剖析三个教学案例中实验的真伪

黄金泉

摘要：以公开课为案例，针对化学课堂上存在的一些问题和某些习惯说法，利用化学实验和科学理论，进行深入探讨，剖析产生这些问题的原因，并提出解决相关问题的教学建议，以免产生科学性误导。

关键词：实验真伪；化学演示；教学研讨

文章编号：1005–6629（2014）6–0076–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

在实际教学过程中，有的教师对一些问题缺乏深刻认识和研究，随意套用、照抄教辅资料中所谓的“定论”；甚至无视实验过程中真实性化学现象的存在，缺乏应有的思考和质疑。这样很容易导致科学性错误，对学生产生误导。下面笔者以我市近期公开课上的一些教学片段作为案例来进行剖析。

1 用氯化钙溶液来区别碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液，是真的吗？

案例1 这是我市某中学“高中课堂教学整体展示活动”中的一节化学公开课，属复习课类型，课题是苏教版必修1中的“钠及其化合物”[1]。教学中涉及了“请设计尽可能多的实验方案，鉴别2瓶失去标签的碳酸钠、碳酸氢钠”这样一个环节。学生是分两固体和两溶液来进行方案设计的。其中在鉴别碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液时，有一位同学提出了采用氯化钙溶液，实验现象和结论是溶液变浑浊的为碳酸钠溶液，无浑浊产生的为碳酸氢钠溶液。学生简单认为NaHCO3溶液与CaCl2溶液混合，不符合离子反应发生的条件，两者没有发生反应，故无浑浊现象产生。这种鉴别方法也是大多数课外教辅资料总结的传统经典的鉴别方法之一，一直沿用至今，大家对此“深信不疑”。课堂上同学们和执教老师也都认同了这种鉴别方法。没有人提出任何异议。问题是真的能用氯化钙溶液区分碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液吗？

笔者进行了三组对比实验：向三份2 mL 0.1 mol·L-1碳酸钠溶液、2 mL 0.1 mol·L-1碳酸氢钠溶液中分别加入①2滴0.1 mol·L-1氯化钙溶液；②2滴0.01 mol·L-1氯化钙溶液；③2滴0.001 mol·L-1氯化钙溶液。结果发现：除③中碳酸氢钠溶液中没有出现明显浑浊外，其余都变浑浊了！因此，利用氯化钙溶液，难于区分它们。有同行提出，会不会是配制碳酸氢钠溶液的碳酸氢钠固体不纯，里面混有碳酸钠固体，才导致遇到氯化钙溶液出现浑浊？笔者针对这一疑问进行了实验探究：用分析纯碳酸氢钠溶于蒸馏水配成溶液，然后向此碳酸氢钠溶液中通入足量的二氧化碳气体，目的是将其中可能混有的碳酸钠完全转化为碳酸氢钠，一段时间后，再滴入氯化钙溶液，结果还是产生了浑浊。所以碳酸氢钠固体中混有碳酸钠的观点笔者认为是不可信的。

有文献从定性和定量角度进行过探讨：当NaHCO3溶液的物质的量浓度低于0.50 mol·L-1、CaCl2溶液的物质的量浓度低于1×10-5 mol·L-1，或调节两者的浓度都较小时，相互滴加就难以观察到浑浊[2]。而中学化学中这一实验一般是定性实验，所配溶液的浓度都不会太低，一般情况下碳酸氢钠溶液和氯化钙溶液混合后都会产生浑浊。所以，在通常情况下认为可采用氯化钙溶液来区分碳酸钠和碳酸氢钠这两种溶液是“非真实性化学”问题，不是真的！

其实区分碳酸钠和碳酸氢钠固体还有一种更简便的实验方法。操作如下：分别称取1 g碳酸钠和碳酸氢钠固体于试管中，各加入1 mL的水，充分振荡一段时间后，用手去捂两支试管的底部，很容易感觉到盛放碳酸钠固体的试管放热明显，而盛放碳酸氢钠固体的试管温度变化不明显。碳酸钠固体溶于水后为什么会放热？原因可解释为碳酸钠固体溶于水时包含溶解和水合这两个过程。碳酸钠在水中溶解扩散时，要吸热；但在水合过程中，碳酸钠会与少量的水发生反应，生成碳酸钠晶体（主要成分是Na2CO3·10H2O），这个过程要放热。因为放出的热量大于吸收的热量，所以碳酸钠固体溶于水后是放热的；而碳酸氢钠固体溶于水后是吸热的（可能会因当时气温的影响，温差感觉不明显而已）。如果再将刚才盛放碳酸钠固体的试管倒放过来，我们可以惊奇地发现一个奇特的现象，原来加进去的少量水形成的“溶液”居然不会流下来（因为它已经和碳酸钠化合成碳酸钠晶体了）。但盛放碳酸氢钠固体的那支试管却不会出现这种现象，溶液依然是溶液！这种区分方法笔者认为比较实用、简便，课堂上可视实际情况进行补充演示。

