巧用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)有效性

徐靜

[摘要]微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)正以其獨(dú)特的有效性和節(jié)能性逐漸廣泛應(yīng)用于課堂教學(xué)中。文章以玻璃w管為例，講述其在不同實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用和對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，充分說明微型實(shí)驗(yàn)器材在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)，并從某些應(yīng)用的局限性分析了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要關(guān)注的一些注意點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]微型化學(xué)實(shí)驗(yàn);玻璃w管;科學(xué)實(shí)驗(yàn);有效性

[中圖分類號(hào)]G633.98[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058（2020）08-0095-02

科學(xué)是一門以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，許多科學(xué)知識(shí)都是在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過認(rèn)真總結(jié)和思考得來的。微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種新的教學(xué)方法，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種變革。如何走進(jìn)“微型”世界，將探究性實(shí)驗(yàn)與微型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)的有效性，是科學(xué)教學(xué)研究的主要方向。目前，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)正以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸廣泛應(yīng)用于科學(xué)課堂教學(xué)中。本文主要探討微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的具體應(yīng)用。

一、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)指用少量的化學(xué)藥品就可達(dá)到相同甚至更好的效果的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，在長期的反復(fù)實(shí)踐和廣泛的醞釀過程中，越來越受到教育工作者的關(guān)注和青睞。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是體積小、時(shí)間短、反應(yīng)速率快、現(xiàn)象明顯、操作簡單、安全性高、操作機(jī)會(huì)多、趣味性高、用藥少、污染低。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)無論是對(duì)于演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，都有獨(dú)特的作用。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)以“實(shí)驗(yàn)”為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生探究能力為目的，能使學(xué)生的學(xué)習(xí)具有更強(qiáng)的探究性，可以使學(xué)生更有自主性，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)品質(zhì)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)可利用廢棄物或身邊廉價(jià)的物品來自制教具，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯?，F(xiàn)以玻璃W管在微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)例來進(jìn)行具體展示。

二、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的具體應(yīng)用

[案例一]檢驗(yàn)蠟燭燃燒后的產(chǎn)物

實(shí)驗(yàn)原型：

如圖1在蠟燭火焰上方罩一個(gè)干燥的燒杯，如圖2在蠟燭火焰上方罩一個(gè)內(nèi)壁蘸有石灰水的燒杯。

預(yù)期現(xiàn)象：干燥的燒杯內(nèi)壁有小水珠出現(xiàn)，蘸有石灰水的燒杯內(nèi)壁出現(xiàn)石灰水變渾濁的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)不足之處：（1）圖1用燒杯收集水蒸氣時(shí)不易操作：若是燒杯位置太高，水蒸氣會(huì)“逃”走，不易在燒杯內(nèi)壁液化，從而收集困難;若是燒杯位置太低，則會(huì)使燒杯溫度過高，不易用手拿，而且即使燒杯內(nèi)壁出現(xiàn)了水珠，若是加熱時(shí)間過長，水又會(huì)被蒸發(fā)走了。（2）圖2檢驗(yàn)二氧化碳時(shí)，雖然涂抹了一層石灰水，但是石灰水量過少，使得石灰水變渾濁的現(xiàn)象不明顯，又因?yàn)镃a（OH）₂的溶解度隨溫度的升高而下降，所以即使有時(shí)會(huì)出現(xiàn)白色固體，也有可能是因?yàn)榧訜徇^程溫度升高，或者水分蒸干后Ca（OH）₂固體析出導(dǎo)致，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論有干擾。

微型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

利用頸部斷裂且廢棄的長頸漏斗，將其頸部在酒精噴燈上彎曲成如圖3中3的直角形狀，再用一根玻璃導(dǎo)管也在酒精噴燈上吹捏成w的形狀，再按圖3進(jìn)行連接。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，在彎曲處2中放入少量澄清石灰水，適當(dāng)調(diào)整高度后點(diǎn)燃蠟燭，注意本實(shí)驗(yàn)蠟燭不宜過長。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，可以看到彎曲處1中有少量水蒸氣冷凝，彎曲處2中的澄清石灰水變渾濁。

微型實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：（1）操作簡便，用鐵架臺(tái)固定后安全系數(shù)高;（2）用廢棄的長頸漏斗做實(shí)驗(yàn)器材可達(dá)到廢物利用的目的;（3）彎曲處2中的石灰水量比燒杯內(nèi)壁涂的石灰水更多，收集的燃燒產(chǎn)物更充分，因此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)中的“玻璃W管”再思考：實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳是否也可微型化？

[案例二]實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳

實(shí)驗(yàn)原型：

如圖4連接實(shí)驗(yàn)裝置，等到產(chǎn)生氣泡一段時(shí)間后再收集二氧化碳。

實(shí)驗(yàn)不足之處：（1）裝置易漏氣。長頸漏斗無活塞關(guān)閉，所以在加藥品初期，由于長頸漏斗頸部未伸入液面下，就會(huì)使裝置漏氣，因此用該裝置制取二氧化碳，所需藥品量較多，浪費(fèi)較大。（2）不易判斷裝氣時(shí)間。錐形瓶容積較大，裝置內(nèi)原有空氣量多，收集二氧化碳只能等氣泡產(chǎn)生一段時(shí)間后進(jìn)行，但并無明顯現(xiàn)象說明空氣已經(jīng)排盡。

