jiàn)的制氣裝置的應(yīng)用，還有氨氣的幾種實(shí)驗(yàn)室制法，甚至化學(xué)反應(yīng)原理如平衡移動(dòng)的原理的復(fù)習(xí)。復(fù)習(xí)起來(lái)飽滿(mǎn)而有張力，從實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)原理到化學(xué)反應(yīng)原理一氣呵成，不僅能提高學(xué)生知識(shí)遷移的能力，而且能幫助學(xué)生加深對(duì)化學(xué)理論的理解。

二、銅、鋅—稀硫酸原電池實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

銅、鋅—稀硫酸原電池實(shí)驗(yàn)中，理論上銅片上有氣泡，鋅片上沒(méi)有氣泡，但是實(shí)驗(yàn)中，由于鋅片的純度低，鋅片上形成大量微小原電池，因此鋅片上有大量氣泡，而銅片上幾乎看不見(jiàn)氣泡，雖然通過(guò)電流計(jì)可以檢測(cè)到電流，但是實(shí)驗(yàn)的直觀(guān)性大打折扣，影響實(shí)驗(yàn)效果。

根據(jù)原電池原理，銅、鋅在一定濃度的稀硫酸中形成的電勢(shì)差是一個(gè)定值，但是實(shí)驗(yàn)中銅片上氣泡少，說(shuō)明通過(guò)溶液的電流低，也就說(shuō)明溶液的導(dǎo)電性差。通過(guò)增加溶液的導(dǎo)電性提高溶液的電流，但如果增加硫酸的濃度，實(shí)驗(yàn)中隨著硫酸的濃度增大，溶液的導(dǎo)電性增強(qiáng)，電流強(qiáng)度增大，銅片上氣泡逐漸增多，但是鋅片上此時(shí)氣泡增加得更多，鋅片上的氣泡擴(kuò)散到銅片上，影響銅片上氣泡的觀(guān)察。另外，如果減小銅片鋅片電極間的距離，就可以觀(guān)察到銅片上氣泡增加，但是此時(shí)鋅片與銅片距離較近，鋅片上的氣泡干擾銅片上氣泡的觀(guān)察。所以，我們做出以下改進(jìn)：

往溶液中加入固體食鹽或者固體的硫酸鉀等。實(shí)驗(yàn)中，隨著食鹽濃度的增加，銅片上的氣泡逐漸增多，此時(shí)測(cè)定電流發(fā)現(xiàn)電流逐漸增大。通過(guò)硫酸溶液中加入氯化鈉，極大地提高了實(shí)驗(yàn)的直觀(guān)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在銅、鋅—稀硫酸原電池中實(shí)驗(yàn)中加入氯化鈉固體或者固體的硫酸鉀等，現(xiàn)象更明顯直觀(guān)。學(xué)生在反復(fù)探討改進(jìn)此實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，同時(shí)也解決許多疑問(wèn)：1.為什么觀(guān)察到鋅片上有大量氣泡，而銅片上幾乎看不見(jiàn)氣泡？2.為什么制取氫氣時(shí)用稀硫酸與粗鋅反應(yīng)比與純鋅反應(yīng)快？3.為什么鋅片與銅片距離靠較近時(shí)，氣泡會(huì)明顯增多？為什么往溶液中加入固體食鹽或者固體的硫酸鉀，現(xiàn)象更加明顯直觀(guān)？通過(guò)探討，學(xué)生會(huì)問(wèn)，會(huì)思，會(huì)悟，更有一種撥云見(jiàn)日、豁然開(kāi)朗的感覺(jué)。整個(gè)過(guò)程中不僅促進(jìn)了學(xué)生注意力的集中，而且激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)進(jìn)行探索式的分析，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，使學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)得到了一定的提高。

