中学微型化学实验探究

文永兰

【摘要】本文以微型化学实验的绿色思想为依据，对中学《化学课程标准》新教材第十单元酸和碱中的部分实验进行了微型化设计与改进，旨在增强学生环保意识，提高科学素养和和培养创造性思维。

【关键词】化学教材；微型实验；研究教学

微型化学实验是在绿色化学思想指导下，在微型化的仪器中进行的化学实验，它是80年代脱颖而出的一项对化学实验方法的重要变革，它具有省试剂、少污染、快速、安全、费用低、仪器便于携带等优点。近30年来在国内外发展非常迅速。国家新的《化学课程标准》以提高学生的科学素质为主旨，推行探究式的学习方法。因化学是一门以实验为基础的学科，采用探究式的学习方法必须做到人手一套实验仪器，自己操作。而微型化实验正好是可在课间做，课外做的单人独立实验。1992年我国的全日制《九年义务教育初中化学教学大纲》就指出：“可以通过微型化学实验完成教学任务。”

在微型化的仪器中进行化学反应，学生能清楚准确的观察到实验现象和实验结果，获得与常规实验相同效果的化学实验。这对培养学生的学习兴趣，掌握实验的技能和技巧、提高学生的科学素养都具有重要意义。本课题对中学《化学课程标准》人教版教科书第十单元酸和碱的实验教学进行了微型化研究，旨在增强学生环保意识，提高科学素养，培养创造性思维。

一、酸碱的通性

九年级化学教材P48实验10-1按教科书的操作，将8支试管分成两组进行实验，在两组的试管中都分别加入少量食醋、石灰水、盐酸和氢氧化钠溶液。并向其中一组试管中加入紫色石蕊试液，另一组试管中加入无色酚酞试液。实验现象非常明显。但是该实验只能教师演示或者到实验室进行实验，条件差的学校还不可能人手一套仪器，人人动手去做实验。如果将实验微型化，把8支试管换成九孔板，每个学生就有了动手的机会，而且在教室里也可以做到老师和学生一起动手实验，让学生亲身体验实验的乐趣。改进后的实验：

（一）实验原理

（1）紫色石蕊遇酸变红色，遇碱变蓝色；

（2）无色酚酞遇酸不变色，遇碱变红色。

（二）实验用品

九孔井穴板，纸条，胶水，食醋，石灰水，盐酸，氢氧化钠溶液，无色酚酞试液，紫色石蕊试液

（三）实验装置

（四）实验步骤

（1）取一张纸条（长宽与九孔井穴板的长宽一致）按上图所示，将其折为两半，在纸条的正面两边分别依次写上食醋、石灰水、盐酸、氢氧化钠溶液，在纸条反面右边写上“滴加紫色石蕊试液“，左边写“滴加无色酚酞试液”，最后将纸条正面涂上胶水粘在一个洁净的九孔井穴板上防止混乱。

（2）按井穴板上的纸条所示依次将每一孔所要加的试剂加入其中（注意：第五孔不加任何试剂，用于将两组试剂隔开）。

（3）在井穴板的左半部分依次滴加石蕊试液，右半部分依次滴加酚酞试液，并观察现象。

（五）微型化后的优点

（1）药品用量少，节约经费，污染小；

（2）每个学生都有动手做实验的机会，比看老师演示实验所得到的效果要好得多，激发兴趣；

（3）由于井穴板是透明的，穿过井穴板可以看到纸条上的字，纸条标明了每一孔所装的试剂名称，这样可使学生更清晰地观察和对比不同试剂与酸碱指示剂的变化情况，通过自己动手实验学生可以总结出：酸碱指示剂在酸碱中的变色情况。

（4）通过白色纸条作衬板，使实验现象更明显。

二、浓硫酸的腐蚀性实验

在学习常见的酸时，学到了浓硫酸的腐蚀性，九年级教材P51实验10-3采用纸、小木棍和布来验证浓硫酸的腐蚀性，实验现象很明显。通过这样一个简单的实验就得出了结论：浓硫酸能夺取纸张、木材、布料及皮肤里的水，生成黑色的炭的结论，说服力不够强。