微型實(shí)驗(yàn)制?。?/p>

如圖5的裝置所示，微型塑料滴管中加稀鹽酸，“玻璃W管”內(nèi)分別加石灰石和澄清石灰水，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以先看到澄清石灰水變渾濁后，再收集二氧化碳。

微型實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：（1）微型塑料滴管可使用生活中的眼藥水瓶，其作用與圖3中的長頸漏斗相同，同樣可達(dá)到廢物利用的目的。（2）當(dāng)彎曲處的澄清石灰水變渾濁且現(xiàn)象明顯時(shí)，預(yù)示著可開始收集二氧化碳，收集信號(hào)明確。（3）鹽酸、石灰石、澄清石灰水的用量都很少，經(jīng)濟(jì)省時(shí)。

注意：本實(shí)驗(yàn)中由于玻璃W管比較細(xì)，所以石灰石的顆粒應(yīng)盡量細(xì)小，且本裝置只適合制取少量二氧化碳。

[案例三]高錳酸鉀制取氧氣

實(shí)驗(yàn)原型（如圖6）：

預(yù)期現(xiàn)象：高錳酸鉀受熱分解產(chǎn)生氧氣。

實(shí)驗(yàn)不足之處：（1）實(shí)驗(yàn)所需藥品量大。（2）實(shí)驗(yàn)中試管口得塞一團(tuán)棉花以防止高錳酸鉀固體顆粒進(jìn)入到導(dǎo)管口，使導(dǎo)管堵塞。

微型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：

圖7中玻璃w管左側(cè)可以事先用塑料紙封住，1位置裝上高錳酸鉀，2位置裝少量水，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以在玻璃w管右側(cè)用衛(wèi)生香檢驗(yàn)產(chǎn)生的氧氣，并收集。

微型實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：（1）實(shí)驗(yàn)器材簡單，w形狀的彎管可以防止高錳酸鉀固體顆料進(jìn)入到導(dǎo)管中，故不需要塞棉花。（2）實(shí)驗(yàn)藥品用量少，起到節(jié)約的作用。（3）圖中2位置加水類似于將原來大試管的試管口略向下傾斜，可防止管內(nèi)原有的水蒸氣遇冷液化成小水滴后使玻璃管破裂。（4）氧氣檢驗(yàn)的簡單、方便，用衛(wèi)生香直接在玻璃w管右側(cè)檢驗(yàn)即可。

“玻璃W管”的進(jìn)一步改進(jìn)：

[案例四]氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原型（如圖8）：

預(yù)期現(xiàn)象：黑色的氧化銅粉末變成紫紅色，試管口有小水珠出現(xiàn)，說明氫氣能把氧化銅還原成銅，并生成水。

實(shí)驗(yàn)不足之處：（1）實(shí)驗(yàn)器材復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)藥品用量多。（2）連接裝置時(shí)若不小心未把試管口略向下傾斜，會(huì)使小水珠倒流，使試管破裂。

微型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：

圖9中微型滴管（眼藥水瓶）中加稀鹽酸或稀硫酸，彎曲處1中加鋅粒小顆粒，彎曲處2中加氧化銅粉末;擠壓微型滴管使稀鹽酸或稀硫酸進(jìn)入彎曲處1，與鋅粒反應(yīng);一段時(shí)間后，點(diǎn)燃彎曲處2的酒精燈，加熱一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)黑色的氧化銅變成紫紅色，彎曲處3會(huì)有小水珠滑落。

微型實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：（1）實(shí)驗(yàn)器材少而簡單，實(shí)驗(yàn)藥品用量大大減少。（2）操作簡單，減少實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性。

從以上實(shí)驗(yàn)案例可以發(fā)現(xiàn)，玻璃W管不管是對(duì)于一般的固體分解反應(yīng)、固液反應(yīng)，還是對(duì)于液液反應(yīng)來制取少量氣體及氣體性質(zhì)的驗(yàn)證，加熱或不加熱都適用，其優(yōu)點(diǎn)顯而易見，尤其適用于某些邊講邊做和一些有毒有害氣體的制取或驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

但是，在使用玻璃w管時(shí)應(yīng)注意：（1）玻璃w管并不是所有化學(xué)實(shí)驗(yàn)都適用，建議玻璃w管與常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器互相補(bǔ)充使用。（2）由于玻璃W管較小，所以只適用于氣體檢驗(yàn)或制取少量氣體。（3）在班級(jí)人數(shù)較多的情況下，教師使用玻璃w管做演示實(shí)驗(yàn)得有選擇性，對(duì)于某些需要加熱的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)不易移動(dòng)裝置時(shí)，盡量不選擇它做演示。

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)正逐步走進(jìn)常規(guī)的課堂教學(xué)，玻璃w管的使用也被教師不斷探索著，如果我們能發(fā)揮它的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)它的不足，相信它在初中科學(xué)教學(xué)中會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。