對幾個初中常見化學(xué)實驗的再認(rèn)識

魏坤

摘要：化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，化學(xué)實驗在初中化學(xué)教學(xué)中占有重要地位和作用，對初中常見化學(xué)實驗內(nèi)容進(jìn)行全方位、多角度思考，往往會有新穎的啟發(fā)和感悟。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實驗 加熱高錳酸鉀 電解水 再認(rèn)識

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，化學(xué)實驗在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、獲取化學(xué)知識的同時，還能有效促進(jìn)實驗操作能力、觀察能力和思辨能力等學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，是初中化學(xué)日常教學(xué)工作中的重要組成部分。但那些看似簡單而普通的教學(xué)實驗的背后，卻也蘊含著許多不為人知的內(nèi)容，有待我們?nèi)W(xué)習(xí)和探索。下面就針對人教版九年級化學(xué)教材中的幾個常見實驗，談?wù)勛约旱男抡J(rèn)識。

一、加熱高錳酸鉀制氧氣實驗

在人教版九年級化學(xué)上冊教材中有學(xué)生實驗“氧氣的實驗室制取與性質(zhì)”，該實驗至少要收集兩瓶氧氣來進(jìn)行木炭在氧氣中燃燒和鐵絲在氧氣中燃燒。藥品取用太少，將無法完成實驗，藥品取用過多又會造成浪費和環(huán)境污染，那么應(yīng)該取多少高錳酸鉀加入到大試管中呢？按照教材中所提到的，高錳酸鉀在受熱時，分解出氧氣，同時還有錳酸鉀和二氧化錳生成，化學(xué)方程式為2KMnO4 △K2MnO4+MnO2+O2↑，由此計算理論得氧率為10.13%，如果以收集滿兩個250mL集氣瓶為例，通過標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣密度1.429g/L來計算，那么至少需要7.05克的高錳酸鉀。但在實驗中會發(fā)現(xiàn)實際得氧率要高于理論得氧率，這又是什么原因呢？在黃晗達(dá)老師的《高錳酸鉀加熱分解過程研究》一文中，利用熱重分析和X-射線衍射技術(shù)進(jìn)行實驗，提出了新的高錳酸鉀加熱分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6KMnO4 △2K2MnO4+K2Mn4O8+4O2↑和KMnO4 △KMnO2+O2↑，由此計算理論得氧率要大于13.5%，那么通過計算，收集滿兩個250mL集氣瓶，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，只需要高錳酸鉀5.29克。以此類推，在進(jìn)行加熱高錳酸鉀制氧氣實驗之前，根據(jù)學(xué)生進(jìn)行的性質(zhì)實驗的不同，預(yù)計需要制取幾瓶氧氣，并計算好相應(yīng)的高錳酸鉀質(zhì)量，就可以起到節(jié)約藥品、避免過多污染物產(chǎn)生的良好效果。

二、電解水實驗

電解水實驗是引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)元素組成的重要實驗?？墒?，在進(jìn)行該實驗時，總會遇到一種實驗現(xiàn)象：電解水之后生成的氫氣和氧氣的體積比與理論值2︰1相差較大，氧氣的體積沒有達(dá)到氫氣體積的一半。針對這個問題，通過查閱資料，發(fā)現(xiàn)成因較多，主要有以下幾個：

1.兩種氣體的溶解度不同

在20℃和一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，每升水中，氫氣和氧氣的溶解量分別為18.2mL和31.1mL。由此可見，在相同溫度和壓強下，氧氣在水中的溶解度比氫氣大，使收集到的氧氣體積減少。

2.水質(zhì)的影響

若用自來水配制電解液，由于水中的氯離子比氫氧根離子更易失電子，使相同時間內(nèi)產(chǎn)生的氧氣量減少；同時電解生成的活性氧很容易與自來水中的一些還原性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而降低了氧氣的產(chǎn)量。

3.電解質(zhì)的影響

使用稀硫酸做溶液電解質(zhì)時，由于溶液中存在硫酸根離子、硫酸氫根離子等，它們會在陽極生成少量穩(wěn)定的過硫酸、雙氧水與臭氧，減少了氧氣的生成量。而且，因為加入電解質(zhì)可以增加溶液的導(dǎo)電性。所以，當(dāng)電壓一定時，在合理范圍內(nèi)，電解質(zhì)的濃度越大，氫氣和氧氣的體積比越接近理論值2︰1。