三、濃硫酸的“黑面包”實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的濃硫酸的“黑面包”實(shí)驗(yàn)是這樣進(jìn)行的：在個(gè)大號(hào)的實(shí)驗(yàn)杯中加些蔗糖（已研磨細(xì)），不要加太多，適量就好。之后將一個(gè)玻璃棒豎著放在糖的中間的位置。再緩緩倒入濃硫酸（98%），倒的時(shí)候一定要小心，要沿著杯沿倒，讓硫酸沿著杯壁緩緩流下。還有玻璃棒一直要豎著，這樣黑面包做好了也容易取出。加的硫酸不要太多，加多了沒(méi)用，加少了不行?？粗崽潜砻娑伎彀l(fā)黑了就差不多了。這樣做的不足之處是：實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物中的SO■很不利于師生的身體健康，也不符合化學(xué)教育中環(huán)境保護(hù)的初衷，并且本實(shí)驗(yàn)只讓學(xué)生觀(guān)察到濃硫酸使蔗糖炭化，并且膨松成“黑面包”，而未讓學(xué)生明白氣體的成分。我們引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)探討：1.推測(cè)產(chǎn)物成分并如何驗(yàn)證產(chǎn)物成分？2.如何處理有毒氣體？3.如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證產(chǎn)物成分及處理有毒氣體？現(xiàn)將該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)如下。實(shí)驗(yàn)步驟：①將裝置連接好，檢查氣密性。②在圓底燒瓶中放入已研細(xì)的蔗糖約10g滴人1至2mL水，然后將其余藥品按下圖裝置裝入瓶中。③將分液漏斗中的濃硫酸逐滴加入圓底燒瓶。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：可觀(guān)察到圓底燒瓶中的蔗糖由白一黃一棕黃一黑，最后炭化，并且膨松上脹成疏松多孔狀黑色物質(zhì)，像“黑面包”一樣。同時(shí)可看到品紅溶液逐漸變?yōu)闊o(wú)色，可證明有SO■生成。酸性高錳酸鉀溶液顏色由深到淺，可證明已將剩余SO■除去。品紅溶液無(wú)變化，可證明SO■已除盡。澄清石灰水變渾濁可證明有CO■生成。實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)：1.現(xiàn)象明顯，可見(jiàn)度大。圓底燒瓶中可明顯觀(guān)察到蔗糖炭化的一系列過(guò)程，還可觀(guān)察到品紅溶液的褪色和澄清石灰水變渾濁等現(xiàn)象。2.實(shí)驗(yàn)連續(xù)，綜合性強(qiáng)。充分展示濃硫酸的吸水性、脫水性和強(qiáng)氧化性，以及SO■的漂白性、還原性等。3.節(jié)約用品，操作方便。實(shí)驗(yàn)中將濃硫酸改用滴加方式既安全又能控制用量。4.防止污染，保護(hù)環(huán)境。本實(shí)驗(yàn)中的SO■被吸收處理，有利于環(huán)境保護(hù)，并能對(duì)學(xué)生進(jìn)行環(huán)保教育?？傊?，展開(kāi)這樣的改進(jìn)探討有許多好處，可以挖出許多內(nèi)容。在參與的過(guò)程中學(xué)生能詳細(xì)掌握濃硫酸和二氧化硫的性質(zhì)并學(xué)會(huì)運(yùn)用，然后思考：1.酸性高錳酸鉀溶液顏色由深到淺但并未完全褪去，為什么高錳酸鉀要過(guò)量？2.為什么用澄清石灰水變證明有CO■之前必須除盡SO■？怎樣證明SO■是否完全除盡？3.如何區(qū)別CO■和SO■氣體？這樣做，學(xué)生學(xué)會(huì)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙?duì)待化學(xué)實(shí)驗(yàn)，提高了邏輯思維能力和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力。

“聽(tīng)過(guò)的很快會(huì)忘記，看過(guò)的有一些印象，做過(guò)的才能理解、掌握。”這句話(huà)說(shuō)明，學(xué)生只有親自操作，經(jīng)歷了探索知識(shí)的過(guò)程，對(duì)知識(shí)的理解才能深刻。這樣的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探討為學(xué)生提供了主動(dòng)參與、交流合作的機(jī)會(huì)，不僅學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、操作能力、觀(guān)察能力、結(jié)果分析能力有了較大的提高，而且大大提高了化學(xué)理論教學(xué)的成效。化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的靈魂和支柱，也是提高人才科學(xué)素質(zhì)，特別是創(chuàng)新思維能力的重要載體。充分利用實(shí)驗(yàn)，適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生探討實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維素質(zhì)。這也是新課程改革的目標(biāo)之一。同時(shí)也能更好地服務(wù)于教師的課堂教學(xué)，更科學(xué)地用好教材實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能與價(jià)值發(fā)揮到最大，也有利于激發(fā)教師的教研興趣，形成學(xué)習(xí)與創(chuàng)新型的教師隊(duì)伍，提高教師隊(duì)伍的綜合素養(yǎng)。

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