《高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探索研究——濃硫酸與木炭反應(yīng)》研究述評

羅美園

【摘要】本文從文獻(xiàn)研究入手，基于中國知網(wǎng)1997-2018年的6篇與濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)研究相關(guān)的文獻(xiàn)，按時(shí)間順序，對其研究概況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)效果兩個(gè)角度對課本濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜述，著重分析實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的注意事項(xiàng)，最后結(jié)合文獻(xiàn)綜述對濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)提出建議。

【關(guān)鍵詞】中學(xué)化學(xué);濃硫酸與木炭反應(yīng);實(shí)驗(yàn)改進(jìn);研究述評

一、問題的提出

隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的全面實(shí)施，實(shí)驗(yàn)教學(xué)日益重要，人教版教科書中編入了大量的演示實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)既激發(fā)了學(xué)生的求知欲，又調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性。然而，有些實(shí)驗(yàn)的演示現(xiàn)象和環(huán)保教育等方面仍有完善的空間。如濃硫酸與木炭反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，對濃硫酸的強(qiáng)氧化性、脫水性、吸水性、酸性等知識，在現(xiàn)行教材用很少的篇幅來講解，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)亦少，這給學(xué)生理解濃硫酸的性質(zhì)增加了難度。為此，我們對濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置作了一定的改進(jìn)，并將實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行必要的延伸和拓展，取得了較好的教學(xué)效果，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的有效教學(xué)具有一定的參考價(jià)值。

二、濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)的研究概況

1.課本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究趨勢統(tǒng)計(jì)

本文從文獻(xiàn)研究入手，以“實(shí)驗(yàn)改進(jìn)”“濃硫酸與木炭反應(yīng)”作為關(guān)鍵詞進(jìn)行組合，檢索1994-2018年以來中國期刊網(wǎng)上相關(guān)的期刊文獻(xiàn)、碩博士論文以及學(xué)術(shù)會議記錄，重點(diǎn)關(guān)注“實(shí)驗(yàn)改進(jìn)”在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)研究概況。截止2018年8月，共得6篇文獻(xiàn)，其中包括期刊文獻(xiàn)6篇，碩士論文0篇，會議記錄0篇、博士論文0篇。以下是按年份對論文數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出：在1994年至2018年24年間，有關(guān)濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究文獻(xiàn)數(shù)量總體趨勢平穩(wěn)，說明了隨著課堂轉(zhuǎn)型與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，更多教學(xué)工作者意識到可以引導(dǎo)學(xué)生通過對化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理的深入理解，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)從而提高學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)驗(yàn)的能力在教學(xué)中的重要意義，也對綠色化學(xué)給予更多的關(guān)注。通過統(tǒng)計(jì)分析，1994年以來，對于濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的研究論文數(shù)量極少，以研究簡單的尾氣處理改進(jìn)為主;2002年后，化學(xué)教學(xué)工作者對實(shí)驗(yàn)改進(jìn)側(cè)重于探究原理，并以原理為基點(diǎn)，側(cè)重現(xiàn)象明顯，省時(shí)高效、過程無污染，整套裝置可重復(fù)使用。此外，濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)研究文獻(xiàn)多發(fā)表于《中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考》《實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器》等專門學(xué)科期刊上;2013年首次出現(xiàn)綠色化學(xué)概念的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，這是一個(gè)新的突破。

2.濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的研究內(nèi)容分布

在研讀以上文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納有關(guān)濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的研究文獻(xiàn)內(nèi)容，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在1994-2018年8月的6篇文獻(xiàn)中，主要涉及了三個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，分別是：一、實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn);二、實(shí)驗(yàn)藥品濃度的改進(jìn);三、反應(yīng)條件的改進(jìn)。通過統(tǒng)計(jì)我們可以看出，濃硫酸與木炭反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究相關(guān)文獻(xiàn)中，實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)是最多教學(xué)工作者關(guān)注的一部分，有4篇文獻(xiàn)，約占總數(shù)的67%;其次是實(shí)驗(yàn)藥品濃度的改進(jìn)和反應(yīng)條件的改進(jìn)，各有1篇文獻(xiàn)，約占總數(shù)的33%。關(guān)于濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)對藥品和反應(yīng)條件的改進(jìn)，極少人關(guān)注，僅找到2篇文獻(xiàn)。分析其原因是由于教材中濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理較簡單，實(shí)驗(yàn)藥品濃度易配制且實(shí)驗(yàn)條件要求低，課程課標(biāo)等的相關(guān)要求不高，導(dǎo)致教師對于這兩方面的教學(xué)研究有所忽略。

3.濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)詳細(xì)分析

根據(jù)對文獻(xiàn)資料研究并將其進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)其涉及到的分析類型，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，關(guān)于儀器改進(jìn)研究是最多研究者關(guān)注的，總共有4篇文獻(xiàn)涉及到，4篇文獻(xiàn)全部涉及發(fā)生裝置和尾氣處理裝置的改進(jìn)。此外，氣體產(chǎn)物的收集也較受關(guān)注，總共出現(xiàn)了4篇文獻(xiàn)涉及到，其中1篇為教學(xué)反思論文。關(guān)于藥品改進(jìn)和反應(yīng)條件改進(jìn)的教學(xué)研究文獻(xiàn)，則比較少，各出現(xiàn)了1篇?？梢?，目前關(guān)于實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的研究集中在發(fā)生裝置和尾氣處理裝置，對于藥品濃度、反應(yīng)條件分析則沒有進(jìn)行更深入的探討。

