淺析高中化學實驗的異常現(xiàn)象

摘 要：本文簡單分析了高中化學實驗出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的常見原因，并在如何選擇合理的方法使實驗化“異?！睘椤罢！狈矫孢M行了簡單的分析與探討，提出了相應的解決方法。

關鍵詞：化學實驗；異?，F(xiàn)象；原因分析

化學實驗教學過程中出現(xiàn)異常現(xiàn)象，會造成學生認知沖突。實驗產(chǎn)生異?，F(xiàn)象的原因是什么？分析其原因，使實驗“異常現(xiàn)象”變?yōu)椤罢，F(xiàn)象”，在提高教師專業(yè)素質(zhì)、問題分析和問題解決能力的同時，更有助于培養(yǎng)學生科學探究的學科核心素質(zhì)?；瘜W實驗出現(xiàn)異常現(xiàn)象，影響化學實驗的因素是多元的，不能忽略而應加以探究

分析。

一、因試劑的純度引起的異?，F(xiàn)象

高中化學實驗中，有的實驗因實驗藥品純度問題，實驗會產(chǎn)生異?，F(xiàn)象。

比如：人教版（2019版）必修第二冊36頁實驗3-6：Zn-Cu原電池實驗，將Zn、Cu電極材料直接插入稀硫酸溶液中，鋅片表面有微小氣泡是正?，F(xiàn)象，這也是沒有用“鹽橋”電流會衰減的原因。如果在實驗中觀察到鋅片表面產(chǎn)生較多氣泡，這不應該是正常現(xiàn)象，其原因是鋅片不純，含有比Zn不活潑的金屬或非金屬C等雜質(zhì)，與Zn一起構成了微電池，使得鋅表面有一部分氫氣析出。

二、藥品保存方面引起的異?，F(xiàn)象

實驗室藥品存放過久或保存不當變質(zhì)，也是導致化學實驗出現(xiàn)“異?！痹蛑弧１热纾簛喠蛩徕c、氯水、過氧化鈉、亞鐵鹽溶液等保存時容易被空氣中的氧氣等氧化。使用這些藥品做實驗時，如果不注意選擇正常藥品出現(xiàn)異常現(xiàn)象不足以為怪。如：在鑒別Na2SO3和Na2SO4時，滴加BaCl2溶液后均產(chǎn)生大量白色沉淀，再滴加稀HCl后，有時會發(fā)現(xiàn)無論加多少鹽酸，兩支試管中白色沉淀均無法溶解，或有一支試管部分溶解。將硫氰化鉀溶液滴入氯化亞鐵的溶液中溶液變紅色了，將水滴入過氧化鈉粉末中產(chǎn)生氣體現(xiàn)象不明顯等。

三、存在副反應引起異?，F(xiàn)象

實驗時有的化學反應存在副反應，實驗時通過除雜裝置減少副反應的發(fā)生，如人教版（2020版）選擇性必修3第35頁實驗探究“乙炔的化學性質(zhì)”中乙炔的制備實驗，因電石中含硫化鈣、磷化鈣雜質(zhì)，電石和水反應勢必會產(chǎn)生硫化氫、磷化氫等有刺激性氣味氣體雜質(zhì)；人教版（2019版）選擇性必修3第59頁實驗3-2乙醇的消去反應，除在生成乙烯的同時生成的有二甲醚外，因濃硫酸的脫水性和強氧化性，勢必還會有二氧化硫生成。實驗室要做的是控制好溫度，使溫度迅速上升到170℃。為了副產(chǎn)物不影響后面的性質(zhì)實驗，教材中均加了除雜的裝置，防止副產(chǎn)物影響實驗結果，干擾實驗現(xiàn)象。有的副反應實驗時是不可避免的，例如：高中化學新課程標準實驗版第92頁科學探究“二氧化氮與水反應”，從理論上分析實驗現(xiàn)象是“試管里紅棕色氣體顏色褪去，試管內(nèi)水面上升到試管容積的約2/3處”，事實上二氧化氮與水反應有一氧化氮生成，一氧化氮和二氧化氮在水中存在副反應NO2+NO+H2O=2HNO2，最終看到的現(xiàn)象：水面上升要比試管容積的2/3大。

