對(duì)幾個(gè)趣味實(shí)驗(yàn)的探究*

李旭娃 伏軍賢 吳小平 許潔

摘要： 對(duì)“燒不壞的手絹”實(shí)驗(yàn)、“黑面包”的制作實(shí)驗(yàn)作了改進(jìn)探究，得出優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件并作相關(guān)的說明。根據(jù)碘在水、煤油、四氯化碳中的顏色不同以及碘在這些溶劑中的溶解度不同，探究設(shè)計(jì)了一個(gè)三層色的趣味實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)經(jīng)典的銀鏡反應(yīng)，探究設(shè)計(jì)了凸面鏡、凹面鏡、平面鏡的制作實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞： 趣味實(shí)驗(yàn); 燒不壞的手絹; 黑面包實(shí)驗(yàn); 碘的萃取; 鏡面制作

文章編號(hào)： 10056629（2020）12006103

中圖分類號(hào)： G6338

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

在化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟O(shè)置問題情境，啟發(fā)學(xué)生思維，對(duì)問題的探究層層深入，使認(rèn)識(shí)不斷提高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中的奇特現(xiàn)象，有很強(qiáng)的吸引力，往往會(huì)使學(xué)生歡呼雀躍，興奮異常。不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望和探究欲望。因此，成功的化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)，能形成熱烈的教學(xué)場(chǎng)面，在歡快的氛圍中完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)到教學(xué)目的。

然而，在化學(xué)課上又常會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)失敗的情況，無(wú)法產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)效果，還會(huì)出現(xiàn)尷尬的場(chǎng)面，影響教學(xué)的順利進(jìn)行。因此，對(duì)這些實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行深入的研究和改進(jìn)。以

下就一些趣味實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)及創(chuàng)新作一些介紹。

1對(duì)兩個(gè)趣味實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

有些化學(xué)實(shí)驗(yàn)要在特定環(huán)境及條件下才能成功。這類實(shí)驗(yàn)按照文獻(xiàn)資料中的敘述進(jìn)行，常會(huì)出現(xiàn)失敗的現(xiàn)象。

1.1“燒不壞的手絹”實(shí)驗(yàn)

滬教版初中化學(xué)教材[1]中有一個(gè)“燒不壞的手絹”的有趣實(shí)驗(yàn)： 將20mL 95%的酒精和10mL的水混合。將一塊棉布手絹浸入配好的混合液中，浸透取出，輕輕擰干，用坩堝鉗夾持，在酒精燈上點(diǎn)燃，并輕輕抖動(dòng)手絹?；鹧嫦绾?，觀察手絹的變化，說明其原因。

筆者按照教材中的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果手絹常燒出孔洞，邊緣出現(xiàn)焦黑，這是什么原因呢？

酒精易燃而水不能燃燒。點(diǎn)燃時(shí)，酒精燃燒放出的熱量，加快了酒精的揮發(fā)，也促進(jìn)了水的揮發(fā)。而酒精和水的揮發(fā)會(huì)吸收熱量，降低了手絹的溫度，可使其溫度達(dá)不到著火點(diǎn)。在教材及很多資料中，95%的酒精與水的混合比例一般都是2∶1。但筆者從自己的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以2∶1混合時(shí)，酒精比例是略偏高的，手絹被燒壞的幾率較大。當(dāng)以2∶1.6混合時(shí)，酒精比例又太低，常不易引燃。在以2∶1.5、 2∶1.4、 2∶1.3等比例混合時(shí)，則可以放心、大膽地進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)?zāi)艹晒Χ植粫?huì)出現(xiàn)手絹被燒壞的情況。

棉質(zhì)手絹的毛細(xì)作用比絲質(zhì)的更強(qiáng)，吸水性更好，同時(shí)，將手絹浸泡取出后，不要擰得太干，可使火焰更大，持續(xù)的時(shí)間更長(zhǎng)，更具有吸引力。

1.2“黑面包”的制作實(shí)驗(yàn)

很多版本的高中老教材[2]以及現(xiàn)行高中教材[3]中，都有這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)： 向200mL燒杯中加入20g蔗糖，加入幾滴水，攪拌均勻，然后加入15mL濃硫酸，迅速攪拌，觀察現(xiàn)象。按照蔗糖和濃硫酸的這一比例，在不同條件下實(shí)驗(yàn)會(huì)得到不同的結(jié)果。

1.2.1用量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

實(shí)驗(yàn)1（室溫12℃）向100mL燒杯中加入10g蔗糖，5滴水，攪拌均勻，然后加入7.5mL濃硫酸，迅速攪拌，觀察現(xiàn)象。結(jié)果變?yōu)楹谏吵淼幕旌衔?。再靜置較長(zhǎng)時(shí)間，在其表面有很多小氣泡被混合物所裹挾，而混合物并沒有明顯膨脹，即“黑面包”未能制得。這可能是由于反應(yīng)物用量太少所致[4]。因此，又進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)2（室溫12℃）向100mL燒杯中加入20g蔗糖，10滴水，攪拌均勻，然后加入15mL濃硫酸迅速攪拌。結(jié)果黑色粘稠物很快膨脹，形成“黑面包”。多次實(shí)驗(yàn)都是如此。但由于反應(yīng)物用量過多，有少量黑色混合物流到了燒杯外。

