微型實驗在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

鐘天麗 廣西壯族自治區(qū)南寧市邕寧高級中學(xué)

化學(xué)是一門與實驗密切相關(guān)的自然學(xué)科。高中化學(xué)涉及很多實驗，既能很好地激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，又能深化其對所學(xué)知識的理解，因此，實驗不僅是教學(xué)的重要內(nèi)容，而且是各類測試的必考知識點。但傳統(tǒng)的實驗具有準(zhǔn)備時間長、操作復(fù)雜、使用儀器多、使用試劑量大等缺點。為更好地克服傳統(tǒng)實驗的弊端，教育工作者將微型實驗應(yīng)用于教學(xué)活動中，獲得了良好的實驗效果。高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)認(rèn)識到微型實驗的優(yōu)點，提高微型試驗應(yīng)用意識，結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容積極查閱相關(guān)資料，做好微型實驗的設(shè)計與展示，更好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，提高課堂教學(xué)效率。

一、微型實驗用于SO2性質(zhì)教學(xué)中

二氧化硫是硫的重要氧化物，是高中化學(xué)學(xué)習(xí)的重要知識點，其性質(zhì)主要有：漂白性、弱酸性、強(qiáng)還原性等。教學(xué)中為使學(xué)習(xí)者更好地理解與掌握二氧化硫的性質(zhì)，并能夠根據(jù)具體的反應(yīng)現(xiàn)象準(zhǔn)確地判斷對應(yīng)的性質(zhì)，既要求學(xué)生牢固記憶二氧化硫性質(zhì)以及對應(yīng)的反應(yīng)方程式，又要注重借助微型實驗增加教學(xué)趣味性，給學(xué)習(xí)者留下深刻印象。

例如，在課堂上做微型實驗，如圖1所示，使用棉球分別蘸取品紅溶液、NaOH酚酞溶液以及淀粉I2溶液，按照圖示塞到硬質(zhì)玻璃管中。

圖1

為更好地激活高中化學(xué)課堂，驅(qū)使學(xué)生主動地思考，做上述實驗之前要求學(xué)習(xí)者根據(jù)自己對SO2性質(zhì)的理解，思考如下問題：（1）實驗中制取二氧化硫的原理是什么？（2）棉球a、b、c分別有什么變化，分別反映了SO2的哪些性質(zhì)？（3）使用什么化學(xué)試劑吸收尾氣？

運(yùn)用微型實驗很好地吸引了學(xué)習(xí)者的注意力，并及時拋出問題引發(fā)學(xué)習(xí)者思考，能更好地激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情。認(rèn)真觀察不難發(fā)現(xiàn)，實驗中通過擠壓右側(cè)的膠頭，使?jié)饬蛩岬渭拥絹喠蛩徕c固體上產(chǎn)生二氧化硫氣體，對應(yīng)的實驗原理為該反應(yīng)沒有化合價變化，因此屬于復(fù)分解反應(yīng)。二氧化硫能夠使品紅溶液褪色，因此棉球a的顏色逐漸變淡，驗證了二氧化硫的漂白性；SO2為酸性氧化物能夠與NaOH溶液反應(yīng)生成Na2SO3，使得棉球b中的堿性變?nèi)酰耷蛑饾u褪色；I2遇到淀粉呈現(xiàn)藍(lán)色，SO2具有還原性，和I2發(fā)生反應(yīng)SO2+I2+2H2OH2SO4+2HI，因I2不斷被消耗，棉球c的藍(lán)色逐漸變淡。尾氣中主要是未反應(yīng)的SO2，因此，可使用堿性溶液進(jìn)行吸收。

該微型實驗使用的試劑量較少，操作方便，能研究SO2的很多性質(zhì)。課堂上運(yùn)用該微型實驗不僅達(dá)到了傳統(tǒng)實驗的目的，而且通過對實驗現(xiàn)象的深入分析，使學(xué)生理解了棉球褪色的不同原因，啟發(fā)其在以后分析化學(xué)現(xiàn)象時透過現(xiàn)象看本質(zhì)，多分析引起實驗現(xiàn)象的內(nèi)在原因，如此才能更好地把握化學(xué)知識精髓。