4.電極的影響

如果電極材料是銅、鐵、碳（石墨）等活潑電極，它們?nèi)菀妆谎鯕庋趸?，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而消耗了部分氧氣。并且，電極對氣體的表面吸附程度也不同，如鉑對氫氣的表面吸附很小，而對氧氣的吸附卻較大。

正是因為存在著以上的影響因素，氧氣體積沒有達(dá)到氫氣體積一半的這種現(xiàn)象屬于實驗誤差。那么在進(jìn)行實驗時提前做好準(zhǔn)備，盡量減小誤差范圍就很有必有了。比如：

1.課前先電解一下水，讓電解液與電極充分吸收氫氣和氧氣達(dá)到飽和，然后再把氫氣和氧氣放掉，使課堂電解水時，減少電極與電解液對氫氣和氧氣的吸收。

2.盡量使用蒸餾水，減少水中雜質(zhì)。同時，做好水電解器的用后清洗工作和存放環(huán)境的衛(wèi)生管理，盡量杜絕耗氧有機物的產(chǎn)生。

3.選用濃度為10﹪的氫氧化鈉溶液做電解液比較理想，這樣可以減少副反應(yīng)對氫氣氧氣體積比的影響，在保證電解速率的同時也不會明顯增強電解液對儀器的腐蝕。

4.電極材料最好選用惰性的鉑電極。此外，如果選用10﹪的氫氧化鈉溶液為電解液，粗鐵絲、不銹鋼片也是較好的電極材料，因為此類電極表面會生成難溶的保護(hù)膜，避免了在電解過程中被氧氣氧化，從而減少了氧氣的消耗。

三、石灰石與稀鹽酸制取二氧化碳實驗

在人教版九年級化學(xué)上冊教材中，關(guān)于實驗室里制取二氧化碳的裝置選擇有一個探究課題。其中介紹，由于二氧化碳能溶于水，能與水反應(yīng)，所以一般采用向上排空氣法收集二氧化碳。在初中階段的各級各類考試中也經(jīng)常出現(xiàn)不能用排水法收集二氧化碳的考點。那么，是否真的不能用排水法收集二氧化碳呢？我們可以設(shè)想一下，如果將二氧化碳持續(xù)通入水中，由于水槽中的水體積有限，與通入的二氧化碳?xì)怏w接觸面積較小，在小范圍和短時間內(nèi)無法完全吸收通入的大量二氧化碳，多余氣體很可能會進(jìn)入集氣瓶中，從而收集到二氧化碳。在這個設(shè)想中，二氧化碳?xì)怏w的產(chǎn)生速度和數(shù)量就成為了能否用排水法收集二氧化碳的關(guān)鍵，而反應(yīng)物石灰石的形狀，稀鹽酸的濃度是決定二氧化碳產(chǎn)生速度的主要因素。在洪碧瑜老師的實驗探究中，通過改變石灰石的形狀（塊狀、顆粒狀），改變稀鹽酸的濃度（1%～10%），并通過數(shù)據(jù)采集和計算機繪制二氧化碳濃度曲線的方式清楚的展現(xiàn)了當(dāng)采用顆粒狀的石灰石和濃度為7.5%的稀鹽酸為反應(yīng)物時，排水法收集二氧化碳?xì)怏w是可行的。結(jié)合平時的教學(xué)，在有學(xué)生提出能不能用排水法收集二氧化碳的時候，一棍子打死的做法不可取。教師可以安排一節(jié)實驗探究課，通過對上述實驗探究的復(fù)現(xiàn)，讓學(xué)生感知排水法收集二氧化碳是可行的，但也是有前提條件的，這樣不單加深了對書本知識的理解和應(yīng)用，而且更能激發(fā)學(xué)生的想象空間，打破教學(xué)僵硬化的局面，塑造出理性、活潑的學(xué)習(xí)和思考氛圍，提升學(xué)習(xí)幸福感和成就感。

通過對上面幾個教材常見實驗的再認(rèn)識，從實驗原理到實驗細(xì)節(jié)都學(xué)到了很多新穎的啟發(fā)和感悟，也深切體會到化學(xué)實驗的獨特性，感受到化學(xué)學(xué)科的魅力所在。學(xué)無止境，只有保持一份對揭開化學(xué)實驗神秘面紗的渴望，時時探索，處處留意，才能在實驗教學(xué)的旅途中快樂前行。

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