四、溫度控制不當引起實驗異?，F(xiàn)象

溫度是影響化學反應速率和化學平衡移動的重要因素，有的實驗現(xiàn)象出現(xiàn)異常是因為溫度沒有合理控制。

比如：人教版（2019版）必修第三冊78頁實驗7-5乙醇的催化氧化：向試管中加入少量乙醇，取一根銅絲，下端繞成螺旋狀，在酒精燈上灼燒后插入乙醇，反復幾次。注意觀察現(xiàn)象。實驗中可能出現(xiàn)沒有聞到試管中液體產(chǎn)生刺激性氣味[1]。分析其原因一是螺旋狀銅絲加熱不夠；二是銅絲插入試管速度過慢。因為表面一層黑色氧化銅的銅絲溫度過低乙醇的氧化就不能發(fā)生了。

又如：人教版（2020版）選擇性必修3第67頁實驗3-7銀鏡反應：在潔凈的試管中加入1mL 2%AgNO3溶液，然后邊振蕩試管邊逐滴滴入2%氨水，使最初產(chǎn)生的沉淀溶解[2]，制得銀氨溶液。再滴入3滴乙醛，振蕩后將試管放在熱水浴中溫熱。觀察實驗現(xiàn)象。在實驗時，有時并沒得到光亮的銀鏡，有的發(fā)黑，有的不均勻。影響這個實驗現(xiàn)象的因素不少，其中溫度對其影響很大，如果溫度過低，反應速率太慢，現(xiàn)象不明顯；溫度太高，銀氨絡離子就會與氫氧根離子反應得到氨氣，另外，容易產(chǎn)生易爆物AgN3。此實驗水浴加熱溫度控制在50℃～80℃比較適宜。直接加熱或不恒溫，會使試管受熱不均，反應速度各部位相差較大，單質(zhì)銀就不會緩慢有序地析出，從而出現(xiàn)異常現(xiàn)象。

五、加入試劑的順序、量、濃度導致異常現(xiàn)象

講到加入試劑的順序、量、濃度導致現(xiàn)象異常的問題，不得不提及一位教師的實驗課，他在講解二氧化碳的實驗室制取與性質(zhì)時，按教材要求，該實驗藥品特別要求鹽酸濃度是1：2的稀鹽酸（質(zhì)量分數(shù)約21.5%）。該實驗操作順序是：

①組裝裝置，檢查氣密性，加試劑，制備二氧化碳。

②用向上排空氣法收集氣體。

③把一支短蠟燭固定在燒杯內(nèi)，點燃。拿起收集滿二氧化碳的集氣瓶，向燒杯內(nèi)緩慢傾倒二氧化碳[3]，觀察現(xiàn)象。

④向兩支試管中分別加入2mL蒸餾水，然后各滴入1～2滴紫色石蕊溶液。將其中一支試管靜置。向另一支試管中通入二氧化碳，觀察現(xiàn)象。

在教學中，這位教師在進行“二氧化碳的制取與性質(zhì)實驗”時，將生成的二氧化碳氣體通入紫色石蕊試液，石蕊試液變紅色了，然后將試管放在酒精火焰上加熱時，出現(xiàn)了一種異?，F(xiàn)象：加熱變紅溶液，即使溶液沸騰較長時間，紅色溶液也沒有變成紫色。

這位教師在操作中出現(xiàn)了這兩種情況：一是鹽酸濃度沒有按1：2稀釋；二是沒有按教材內(nèi)容順序先收集滿一瓶二氧化碳氣體做蠟燭熄滅的實驗，而是先做了以上實驗“將產(chǎn)生的CO2氣體通入紫色石蕊試液中”。而這兩種情況都會導致“揮發(fā)出的HCl量相對較大”，本身這個實驗嚴格意義上講，就存在一定的缺陷，沒有除去揮發(fā)出的HCl氣體，只是初中階段根據(jù)學生的認知基礎，沒有做要求。針對出現(xiàn)的“異?，F(xiàn)象”筆者做了以下幾點分析：