二、微型實驗用于Cl2性質(zhì)教學(xué)中

氯及其化合物是高中化學(xué)中非常重要的內(nèi)容，而氯氣的物理、化學(xué)性質(zhì)以及制取方法更需要學(xué)習(xí)者深入理解，牢固掌握。在進(jìn)行Cl2性質(zhì)教學(xué)中考慮到氯氣具有毒性，為確保安全，更好地激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)熱情，應(yīng)認(rèn)真分析課本中實驗存在的弊端，結(jié)合自身授課經(jīng)驗做好相關(guān)微型實驗的設(shè)計，運(yùn)用微型實驗與學(xué)習(xí)者一起探究氯氣的化學(xué)性質(zhì)。

例如，課堂上按照圖2設(shè)計微型實驗。將溴化鉀溶液、含淀粉的KI溶液以及FeCl2溶液分別滴加到點滴板中a、b、c凹槽中。同時，取少量KMnO4晶體放到表面皿中，向KMnO4晶體上滴加濃鹽酸后迅速使用燒杯蓋住。課堂上為使學(xué)習(xí)者更好地理解該實驗，圍繞以下問題與學(xué)習(xí)者進(jìn)行互動：（1）實驗中是怎樣制取氯氣的？請寫出化學(xué)反應(yīng)方程式并判斷化學(xué)反應(yīng)類型。（2）點滴板a、b、c凹槽中的實驗現(xiàn)象是什么？從中能夠說明哪些問題？（3）實驗中能否使用MnO2代替KMnO4，為什么？

圖2

認(rèn)真分析不能發(fā)現(xiàn)實驗中通過KMnO和濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣，對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為反應(yīng)中Cl元素化合價發(fā)生變化，因此屬于氧化還原反應(yīng)。在a、b、c三個凹槽中分別發(fā)生反應(yīng)結(jié)合氧化還原反應(yīng)知識可得Cl2的氧化性強(qiáng)于Br2、I2、Fe3+。KMnO4和濃鹽酸反應(yīng)在常溫下就能進(jìn)行，但如果使用MnO2代替KMnO4則需要加熱，因此，為確保實驗的正常進(jìn)行不能替換。

上述微型實驗不僅制取了Cl2，而且驗證了氯氣與其他物質(zhì)氧化性的強(qiáng)弱關(guān)系，實驗雖小，但學(xué)習(xí)者從中學(xué)習(xí)到的內(nèi)容并不少。課堂上為學(xué)生展示微型實驗并與學(xué)生一起分析實驗現(xiàn)象、實驗原理，進(jìn)一步提高其對氯氣性質(zhì)的認(rèn)識。課堂上學(xué)習(xí)者表現(xiàn)非常積極，不僅認(rèn)真觀察實驗過程、實驗現(xiàn)象，而且積極討論，共同探討發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，得出了正確的實驗結(jié)論，順利地完成了課堂教學(xué)目標(biāo)。

三、微型實驗用于電化學(xué)教學(xué)中

電化學(xué)是高中化學(xué)的重要知識點，是高考的必考內(nèi)容。電化學(xué)主要分為原電池以及電解池兩個重要部分，需要學(xué)習(xí)者深入理解原電池與電解池原理，并能靈活應(yīng)用于相關(guān)問題的分析中。因原電池與電解池原理較為接近，相關(guān)知識點容易混淆，教學(xué)實踐中應(yīng)注重應(yīng)用微型實驗增加教學(xué)內(nèi)容的趣味性，幫助學(xué)習(xí)者在頭腦中形成清晰模型，遇到相關(guān)問題能夠迅速地找到切入點。

例如，在講解電化學(xué)知識時，在課堂上展示圖3所示的微型實驗，準(zhǔn)備好兩個試紙將其密切接觸，使用鉛筆芯當(dāng)做電極，分別和表面皿上的試紙接觸，接通電源后，觀察實驗現(xiàn)象。課堂上為加深學(xué)習(xí)者的理解，鍛煉其學(xué)以致用能力，圍繞微型實驗提出以下問題，并提問學(xué)生代表，了解其回答問題的正誤，檢驗學(xué)習(xí)者是否真正地掌握電解池知識：（1）與浸潤飽和實驗水的KI-淀粉試紙接觸的鉛筆芯對應(yīng)的電極名稱是什么？（2）兩個試紙出現(xiàn)什么現(xiàn)象，原理是什么？（3）兩個試紙中的離子是怎樣運(yùn)動的？