初中生好奇心非常强，逆反心理也很强，他们不满足于间接结论，喜欢对很多事物进行探索。教材中没有通过验证就直接告诉学生浓硫酸对皮肤有腐蚀性，使用时要小心。这样的结论，是不会给学生很深的印象的。若在这个实验中再补充验证浓硫酸对皮肤的腐蚀性实验，对增强初中生使用浓硫酸要小心的意识很有好处。实验如下：

（一）实验原理

浓硫酸有强的腐蚀性，能够将含碳、氢、氧等元素组成的化合物里的水分脱去，使物质炭化。

（二）实验用品

纸、小木棍、布、鸡爪、浓硫酸、玻璃棒、小烧杯、滴管。

（三）实验方法及现象（四）实验优点（1）增强学生对浓硫酸腐蚀性的认识，加深印象。（2）通过该实验暗示学生做化学实验一定要注意安全。三、浓硫酸稀释的错误操作在一些实验过程中，由于某些物质化学性质的特殊性，给实验增加了难度甚至危险性，对于有难度甚至危险性的操作，一般都是避开的，而只给学生正确的方法，殊不知，在这些操作中，却蕴藏着丰富的内容来供给学生创新，用以培养学生创造思维能力。

在浓硫酸的稀释过程中，如果向浓硫酸中滴加水，会有危险，如果让学生看到该操作的危险性，像九年级教材P21实验10-5浓硫酸稀释的错误操作那样，由于浓硫酸的量较多，分液漏斗流入锥形瓶中的水量较大，若控制不好危险性较大，也更不可能让学生亲自动手做实验。对此将该实验进行微型化改进。

（一）实验原理

浓硫酸用水稀释时会产生大量的热。

（二）实验用品

浓硫酸、水、紫色石蕊试液、青霉素瓶（带橡胶盖）、多用滴管、废的输液管。（三）实验装置

（四）实验步骤及现象

（1）取5mL左右的浓硫酸放入青霉素瓶中，在多用滴管中加入水和紫色石蕊试液。

（2）按上图所示安装好实验装置。

（3）挤压多用滴管使其中的石蕊和水的混合液滴入瓶中。由于石蕊遇酸会变成红色，所以滴入石蕊溶液以后浓硫酸沸腾就会飞溅到瓶壁，在瓶壁上留下一些红色的小斑点。青霉素小瓶发热。但通过输液管使瓶内部与外界大气连通，起着缓压的作用，小瓶不会炸裂。

（五）微型设计后的优点

（1）通过这种设计，既能很好的说明将水注入浓硫酸进行稀释的方法具有危险性，又让此实验的过程毫无危险，而且现象明显，富有启发性。

（2）将稀释浓硫酸的正确操作放于错误操作实验之后，经过对比学生更容易记住正确的方法。

四、物质的导电性

九年级教材P56实验10-9试验物质的导电性，该实验所要求的电源没有限定，可以用220V的家用电，实验现象非常明显，但用这种电源做实验危险性较大，很容易触电，很多学生都不敢动手操作。若将电源变为低压电源即安全电压以下，让学生结合物理知识，自己连接电路做实验，他们不但能够完成，而且会很感兴趣。实验室里的低压电源是比较笨重的仪器，只限于实验室使用，而且做不到人手一台。这个实验若将装置微型化，完全可以作为一个探究实验让学生去探究生活中很多物质的导电性，让他们自己去总结经验和规律，最后老师再加以补充修正得出的结论比老师演示实验后就将前人已经得出的结论告诉学生要好得多。对此，做如下改进：

（一）实验原理

电解质在水溶液或熔融状态时，能够电离成自由移动的阴阳离子。当在电解质溶液中插入电极并连接直流电源时，带正电荷的阳离子向阴极移动，带负电荷的阴离子向阳极移动。在这个过程中就形成了电流，使电路形成闭合回路。如：HCI→H⁺+CI^-NaOH→Na⁺+OH^-