一是常溫常壓下，空氣中二氧化碳自然溶于水達平衡時pH=5.6，紫色石蕊試液的變色范圍是5.0～8.0，所以在常態(tài)下空氣中自然形成的碳酸溶液是不能使紫色石蕊試液變紅色的。但將產(chǎn)生的二氧化碳通入水中后，因二氧化碳分壓增加，根據(jù)亨利定律，即在一定的溫度和壓強下，某氣體在液體里的溶解度與該氣體的平衡分壓成正比，當二氧化碳的分壓為1atm時，二氧化碳溶于水達平衡時pH≈3.9，所以給紫色石蕊試液通入CO2，CO2的分壓增大后形成的碳酸溶液是能使紫色石蕊試液變紅色的。當然，石蕊試液變紅色還是有揮發(fā)出的鹽酸的作用，所以本實驗要求稀鹽酸（1：2），而且是在收集二氧化碳氣體做了蠟燭熄滅實驗后再做此實驗，就是盡量減少揮發(fā)出的鹽酸對實驗的

干擾。

二是實驗時鹽酸濃度偏大或因沒有先收集二氧化碳氣體做蠟燭熄滅實驗將鹽酸濃度降下來就將氣體通入紫色石蕊試液，必然導致?lián)]發(fā)出較多的HCl。加熱時，碳酸易分解，HCl因溶解度減小而揮發(fā)，但HCl在高溫時溶解度也較大，揮發(fā)出的HCl氣體也會與試管中的水蒸氣形成鹽酸小液滴回落下去，加熱時HCl揮發(fā)而使其濃度達到1×10-5mol/L以下是很難的。所以本實驗要證明二氧化碳與水反應生成H2CO3而顯酸性和H2CO3易分解的性質(zhì)，從科學性的角度應該要先凈化CO2氣體。

后來這位教師完全按照教材實驗要求重做了一次，實驗是完全成功的?？梢?，化學實驗時要注意加入試劑的順序、量、濃度，否則，可能會造成實驗異常情況的出現(xiàn)。我們高中化學實驗都有加入試劑的順序、量、濃度的要求，當然有的實驗加入試劑的順序、量、濃度改變一下，對實驗現(xiàn)象影響不大，但也有的實驗你改變了，實驗現(xiàn)象會出現(xiàn)異常。

比如：人教版（2020版）選擇性必修3第63頁實驗3-4苯酚與飽和溴水的取代反應：向試管中加入0.1克苯酚和3mL水（約0.355mol/L），振蕩，得到苯酚溶液，再向其中逐滴加入飽和溴水，邊加邊

振蕩。

在實驗中可能會出現(xiàn)下列異?，F(xiàn)象：①產(chǎn)生了白色沉淀，但沉淀很快消失了；②產(chǎn)生了黃色沉淀。為什么會出現(xiàn)這些異?，F(xiàn)象呢？究其原因，我們分析：①為什么教材實驗中“試管中加入0.1克苯酚和3mL水（約0.355mol/L）”，苯酚溶液濃度要這么??？②為什么教材實驗中要“加入飽和溴水”，“飽和溴水”說明溴水太稀不行，“逐滴”說明邊滴要邊觀察現(xiàn)象，飽和溴水要控制量，飽和溴水加少了或加多了均不行。③為什么教材實驗中要求是在配好的稀的苯酚溶液中滴加飽和溴水，而不是將飽和溴水中滴加稀的苯酚溶液？

（1）為什么苯酚溶液濃度要小？

本實驗使用的苯酚溶液的濃度要小，溴水的濃度盡量大一些，以免生成的三溴苯酚溶于過量的苯酚中而觀察不到明顯的沉淀現(xiàn)象[4]。飽和溴水加到苯酚溶液的反應非常靈敏，極稀的苯酚溶液（10ug/mL）也能與溴水反應生成沉淀。