2 还原性铁粉中加入少量炭粉，撒入内壁用稀醋酸润湿过的试管中只发生析氢腐蚀，是真的吗？

案例2 这是我市某中学对外教学活动中的一节化学公开课，课题是苏教版选修《化学反应原理》专题1第三单元中的“金属的电化学腐蚀”[3]。在讲授吸氧腐蚀和析氢腐蚀时，执教者按课本上（P23）的“活动与探究”的要求进行了这样的教学设计：

教师活动：……，相对于化学腐蚀来说，电化学腐蚀更为常见。下面我们通过实验对铁的电化学腐蚀进行探究。

实验演示：向还原铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的两支具支试管中，按图1组装好仪器，分别标记为a装置和b装置。几分钟后，打开止水夹，要求学生观察、比较导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管中的现象。

问题思考：两个实验的现象有何差异？产生差异的可能原因是什么？

学生活动：……，b装置的导管中水柱瞬间下降后又开始上升。

教师活动：（无视学生的这种回答）解释说理论上b装置的导管中水柱应该不会上升，而是下降。可能是由于实验条件的影响，才导致了这种“异常”现象的发生（自圆其说，深受一些教学参考书的影响）。

教师投影小结：实验现象：a装置的导管中水柱上升，b装置的导管中水柱下降。产生这种差异的原因是：a装置中发生了吸氧腐蚀，反应过程中消耗了氧气，导致a装置中的气体压强减少，因此a装置的导管中水柱上升；而b装置中只发生析氢腐蚀，导致b装置中的气体压强增大，因此b装置的导管中水柱下降。

可以看出，真实的实验现象与教师预设的完全相悖了。当然，这也超出了大多数学生的预期。应该说学生课堂上的观察是非常仔细的。这本是一个很好的动态生成的教学资源，如果教师及时抓住这个“意外”，并以此作为问题的切入点，让学生分析、探讨产生这种现象的可能原因，这肯定会成为这节课的一个亮点。可惜执教老师却无视这种“意外”发现，反而把出现的这种“真实性化学”问题归结为受实验条件影响下的所谓的“非真实性化学”问题，甚至还总结了所谓的“正确”答案。那么钢铁在酸性环境中是否真的只会发生析氢腐蚀呢？endprint

笔者听完课后回到学校，动手进行了多次实验，通过仔细观察发现b装置开始时因发生析氢腐蚀，导致b装置中的气体压强增大，其导管中水柱开始下降，但随后发现导管中的水柱液面又很快上升，其上升高度甚至比a装置的导管中水柱还要高！仔细分析就不难得出结论，在这种实验条件下，稀醋酸润湿过的试管，水膜酸性很弱，仅有少量氢离子得电子而生成氢气，更主要的是溶解在水膜里的氧气得电子而发生吸氧腐蚀；而被酸处理过的铁粉的析氢腐蚀速度更快，瞬间完成后就开始吸氧腐蚀了，倒吸的速度和程度均大于氯化钠溶液润湿过的吸氧腐蚀。因此，我们最终看到的实验现象是b装置中导管水柱液面也上升，而非下降。有老师提出，会不会是开始发生析氢腐蚀，生成的Fe2+被氧气直接氧化所导致的？这不难，我们只要将混合粉末中的铁粉换成Zn粉，重做实验，一会儿又出现了倒吸现象。这样可以初步得出结论：酸性条件较强时析氢腐蚀为主；当酸性减弱时，吸氧腐蚀为主。所以在还原性铁粉中加入少量炭粉，撒入内壁用稀醋酸润湿过的试管中只发生析氢腐蚀，是“非真实性化学”问题，不是真的！需要指出的是由于教材中只说用稀醋酸润湿，并没有说明精确的pH，那究竟pH在什么范围内以析氢腐蚀为主，在什么范围内以吸氧腐蚀为主？限于实验条件，这一困惑期待将来会予以解决。

如果将课本上的实验装置改为对比实验装置，可能实验效果会更好，实验现象也会更明显。如图2所示，在具支试管a中加入用食盐水湿润的铁粉和炭粉，在具支试管b中加入用稀醋酸湿润的等量的铁粉和炭粉，起始调节红墨水左右两边的高度使之相等。然后观察实验现象。可以很快发现，红墨水起初向左侧流动，导致左侧水柱比右侧高。大约几分钟后，红墨水又向右侧流动，导致右侧水柱比左侧高。当然如果长时间放置后再观察，可能实验现象又会发生新的变化，由于篇幅的原因这里就不再进行阐述了。