圖3

該微型實驗構(gòu)成簡單，實驗過程不難理解，因其外加電源，因此，屬于電解池。分析時需要正確、深入理解電解池原理，尤其不能死記硬背相關(guān)結(jié)論。課堂上與學(xué)習(xí)者一起回顧電解池原理，而后進(jìn)行提問。聯(lián)系所學(xué)的電解池知識可知，與電源正極相連的是陽極，與電池負(fù)機(jī)相連的是陰極。由電解池原理可知，陰極離子得到電子，即H+得到電子生成H2，導(dǎo)致試紙中OH-濃度變大，則pH試紙變藍(lán)。陽極離子失去電子，Cl-失去電子生成Cl2，Cl2可將I-氧化成I2，而I2遇淀粉呈藍(lán)色，KI-淀粉試紙呈藍(lán)色。試紙中陰離子向左側(cè)移動，陽離子向右側(cè)移動。

上述微型實驗使用的器材非常簡單，而且使用的實驗試劑非常少，實驗現(xiàn)象非常明顯，能很好地鞏固學(xué)生所學(xué)。同時，通過提問學(xué)生代表驅(qū)使其進(jìn)行深層次地思考，分析兩極發(fā)生的電極反應(yīng)以及反應(yīng)中生成的物質(zhì)，很好地鍛煉了其分析問題的能力。不僅如此，學(xué)習(xí)者通過觀察、思考微型實驗，獲得了良好的學(xué)習(xí)啟發(fā)，在分析電化學(xué)相關(guān)問題時不僅要正確分析對應(yīng)的電極名稱，而且需要分析各電極中的離子種類，對比各離子的放電順序。

四、微型實驗用于濃硫酸性質(zhì)教學(xué)中

濃硫酸是高中化學(xué)中較為重要的一類酸，其與稀硫酸的性質(zhì)有所不同。教學(xué)實踐中為使學(xué)習(xí)者更好地掌握濃硫酸的性質(zhì)，包括強(qiáng)氧化性、酸性、催化性、脫水性等，搞清楚其與稀硫酸性質(zhì)的區(qū)別，應(yīng)提高實驗在教學(xué)中的應(yīng)用意識，增加教學(xué)趣味性的同時幫助學(xué)習(xí)者更好地記憶，尤其通過對課本中實驗的改進(jìn)，積極應(yīng)用微型實驗開展教學(xué)活動，更好地提高課堂教學(xué)效率。

例如，在進(jìn)行蔗糖與濃硫酸反應(yīng)教學(xué)中，使用分液漏斗、試管、導(dǎo)管等實驗器材，按照如圖4所示裝置進(jìn)行實驗器材的組裝。課堂上展示實驗過程，通過旋轉(zhuǎn)分液漏斗的旋塞使?jié)饬蛩崤c蔗糖接觸，要求學(xué)習(xí)者認(rèn)真觀察，填寫如下空格：

圖4

（1）該實驗體現(xiàn)了濃硫酸的_____性與______性。

（2）反應(yīng)的實驗現(xiàn)象有：____、____、____、____。

（3）該實驗?zāi)茏C明SO2具有_____性、_____性。

（4）處理尾氣時可使用_______（填寫一種堿），也可以使用______（填寫一種鹽）。

要想正確地填寫上述空格，需要明確該微型實驗依據(jù)的原理。根據(jù)所學(xué)可知，濃硫酸與蔗糖反應(yīng)，蔗糖先變黑后膨脹，變黑是因為濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，而體積膨脹表現(xiàn)濃硫酸的脫水性。產(chǎn)生的二氧化硫氣體具有漂白性，可使品紅溶液褪色，而且SO2因具有還原性可使高錳酸鉀溶液褪色，且能和Na2S反應(yīng)生成淡黃色的單質(zhì)硫沉淀。因二氧化硫污染空氣，不能直接排放，因此可使用氫氧化鈉溶液吸收尾氣，當(dāng)然也可使用高錳酸鉀溶液對尾氣進(jìn)行處理。

實踐中借助微型實驗為學(xué)生展示濃硫酸與蔗糖反應(yīng)的實驗，吸引學(xué)習(xí)者的注意力，不僅能夠使學(xué)習(xí)者清晰地看到實驗現(xiàn)象，而且能驗證反應(yīng)產(chǎn)物的相關(guān)性質(zhì)，尤其考慮了尾氣的處理，避免了空氣污染，一舉多得，達(dá)到了常規(guī)實驗無法取得的實驗效果。課堂上學(xué)生認(rèn)真觀察實驗過程，積極思考，嘗試著填寫空格中的內(nèi)容，加深了印象，圓滿地完成了課堂教學(xué)目標(biāo)。