實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2說明，蔗糖與濃硫酸的混合物能否膨脹（即“黑面包”能否形成），與反應(yīng)物用量的多少有關(guān)，用量越多，混合物越易發(fā)生膨脹。這是因?yàn)榉磻?yīng)物用量越多，放出的熱量越多，混合體系的溫度越高。

1.2.2溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

對(duì)于“黑面包”的制作，分別在冬、夏不同的季節(jié)中用相同用量的反應(yīng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)照，在夏季都獲得了成功，而在冬季多次出現(xiàn)了失敗現(xiàn)象。因此，又在具體不同的溫度條件下進(jìn)行了探究。

實(shí)驗(yàn)3（室溫7℃、蔗糖、濃硫酸、水及燒杯等儀器都是在7℃的室內(nèi)久置的。下同）（1）向100mL燒杯中加入20g蔗糖、10滴水，攪拌均勻，再加入15mL濃硫酸，迅速攪拌，結(jié)果未能發(fā)生膨脹。（2）向100mL燒杯中加入20g蔗糖、10滴水，一邊攪拌，一邊用酒精燈微熱，使混合體系的溫度升到20℃以上，然后加入15mL濃硫酸，迅速攪拌，結(jié)果混合物發(fā)生了膨脹，形成了“黑面包”（混合物同樣流出了燒杯外）。

既然20g蔗糖、15mL濃硫酸、10滴水混合后在100mL燒杯中發(fā)生膨脹時(shí)混合物會(huì)流出燒杯外，那么反應(yīng)物用量能否再減少些呢？

實(shí)驗(yàn)4（室溫7℃）向100mL燒杯中加入18g蔗糖、9滴水，一邊攪拌一邊用酒精燈微熱，使混合體系的溫度升到20℃以上，然后加入13mL濃硫酸，迅速攪拌，結(jié)果混合物發(fā)生了膨脹，形成了“黑面包”。

實(shí)驗(yàn)3說明，蔗糖與濃硫酸混合后能否形成“黑面包”，與環(huán)境溫度有很大的關(guān)系。環(huán)境溫度相對(duì)越高，實(shí)驗(yàn)越易成功。即在不同的地區(qū)、不同的季節(jié)，環(huán)境溫度相差較大的相同用量的實(shí)驗(yàn)，不一定能得到相同的結(jié)果[5]。實(shí)驗(yàn)4說明該實(shí)驗(yàn)反應(yīng)物用量還能減少些。

該實(shí)驗(yàn)在100mL燒杯中，以蔗糖18～20g、水9～10滴、濃硫酸13mL為宜;在200mL燒杯中，一般用大于18g的蔗糖與大于13mL的濃硫酸（例如用20g蔗糖、10滴水與15mL濃硫酸混合）為宜。從溫度來說，環(huán)境溫度高于20℃最為適宜。當(dāng)?shù)陀?5℃時(shí)，為了保證混合物能夠膨脹，應(yīng)對(duì)燒杯及其中的蔗糖和水進(jìn)行微熱（用酒精燈或熱水?。缓筮M(jìn)行后續(xù)操作。

2幾個(gè)創(chuàng)新趣味實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

2.1碘在不同溶劑中的顏色

在高中教完鹵族元素及相似相溶原理之后，可以通過化學(xué)課外活動(dòng)或興趣小組活動(dòng)等形式進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)。

取2支小試管，分別編為1號(hào)、2號(hào)。（1）向1號(hào)小試管中加入一粒芝麻大小的碘，再加入少量水，振蕩，得到淺黃色溶液;再向其中加入比水多的酒精，振蕩后，得到棕色溶液（隨酒精比例大小的不同其顏色不同）。（2）取2mL該棕色溶液于2號(hào)試管中，向其中一次性加入1mL四氯化碳，再一次性慢慢加入1mL煤油，靜置后形成三層溶液： 上層無(wú)色，中間棕色，

下層無(wú)色;然后放入熱水浴（盛開水的燒杯）中，靜置6～8分鐘取出，其顏色發(fā)生了很大的變化： 上層橘紅色，中間金黃色，下層紫紅色（各層的顏色隨靜置時(shí)間長(zhǎng)短的不同而不同，但都很成功），界面分明，色澤鮮艷，清晰透明，光彩奪目。

此實(shí)驗(yàn)涉及的可供學(xué)生探究的問題： （1）密度的大小關(guān)系： 四氯化碳、水、煤油的密度依次減小。（2）相似相溶現(xiàn)象： ①四氯化碳分子和碘分子都是非極性分子，碘易溶于四氯化碳，水中的碘能被四氯化碳萃取出來;②水分子和酒精分子都是極性分子，水和酒精相互易溶;③酒精是有機(jī)物，而且分子極性小，碘易溶于酒精中。（3）互不相溶現(xiàn)象： 有機(jī)物和無(wú)機(jī)物性質(zhì)相差較大，①煤油與水互不相溶;②水與四氯化碳互不相溶;③煤油與四氯化碳相互易溶，但因中間水的隔離而不能相遇，故無(wú)法相溶;④水分子是極性分子，碘在水中的溶解度很小。