3 同温度，同物质的量浓度的NaHCO3溶液的碱性大于CH3COONa，是真的吗？

案例3 这是我市一次高三化学教研活动中的一节公开课，课题是“离子浓度大小比较”。教学中涉及到这样一个问题：比较同温度下，同物质的量浓度的CH3COONa、NaHCO3、C6H5ONa的碱性强弱。执教者是这样来进行推理的：

因为相应酸的酸性强弱：

CH3COOH>H2CO3>C6H5OH

所以相应阴离子的水解程度：

CH3COO-

因此溶液的碱性强弱：

CH3COONa

听课的教师在后来评课时，也没有指出其中的问题，大家都认同了这种“习惯说法”。无独有偶，在2012～2013学年度苏锡常镇四市高三教学情况调研（二）化学试卷中也曾出现过“在同温度下，pH相同时，比较CH3COONa、NaHCO3、C6H5ONa、Na2CO3的物质的量浓度大小”的问题[4]，而且当时的参考答案也认为是：CH3COONa

笔者带着疑问进行了实验测定，测定方法如下：用pH计分别测定0.1 mol·L-1的CH3COONa和NaHCO3溶液，其pH大约分别是9.0和8.3，事实证明在相同条件下，CH3COONa溶液的碱性反而比NaHCO3溶液的碱性强！后来笔者在2013年《中学化学教学参考》第3期杂志上看到了刘毅传老师的“同浓度碳酸氢钠与醋酸钠两溶液碱性谁更强？”的文章[5]。刘老师不仅从实验上进行了检验，而且还从数学上加以了证明。同时指出：对于酸式盐溶液的酸碱性问题要从水解和电离这两个方向进行考虑。如果只从水解的角度看问题，难免得出错误的结论。

综上所述，化学教学中应重视实验，对有争议的问题及习惯说法进行深入探讨和认真分析、推理，切不可想当然，人云亦云，否则会产生一些科学性误导。而这一误导不仅仅是知识的误导，更重要的是科学方法和科学思维的误导，这种误导比知识误导更可怕，危害性更大、更长远，作为教师而言应该极力避免。

参考文献：

[1]吴名胜，诸全头.碳酸氢钠与氯化钙溶液真的不反应吗[J].化学教育，2008，（2）：65～66.

[2][3]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理（第4版）[M].南京：江苏教育出版社，2009：23～24.

[4] 2012～2013学年度苏锡常镇四市高三教学情况调研（二）化学试卷.

[5]刘毅传.同浓度碳酸氢钠与醋酸钠两溶液碱性谁更强？[J].中学化学教学参考，2013，（3）：27.

[6]江苏省教育考试院. 2011年普通高等学校招生全国统一考试化学试卷（江苏卷）.

[7]唐悦. NaHCO3溶液中CO3 2-浓度一定小于OH-浓度吗[J].中学化学教学参考，2010，（7）：43～44.

笔者听完课后回到学校，动手进行了多次实验，通过仔细观察发现b装置开始时因发生析氢腐蚀，导致b装置中的气体压强增大，其导管中水柱开始下降，但随后发现导管中的水柱液面又很快上升，其上升高度甚至比a装置的导管中水柱还要高！仔细分析就不难得出结论，在这种实验条件下，稀醋酸润湿过的试管，水膜酸性很弱，仅有少量氢离子得电子而生成氢气，更主要的是溶解在水膜里的氧气得电子而发生吸氧腐蚀；而被酸处理过的铁粉的析氢腐蚀速度更快，瞬间完成后就开始吸氧腐蚀了，倒吸的速度和程度均大于氯化钠溶液润湿过的吸氧腐蚀。因此，我们最终看到的实验现象是b装置中导管水柱液面也上升，而非下降。有老师提出，会不会是开始发生析氢腐蚀，生成的Fe2+被氧气直接氧化所导致的？这不难，我们只要将混合粉末中的铁粉换成Zn粉，重做实验，一会儿又出现了倒吸现象。这样可以初步得出结论：酸性条件较强时析氢腐蚀为主；当酸性减弱时，吸氧腐蚀为主。所以在还原性铁粉中加入少量炭粉，撒入内壁用稀醋酸润湿过的试管中只发生析氢腐蚀，是“非真实性化学”问题，不是真的！需要指出的是由于教材中只说用稀醋酸润湿，并没有说明精确的pH，那究竟pH在什么范围内以析氢腐蚀为主，在什么范围内以吸氧腐蚀为主？限于实验条件，这一困惑期待将来会予以解决。