三、濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的綜述

前文提及到在所查閱到的文獻(xiàn)中，關(guān)于藥品濃度、反應(yīng)條件分析研究的文獻(xiàn)較少，大部分的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)更著重于儀器改進(jìn)研究。本文選取濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)兩個(gè)重點(diǎn)，分別是實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)、反應(yīng)條件的改進(jìn)，經(jīng)進(jìn)一步進(jìn)行文獻(xiàn)綜述，以時(shí)間為順序，對兩個(gè)問題的改進(jìn)方法進(jìn)行內(nèi)容分析，并在此基礎(chǔ)上簡述實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的原則，以解決未來進(jìn)行課本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)過程中的幾個(gè)難點(diǎn)。

關(guān)于濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，高中化學(xué)教材中必修一設(shè)置了該實(shí)驗(yàn)，對該實(shí)驗(yàn)步驟有較簡單的介紹，課標(biāo)也僅對學(xué)生做了解要求，因此教師對于這方面的教學(xué)往往是點(diǎn)到即止。在搜索到的篇文獻(xiàn)中，有18篇文獻(xiàn)是專門探討儀器改進(jìn)，主要包括發(fā)生裝置、性質(zhì)檢驗(yàn)裝置、氣體收集尾氣處理。通過對文獻(xiàn)資料的研究和多次實(shí)驗(yàn)，筆者創(chuàng)造性地利用培養(yǎng)皿完成濃硫酸與木炭反應(yīng)的微型實(shí)驗(yàn)。

《碳與濃硫酸反應(yīng)》改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

1.改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)對象

必修I課本第102頁第二段中加熱盛有濃硫酸和木炭的試管，碳就被氧化成二氧化碳，而硫酸被還原為二氧化硫。C+2H2SO4=CO2↑+2SO2↑+2H2O

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的原因

（1）課本中只用一句話來描述濃硫酸和木炭的反應(yīng)大致過程，無詳細(xì)的圖示實(shí)驗(yàn)過程，存在實(shí)驗(yàn)空白。

（2）濃硫酸具有強(qiáng)氧化性和強(qiáng)酸性，是危險(xiǎn)藥品。在加熱時(shí)若受熱不均勻或者其它操作不當(dāng)，容易發(fā)生濃硫酸外濺，發(fā)生危險(xiǎn)事故，存在安全隱患。

（3）反應(yīng)產(chǎn)物之一是二氧化硫，該氣體是無色，有刺激性氣味的有毒物質(zhì)。

（4）該實(shí)驗(yàn)需要加熱條件，反應(yīng)物濃硫酸是具強(qiáng)腐蝕性的危險(xiǎn)藥品，且產(chǎn)物二氧化硫污染空氣。

3.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的目的

將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)得更為安全，簡單易操作，現(xiàn)象明顯，便于教師在課堂中演示實(shí)驗(yàn)。

4.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的原理

（1）該實(shí)驗(yàn)需要加熱條件。使反應(yīng)體系的溫度升高，加熱濃硫酸或加熱木炭都可以達(dá)到目的。選擇加熱木炭更安全。

（2）該實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物之一有毒氣體SO2具有還原性，使用具有強(qiáng)氧化性的酸性高錳酸鉀溶液證明SO2 的存在并除去。

5.實(shí)驗(yàn)器材

培養(yǎng)皿1個(gè)、小燒杯1個(gè)、大燒杯1個(gè)、酒精燈1個(gè)、坩堝鉗1個(gè)。

6.實(shí)驗(yàn)藥品：濃硫酸、酸性高錳酸鉀溶液、木炭。

7.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）培養(yǎng)皿中加入適量的酸性高錳酸鉀溶液。將盛裝有濃硫酸的小燒杯放入培養(yǎng)皿中。

（2）酒精燈加熱木炭至紅熱后放入小燒杯中，迅速將大燒杯倒扣在培養(yǎng)皿中。反應(yīng)過程中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

8.實(shí)驗(yàn)過程圖示

9.該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)前后對比

四、思考與啟示

對所得到的文獻(xiàn)進(jìn)行研讀統(tǒng)計(jì)后，我們對濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中的兩個(gè)改進(jìn)內(nèi)容進(jìn)行綜述，并提出了以下的思考，以供參考。高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)需符合以下基本原則：力求簡明、直觀，排除危險(xiǎn)，確保安全，多使用生活素材，需引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的基本立足點(diǎn)應(yīng)是“綠色化學(xué)”，即利用化學(xué)學(xué)科的優(yōu)勢，倡導(dǎo)發(fā)展微型實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識。

五、未來化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方向的展望

中學(xué)化學(xué)課程中，實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中占有較大模塊。同時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)芗皶r(shí)給學(xué)生提供必要的化學(xué)事實(shí)，使學(xué)生獲得正確、系統(tǒng)的知識和實(shí)驗(yàn)技能。準(zhǔn)確熟練駕馭實(shí)驗(yàn)的綜合教學(xué)能力，是中學(xué)化學(xué)教師的必備能力。改進(jìn)某些有一定缺陷的實(shí)驗(yàn)，朝著節(jié)能少耗，高效無污染方向發(fā)展，使相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)更完善，同時(shí)讓化學(xué)學(xué)科觀念和思想在學(xué)生的觀察、思考、分析、總結(jié)歸納中潛移默化地構(gòu)建，這才是教師費(fèi)心改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的初衷。

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責(zé)任編輯? 鐘春雪