（二）实验用品

导线、碳棒电极（或铅笔芯）、小灯泡、可供随身听用的变压器（输出电压为3～12V）、小烧杯、盐酸、硫酸、氢氧化钠溶液。

（三）实验步骤及现象

（1）在小烧杯中加入盐酸；

（2）按如图所示连接电路；

（3）调节变压器电压并观察小灯泡发光情况，当电压调到最大即12V时小灯泡最亮；

（4）将烧杯中盐酸分别换成硫酸、氢氧化钠溶液后按上述方法进行实验。

（四）改进后的优点

（1）实验简单，现象明显，实验装置简易；

（2）每个学生都可以做实验；

（3）本实验要用到物理知识，学科间知识相互渗透，学生通过自己动手做实验，更好地将物理知识运用到化学课上；

（4）实验装置中所用的变压器容易找到，市面上到处有卖。改用这样的变压器做电源给学生做实验或家庭小实验提供了可能性和方便。

（五）探究建议

（1）由于本实验安全性较大，所用仪器容易找到，所以教师教学时，可将该实验放在上课前让学生预习实验内容后自己找一些生活中的物质去探究它们的导电性能，然后老师检查学生们的探究成果，再来上这一节内容，根据学生的探究成果，老师进行总结。这样，我认为会更能激发他们的学习兴趣和给予他们收获成功的喜悦，以及培养他们探索生活现象的能力。

（2）本实验装置中的小灯泡也可以换成音乐卡上的音乐芯片，当电路接通音乐就会响起。充分利用学生的各种感官让他们体验化学的乐趣。

四、酸碱盐的探究

《化学课程标准》人教版教材将老教材的“酸碱盐”一章分成两单元，将盐的内容和化肥合为一单元，将盐的概念放在第十一单元来讲，其实在酸和碱之间的反应这一课题里就已经涉及了盐，因为酸碱之间发生的中和反应产物是盐和水，而盐既可以和酸反应又可以和碱反应，它们三者之间是可以互相转化的。在学习本单元时，学生们不知道盐可以和酸碱反应生成另一种酸和另一种碱。教师可以提出问题让学生猜想，然后再让自己去探究是否盐能与酸碱反应。由于本单元未涉及盐的概念，老师应提供给学生一些盐的名称，最好是生活中常见的，然后学生去设计方案进行实验。学生们开动脑筋后就会想出很多种方法。

在此，我将自己设计的方案介绍如下：

（一）实验原理

酸能与盐反应生成另一种酸和另一种盐；碱能与盐反应生成另一种盐和另一种碱。

如：

2HCI+Na₂CO₃=2NaCI+CO₂↑+H₂ONaCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₂↓+2NaOH

（二）实验用品

青霉素瓶（2个），多用滴管，废输液管，盐酸，碳酸钠，澄清石灰水

（三）实验装置

（四）实验步骤及现象

（1）在一支青霉素瓶中加入少量碳酸钠，再向另一支青霉素瓶中加入少量澄清石灰水；

（2）用多用滴管吸取稀盐酸；

（3）按上图所示安装好实验仪器；

（4）挤压多用滴管使盐酸滴入瓶中与碳酸钠反应产生大量气泡，片刻能观察到右边瓶中澄清石灰水变浑浊。

（五）结论

（1）盐酸与碳酸钠反应生成的二氧化碳通过导气管与石灰水反应生成碳酸钙使溶液变浑浊。

（2）将这个实验放在本单元来做，为下一单元的学习作铺垫。

（3）该实验中可将盐酸换成氢氧化钠，碳酸钠换成二氧化碳，澄清石灰水换成紫色石蕊试液，但导气管部分需要一个止水夹。

利用微型化学实验，学生可以通过动手做实验来学习掌握化学知识，比看教师演示实验所得到的效果要好得多。因为“实物学习”胜过“书本学习”，在实验中能提高学生的动手能力、观察能力，培养他们实事求是的科学态度和创新能力。因此，搞好实验这一环节的教学是实现化学新课程“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”的三维目标的关键。

波意耳说：“只有实验观察才是形成科学思维的基础。”我国著名化学家戴安邦也认为：实验室是培养全面化学人才的最好场所。由此可知，化学实验在化学教学中发挥着独特的无可替代的功能，尤其是在培养学生创造性思维能力方面有特殊的功效。探索性实验是培养学生创造性思维能力的最佳手段之一。它运用了现代教学思想，在强调教学中学生主体性的同时，注重教师主导作用的发挥，使学生始终处于不断探索的情境中，并从中体验到类似科学家从事科学研究的那种探索的愉悦感。从而激发学生学习化学的兴趣。