五、微型實驗用于濃硝酸性質(zhì)教學(xué)中

稀硝酸與濃硝酸是高中化學(xué)較為重要的酸，其中當(dāng)硝酸的濃度超過69%時為濃硝酸。濃硝酸涉及的知識點較多，包括濃硝酸的保存、濃硝酸與金屬的反應(yīng)以及濃硝酸的強(qiáng)氧化性等。其與稀硝酸的性質(zhì)較為接近，因此，很多學(xué)習(xí)者容易混淆相關(guān)知識點。講解該部分知識時既要注重引導(dǎo)學(xué)習(xí)者嘗試將濃硝酸與稀硝酸的性質(zhì)進(jìn)行對比記憶，又要注重運(yùn)用微型實驗開展教學(xué)活動，加深其對濃硝酸的印象。

例如，在進(jìn)行濃硝酸和Cu反應(yīng)的教學(xué)中，課堂上使用塑料瓶盛放適量濃硝酸并在干燥管中盛放適量銅片，將其按照圖5所示裝置連接起來。同時，在干燥管口塞上蘸有堿液的棉花，開展微型實驗。實驗過程中為使學(xué)習(xí)者更好地掌握所學(xué)內(nèi)容，設(shè)計如下問題要求其思考、討論：（1）該微型實驗有哪些優(yōu)點？怎么控制反應(yīng)的進(jìn)行與停止？（2）寫出該實驗涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式。（3）在干燥管口塞蘸堿液棉花的目的是什么？（4）使用該微型實驗裝置是否能夠做木炭與濃硝酸反應(yīng)的實驗，為什么？

圖5

通過擠壓塑料瓶，濃硝酸進(jìn)入到干燥管便可發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)傾斜塑料瓶濃硝酸回流至塑料瓶中反應(yīng)便停止，因此，該實驗的優(yōu)點是操作簡單，容易控制反應(yīng)過程，而且避免了產(chǎn)物NO2氣體的逸出，較為環(huán)保。該實驗的反應(yīng)原理為Cu+4HNO3（濃）Cu（NO3）2+NO2↑+2H2O。因反應(yīng)的產(chǎn)物中有NO2，會對空氣造成污染，因此，運(yùn)用堿液進(jìn)行吸收。因濃硝酸和碳的反應(yīng)需要加熱，因此，使用該微型實驗裝置無法實現(xiàn)。

教學(xué)中鼓勵學(xué)習(xí)者積極思考，相互討論上述問題，不僅激活了化學(xué)課堂，而且使其更加透徹地理解與掌握了實驗內(nèi)容，尤其當(dāng)學(xué)習(xí)者正確地回答出問題時，在課堂上及時進(jìn)行表揚(yáng)，使其嘗到學(xué)習(xí)的成就感。從整個實驗效果來看，達(dá)到了預(yù)期效果，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)熱情非常高漲。不僅如此，通過該微型實驗的展示，給學(xué)習(xí)者帶來一定啟發(fā)，使其在以后的學(xué)習(xí)中善于思考，能夠發(fā)現(xiàn)課本中實驗的不足，并積極嘗試設(shè)計相關(guān)微型實驗進(jìn)行改進(jìn)。

眾所周知，高中化學(xué)實驗內(nèi)容較多，如何提高實驗教學(xué)質(zhì)量與效率，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)熱情與潛力，一直是教育工作者關(guān)注的重點。微型實驗不僅能達(dá)到傳統(tǒng)實驗的效果，而且在實驗器材、實驗試劑的選擇與應(yīng)用上更為節(jié)省，在實踐中的應(yīng)用效果顯著，深受廣大師生的喜愛。借助微型實驗開展教學(xué)活動，能獲得良好的教學(xué)效果，教學(xué)中應(yīng)做到：其一，積極主動地查閱相關(guān)資料，結(jié)合具體教學(xué)進(jìn)度，在課堂上做微型實驗，給學(xué)生帶來不一樣的視覺感受以及學(xué)習(xí)體驗，增強(qiáng)化學(xué)課堂的新鮮感。其二，圍繞微型實驗設(shè)計問題，要么與學(xué)習(xí)者互動，要么要求學(xué)習(xí)者思考、作答，使其參與到實驗過程中來，更好地掌握相關(guān)實驗內(nèi)容。其三，結(jié)合學(xué)習(xí)者的表現(xiàn)及時給予針對性的指引與點撥，糾正其理解上的誤區(qū)，使其體會到學(xué)習(xí)的樂趣以及成就感，更加自覺地開展學(xué)習(xí)活動。