2.2面鏡的制作

銀鏡反應(yīng)是一個(gè)經(jīng)典而有趣的實(shí)驗(yàn)，有關(guān)的研究文章及配方多有介紹[6]，下面介紹各種面鏡的制作。

2.2.1凸面鏡的制作

向燒杯中加入開水，使水面離杯口約1.5cm，在杯口放一直徑為6cm的干燥潔凈的表面皿（凹面朝上）。向一試管中加入1mL 2%的AgNO3溶液，再逐滴加入1mL 2%的氨水溶液，邊滴加邊搖動(dòng)。然后加入1mL 10%的葡萄糖溶液，充分振蕩后倒入表面皿中。用酒精燈加熱燒杯，使水緩慢沸騰。當(dāng)表面皿中的混合物出現(xiàn)黑褐色時(shí)，移去酒精燈，靜置約10分鐘。取下表面皿，倒去混合液，用水沖洗，便得到一個(gè)光亮銀白的凸面鏡，可以清晰地照出自己的頭像。

2.2.2凹面鏡的制作

取一個(gè)直徑為9cm的表面皿，在凹面邊緣上放3個(gè)厚約1～2mm，長(zhǎng)、寬都略小于1cm的橡皮塊（可以從學(xué)生用橡皮擦上切取），使其大致位于正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上，用透明膠帶粘住。向一試管中加入2mL 2%的AgNO3溶液，再逐滴加入2mL 2%的氨水溶液，邊滴加邊搖動(dòng)。再加入2mL 10%的葡萄糖溶液，充分振蕩。向一燒杯中加入開水，使水面離杯口約1.5cm，將表面皿（凹面朝上）放在杯口上。將試管中的混合液的大部分倒入表面皿中。再將一個(gè)直徑為9cm的表面皿（凹面朝上）放在其上的3個(gè)橡皮塊上，使表面皿的凸面與液體接觸（為有適當(dāng)多的接觸，預(yù)先要做好調(diào)試）。用酒精燈加熱燒杯，使其緩慢沸騰，當(dāng)混合液中出現(xiàn)黑褐色時(shí)，移去酒精燈，靜置約10分鐘。取下上面的表面皿，用水沖洗凸面，便得到一個(gè)光亮潔凈的凹面鏡，照鏡時(shí)，可看到自己縮小倒立的頭像。

2.2.3平面鏡的制作

向一燒瓶中加入開水，使水面離杯口約1.5cm，在杯口放一塊干燥潔凈的玻璃片（要求水平）。向一試管中加入1mL 2%的AgNO3溶液，同上配制銀氨溶液，再加入1mL 10%的葡萄糖溶液，振蕩。用潔凈、蘸有少量水的毛筆在玻璃片上涂上一個(gè)圓面（涂濕的部位可以消除水的表面張力，便于液體擴(kuò)散）。將試管中的混合液吸出，滴在涂濕的圓面上（不要滴得太多，以防流到圓面外）。用酒精燈加熱燒杯，當(dāng)混合物出現(xiàn)黑褐色時(shí)移去酒精燈靜置10～15分鐘，取下玻璃片，倒掉混合液，用水沖洗，得到一個(gè)平面鏡，照鏡時(shí)可以清楚地看到自己的頭像。

面鏡制作的反應(yīng)原理為[7]：

Ag++NH3·H2OAgOH↓+NH+4

AgOH+2NH3·H2O[Ag（NH3）2]++OH-+2H2O

R-CHO+2[Ag（NH3）2]++2OH-

R-COO-+NH+4+2Ag↓+3NH3+H2O（其中的R為葡萄糖分子結(jié)構(gòu)中去掉醛基后的部分）

教材中乙醛、葡萄糖發(fā)生的銀鏡反應(yīng)實(shí)驗(yàn)一般都是在試管中進(jìn)行的。而這里利用銀鏡反應(yīng)原理制得的面鏡，能夠使學(xué)生看到自己的頭像。將學(xué)生所學(xué)的知識(shí)成功地與生活實(shí)際相聯(lián)系，比試管中的實(shí)驗(yàn)更有吸引力、更能激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)、更能獲得成就感，讓學(xué)生倍感有趣，倍受鼓舞。

作為化學(xué)教師，一定要有毅力、有耐心，注重做好每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，堅(jiān)持不懈，練就過硬的基本功，熟練掌握操作技巧。對(duì)于失敗的實(shí)驗(yàn)要分析其原因，對(duì)于成功的實(shí)驗(yàn)，要考慮能否改進(jìn)，還要盡可能地開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的研究，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)、趣味實(shí)驗(yàn)發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[7]人民教育出版社化學(xué)室.?全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書·化學(xué)（必修加選修）（第二冊(cè)）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2003： 165.