化学实验改进简约化策略的思考和实践*

2013-09-04朱旋农汪三叶

湖北科技学院学报 2013年3期

朱旋农，汪三叶

（鄂南高级中学，湖北咸宁 437100）

莎士比亚说：“简洁是智慧的灵魂。”演示实验的改进有很多方向和方法，不管从哪一角度思考，都必须遵循最佳实验方案，我们认为首要考虑的就是简约化原则。本文通过对新课标人教版高中化学教材的分析和研究，结合部分演示实验的改进案例，谈谈对演示实验的改进简约化策略的思考。

一、装置简约，操作简便

铁（或铜）和氯气的反应实验，因为氯气的毒性，不少老师对这个实验“望而生畏”，有的甚至不愿意做这个实验，就连人教版高中新课程化学必修1第四章第2节也删去了这个演示实验。其实，增补和改进这个实验，对学生理解氯气的强氧化性很有必要。老教材中铁、铜和氯气的反应演示实验的是用坩埚钳夹住一束铁丝（或铜丝），灼烧红热后立刻伸入充满氯气的集气瓶中，然后观察现象。不难发现该实验存在如下问题：（1）有毒性的氯气不可避免逸出，实验产生的浓烟排放到空气中污染空气；（2）提前准备的氯气可能溢出降低浓度，影响实验的成功率。很多老师针对这些问题设计不少改进方法，取得了很好的效果。我们在实验的过程中发现这些改进的实验装置较复杂，操作并不简单，且耗时较长，不是特别适合于课堂演示。为此我们设计利用布氏烧瓶（又称抽滤瓶）进行实验，如图1所示。改实验装置简单，操作简便，集制气、储气、反应和验证产物于一体，教师便于展示，学生易于观察，有效防止氯气溢出污染环境，取得了满意的实验效果，改进后的实验荣获2012年湖北省高中化学演示实验创新大赛中一等奖。

图1

又如乙炔的制备实验，按现行教材的装置和方法，实验过程中存在以下几点不足：（1）电石和饱和的食盐水的反应，速度仍然相当的快，速度难控制；（2）反应过程放出大量的热，产生大量糊状泡沫，难以观察固体和液体反应时固体表面冒气泡这一现象；（3）混有磷化氢、硫化氢等杂质而有特殊难闻的臭味。为此我们设计利用锥形瓶进行实验，如图2所示。这样简约化的实验装置，既能较好地控制反应速率，控制产生气体的量，反应平稳，安全可靠，又能将电石中杂质产生的气体如磷化氢、硫化氢等得到有效的除去，避免了对乙炔性质的影响，避免了刺激性气体对环境的污染。也是集制气、储气、反应、除杂和验证产物于一体，取得了不错的实验效果。

图2

二、材料简约，廉价易得

日常生活中的一些用品可用作化学实验仪器，我们可以寻找一些简单的可以替代的材料来进行实验创新。如矿泉水瓶做喷泉实验；气球可以作为容器收集气体或收集尾气；特别是注射器，气密性好，活塞上下伸缩性好，做铜与浓、稀硝酸制NO2、NO实验，可以很好的防止尾气污染；注射器也可与软塑料瓶、导管等组合成气体发生器，可以构成特殊的反应容器。这些生活用品材料应用得好，可以非常好的起到简约实验装置的作用。

如：铜与浓、稀硝酸反应的实验，装置如图3：

图3

按现行教材的装置和方法，有以下几点缺点：（1）即使有NaOH溶液处理气体产物，但处理效果不佳，很易污染环境，威胁教师、学生的健康；（2）由于反应固体和液体不易分离，无法控制实验的结束；（3）实验所用试剂较多，造成试剂浪费；（4）无法证明铜片与稀硝酸反应的产物是NO。我们用注射器代替试管，优点很多：（1）所需试剂只有一片铜片、约10mL浓硝酸、10mL稀硝酸、20mL NaOH溶液，用品只需一个注射器、4个小药瓶，试剂用量大大减少，材料简单易得且可重复多次使用。（2）可随时控制实验的开始与结束。拉注射器推杆可使铜与硝酸接触从而使反应发生，推注射器推杆可使铜与硝酸分离从而使反应结束，操作简便可行。（3）利于对反应产物的研究。反应剩余的液体在原盛装有硝酸的小药瓶内，反应剩余的气体可短时保留于注射器中，可取样后对反应产物作进一步研究。生成NO后，在空气中迅速向后拉注射器推杆，可使空气进入注射器内，无色气体变为红棕色的现象很明显，进而可证明铜与稀硝酸反应的产物是NO。

三、形式简约，现象明显

乙醇的催化氧化实验：在一支试管中加入3～5mL乙醇，取一根10～15 cm长的铜丝，下端绕成螺旋状，在酒精灯上灼烧至红热，插入乙醇中，反复几次。注意观察反应现象，小心闻试管中液体产生的气味。该实验的目的，主要是说明产物中有刺激性气味的乙醛，从而说明乙醇被氧化。我们在实际教学中发现，此实验存在如下问题：（1）教材中的实验是在一个开放体系完成，不符合绿色化学实验理念，且不适合做学生分组实验；（2）目标产物乙醛的检验方法缺乏信度；（3）未对产物水作检测。很多老师针对这些问题设计新的改进方法，取得了很好的效果。但我们在重复实验的过程中发现不少实验耗时较长，不适合于课堂演示。我们利用弯头试管装入乙醇代替吸有乙醇的粉笔或棉花，对教材实验进行了多次探究。探究发现，决定此实验成功的关键是产物的量和产物能否顺利进入检测体系，为此我们设计利用洗耳球鼓入空气的方法来解决这一关键问题，鼓入空气既可以增加产物的量，又可以将产物顺利带入检测体系，如图4所示，取得很好的实验效果。改进后的实验荣获2011年湖北省高中化学演示实验创新大赛一等奖。上述几例实验的改进，集制气、储气、反应、除杂或验证产物于一体，节约仪器、药品，操作方便，快而明显，证明性质更多，更能引起学生的兴趣。“简约”并不简单，实验简约化的关键在哪里?中学化学哪些实验可以进行简约化?这是值得深入研究的一个课题。总之，在实验改进的时候，教师要遵循简约化原则，潜心研究，如何使化学实验更安全、更简单、更迅速、现象更明显，尽可能提高实验的教学效果。