三個中學(xué)化學(xué)實驗的趣味設(shè)計

西華師范大學(xué)化學(xué)教育研究所(637000) 何 晴 文豐玉

1 “可樂生火”實驗

CO2與Na2O2的反應(yīng)屬于教材要求學(xué)生掌握的重要知識點，課本中只給出了反應(yīng)原理，并未進行演示實驗。筆者以魔術(shù)的形式將該實驗展示給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲，使學(xué)生了解并掌握該實驗原理。

1.1 實驗原理

作為常見的碳酸飲料，可樂中的CO2含量占70%～80%。在搖動裝有可樂的塑料瓶時，會產(chǎn)生大量的CO2。Na2O2與CO2發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)原理為：2CO2＋2Na2O2＝2Na2CO3＋O2↑。反應(yīng)過程中，棉花劇烈燃燒。根據(jù)燃燒三要素，引導(dǎo)學(xué)生得出反應(yīng)釋放出大量熱量和有氧氣產(chǎn)生的結(jié)論，從而更好地理解該反應(yīng)原理。

1.2 實驗用品

石棉網(wǎng)、三角架、鑷子、脫脂棉、橡膠導(dǎo)管、止水夾、塑料瓶、藥匙、玻璃管、一瓶密封的可樂、Na2O2。

1.3 實驗步驟

(1)將橡膠導(dǎo)管一端塞入打有小孔的塑料瓶蓋中，另一端連接塞有一小團棉花的玻璃管，并將止水夾夾在導(dǎo)管上。

(2)取2藥匙Na2O2平鋪在較薄的脫脂棉上，將脫脂棉對折幾次后置于石棉網(wǎng)上。

(3)將150mL可樂迅速倒入塑料瓶中，擰緊瓶塞后立即左右搖動塑料瓶。觀察到塑料瓶中有大量的氣體產(chǎn)生，打開止水夾，將玻璃管對準棉花(見圖1)，觀察實驗現(xiàn)象。

圖1 “可樂生火”實驗

1.4 實驗結(jié)果與反思

塑料瓶中產(chǎn)生大量氣體，包有Na2O2的脫脂棉劇烈燃燒。為防止可樂進入導(dǎo)管影響實驗的準確性，塞一小團棉花，起到吸收水蒸氣的作用。用直觀的現(xiàn)象解釋反應(yīng)原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2 “開開辨三體”實驗

課本中給出了“單晶硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料”這一結(jié)論。本實驗從導(dǎo)電性出發(fā)，自制單刀三擲開關(guān)，設(shè)計了辨別導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體三者的趣味實驗，旨在幫助學(xué)生認識硅以及半導(dǎo)體材料在日常生活的重要作用。

2.1 實驗原理

根據(jù)固體能帶理論可知，三者的導(dǎo)電性差異取決于內(nèi)部結(jié)構(gòu)。根據(jù)并聯(lián)電路中小燈泡的明亮程度辨別三者，加強學(xué)生對半導(dǎo)體的認識。

2.2 實驗用品

2節(jié)干電池、電池槽、小燈泡、二極管(硅制)、小木條、銅片、螺絲若干、導(dǎo)線若干、電路板、開關(guān)。

2.3 實驗步驟

(1)分別用2根導(dǎo)線連接銅片、小木條、小燈泡。

(2)將2節(jié)干電池固定在電路板上的電池槽中，小燈泡的一根導(dǎo)線連接電池正極，另一根導(dǎo)線連接開關(guān)。

(3)用3個螺絲分別將連接銅片、木條、二極管的一端固定，再用一個螺絲將三者的另一端用導(dǎo)線固定在一起，實現(xiàn)單刀三擲開關(guān)的制作，并在該螺絲處連1根導(dǎo)線至電源負極，完成該電路的連接(見圖2)。

(4)將開關(guān)置于不同的螺絲上，觀察實驗現(xiàn)象，實驗記錄見表1。

圖2 實驗電路連接圖

表1 導(dǎo)電性實驗記錄單

2.4 實驗結(jié)果與反思

通過小燈泡的明亮程度，學(xué)生能直觀感受到三者在導(dǎo)電性能上的差異，對物質(zhì)硅有了初步認識。

3 “紅瓶子”實驗

氮為重要的無機元素，在自然界中以多種形式存在。以氨氣為代表，通過觀察錐形瓶中溶液顏色和天平讀數(shù)的變化，引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)氨氣的部分化學(xué)性質(zhì)，進一步理解質(zhì)量守恒定律，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。

3.1 實驗原理

3.2 實驗用品

大試管、橡膠塞、直形導(dǎo)管、50mL錐形瓶、膠頭滴管、電子天平(0.01g)、5mL注射器、藥匙、濃氨水、固體NaOH、蒸餾水、酚酞試劑。

3.3 實驗步驟

(1)取一藥匙NaOH固體于干燥的試管中，向其中加入3mL濃氨水，將產(chǎn)生的氨氣收集在錐形瓶中，并用橡膠塞塞緊。

(2)用注射器吸取5mL酚酞試劑，豎直插入錐形瓶橡膠塞的正中間。

(3)電子天平調(diào)零后，將錐形瓶放在托盤的正中間，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄實驗數(shù)據(jù)(見圖3)。慢慢推動注射器活塞，觀察錐形瓶中的顏色并記錄天平的讀數(shù)(見圖4)。

圖3 反應(yīng)前

圖4 反應(yīng)后

3.4 實驗結(jié)果與反思

向錐形瓶中注入酚酞溶液時，錐形瓶中的溶液立即變?yōu)榧t色；電子天平上的讀數(shù)和實驗開始前保持一致。由此驗證了質(zhì)量守恒定律，學(xué)生能得出氨氣和水發(fā)生發(fā)應(yīng)后的水溶液呈堿性的結(jié)論，為進一步學(xué)習(xí)氨氣知識奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

充分利用化學(xué)實驗，挖掘教材中不同形式實驗的功能，讓學(xué)生真正意義上參與實驗、探究實驗、熱愛實驗，進而熱愛化學(xué)。趣味實驗的進行能幫助學(xué)生更好地掌握知識點，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，充分感受實驗在化學(xué)學(xué)習(xí)中獨特的魅力與價值。