（2）為什么要滴入飽和溴水，不飽和溴水是否可以？

通常狀況下，Br2在水中的溶解度較小，飽和溴水的濃度也只有3.2%，而苯酚與溴水反應是苯與溴水中的Br2發(fā)生取代反應，而Br2溶于水，部分Br2還和水反應生成了HBr和HBrO，這樣Br2 在其溶液中濃度就太低了，導致反應生成的三溴苯酚量太少，三溴苯酚因溶于過量的苯酚中導致實驗時觀察不到沉淀現(xiàn)象。同時，溴有強的揮發(fā)性，實驗時飽和溴水要新配制，放置過久的溴水，溴水濃度變稀，也可能看不到生成沉淀的現(xiàn)象。

（3）飽和溴水不滴入足量會怎么樣？

苯酚與溴水中Br2發(fā)生取代反應時，并不是只可能生成教材中鄰、對位取代產(chǎn)物2，4，6-三溴苯酚一種，實際上隨溴水的量變化，可能發(fā)生多種取代反應。研究表明苯酚與溴水中Br2的物質(zhì)的量接近相等時，主要生成對溴苯酚少量白色沉淀，振蕩試管沉淀會消失；繼續(xù)滴加飽和溴水，產(chǎn)生的白色沉淀會逐漸增加，當溴水中Br2物質(zhì)的量接近苯酚的物質(zhì)的量2倍時，主要生成較多的2，4-二溴苯酚白色沉淀，當溴水中Br2物質(zhì)的量接近苯酚的物質(zhì)的量3倍時，發(fā)生反應生成大量白色沉淀2，4，6-三溴苯酚。

所以，苯酚與飽和溴水反應生成2，4，6-三溴苯酚是隨溴水的逐漸滴加，Br2物質(zhì)的量的增加，經(jīng)過中間溴代產(chǎn)物而逐漸完成的[5]。這也就是教材上強調(diào)實驗中要加入飽和溴水，逐滴說明邊滴要邊觀察現(xiàn)象，飽和溴水要控制量，達到足量，才能看到明顯的現(xiàn)象。

（4）飽和溴水為什么不能過量或不能將苯酚溶液加到飽和溴水中？

溴水足量生成三溴苯酚白色沉淀后繼續(xù)滴加過量溴水，我們會發(fā)現(xiàn)白色沉淀逐漸轉變?yōu)辄S色沉淀，是因為溴水過量或將苯酚溶液加到飽和溴水中，白色沉淀2，4，6-三溴苯酚會與溴水中Br2發(fā)生反應，2，4，6-三溴苯酚被氧化成橙黃色沉淀2，4，4，6-四溴環(huán)己二烯酮[6]。

苯酚與飽和溴水反應實驗操作時，滴加飽和溴水只能少量添加，不能量過多，否則會出現(xiàn)黃色沉淀的異常現(xiàn)象。如果試劑順序加錯了，先取飽和溴水，再逐滴加苯酚溶液，反應中勢必因飽和溴水過量而生成橙黃色的2，4，4，6-四溴環(huán)己二烯酮沉淀。

實驗教學中，實驗異?，F(xiàn)象的產(chǎn)生，除以上原因之外，還有很多其他原因，如是否有適合的酸堿性環(huán)境，是否有恰當?shù)脑噭┻x擇，是否有合理的實驗儀器和裝置，還有實驗操作人員的操作是否規(guī)范正確等。

結束語

筆者對上述異?，F(xiàn)象進行成因分析并提出做法建議，也許是班門弄斧，以偏概全，但希望能起到拋磚引玉的作用。實驗過程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的原因有很多因素，出現(xiàn)異常我們不要回避，關鍵是要分析其異常的原因，可能異?，F(xiàn)象蘊含著超越本實驗意義的教育時機。我們要抓住實驗中的意外的異常現(xiàn)象，通過現(xiàn)象異常的表象分析其本質(zhì)，一次異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)，就是一次引導學生探究問題，激發(fā)學生科學探究精神，提升學生探究能力的契機，師生雙方將在探索活動中達成教學目標。

參考文獻

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