如果将课本上的实验装置改为对比实验装置，可能实验效果会更好，实验现象也会更明显。如图2所示，在具支试管a中加入用食盐水湿润的铁粉和炭粉，在具支试管b中加入用稀醋酸湿润的等量的铁粉和炭粉，起始调节红墨水左右两边的高度使之相等。然后观察实验现象。可以很快发现，红墨水起初向左侧流动，导致左侧水柱比右侧高。大约几分钟后，红墨水又向右侧流动，导致右侧水柱比左侧高。当然如果长时间放置后再观察，可能实验现象又会发生新的变化，由于篇幅的原因这里就不再进行阐述了。

3 同温度，同物质的量浓度的NaHCO3溶液的碱性大于CH3COONa，是真的吗？

案例3 这是我市一次高三化学教研活动中的一节公开课，课题是“离子浓度大小比较”。教学中涉及到这样一个问题：比较同温度下，同物质的量浓度的CH3COONa、NaHCO3、C6H5ONa的碱性强弱。执教者是这样来进行推理的：

因为相应酸的酸性强弱：

CH3COOH>H2CO3>C6H5OH

所以相应阴离子的水解程度：

CH3COO-

因此溶液的碱性强弱：

CH3COONa

听课的教师在后来评课时，也没有指出其中的问题，大家都认同了这种“习惯说法”。无独有偶，在2012～2013学年度苏锡常镇四市高三教学情况调研（二）化学试卷中也曾出现过“在同温度下，pH相同时，比较CH3COONa、NaHCO3、C6H5ONa、Na2CO3的物质的量浓度大小”的问题[4]，而且当时的参考答案也认为是：CH3COONa

笔者带着疑问进行了实验测定，测定方法如下：用pH计分别测定0.1 mol·L-1的CH3COONa和NaHCO3溶液，其pH大约分别是9.0和8.3，事实证明在相同条件下，CH3COONa溶液的碱性反而比NaHCO3溶液的碱性强！后来笔者在2013年《中学化学教学参考》第3期杂志上看到了刘毅传老师的“同浓度碳酸氢钠与醋酸钠两溶液碱性谁更强？”的文章[5]。刘老师不仅从实验上进行了检验，而且还从数学上加以了证明。同时指出：对于酸式盐溶液的酸碱性问题要从水解和电离这两个方向进行考虑。如果只从水解的角度看问题，难免得出错误的结论。

综上所述，化学教学中应重视实验，对有争议的问题及习惯说法进行深入探讨和认真分析、推理，切不可想当然，人云亦云，否则会产生一些科学性误导。而这一误导不仅仅是知识的误导，更重要的是科学方法和科学思维的误导，这种误导比知识误导更可怕，危害性更大、更长远，作为教师而言应该极力避免。

参考文献：

[1]吴名胜，诸全头.碳酸氢钠与氯化钙溶液真的不反应吗[J].化学教育，2008，（2）：65～66.

[2][3]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理（第4版）[M].南京：江苏教育出版社，2009：23～24.

[4] 2012～2013学年度苏锡常镇四市高三教学情况调研（二）化学试卷.

[5]刘毅传.同浓度碳酸氢钠与醋酸钠两溶液碱性谁更强？[J].中学化学教学参考，2013，（3）：27.

[6]江苏省教育考试院. 2011年普通高等学校招生全国统一考试化学试卷（江苏卷）.

[7]唐悦. NaHCO3溶液中CO3 2-浓度一定小于OH-浓度吗[J].中学化学教学参考，2010，（7）：43～44.

笔者听完课后回到学校，动手进行了多次实验，通过仔细观察发现b装置开始时因发生析氢腐蚀，导致b装置中的气体压强增大，其导管中水柱开始下降，但随后发现导管中的水柱液面又很快上升，其上升高度甚至比a装置的导管中水柱还要高！仔细分析就不难得出结论，在这种实验条件下，稀醋酸润湿过的试管，水膜酸性很弱，仅有少量氢离子得电子而生成氢气，更主要的是溶解在水膜里的氧气得电子而发生吸氧腐蚀；而被酸处理过的铁粉的析氢腐蚀速度更快，瞬间完成后就开始吸氧腐蚀了，倒吸的速度和程度均大于氯化钠溶液润湿过的吸氧腐蚀。因此，我们最终看到的实验现象是b装置中导管水柱液面也上升，而非下降。有老师提出，会不会是开始发生析氢腐蚀，生成的Fe2+被氧气直接氧化所导致的？这不难，我们只要将混合粉末中的铁粉换成Zn粉，重做实验，一会儿又出现了倒吸现象。这样可以初步得出结论：酸性条件较强时析氢腐蚀为主；当酸性减弱时，吸氧腐蚀为主。所以在还原性铁粉中加入少量炭粉，撒入内壁用稀醋酸润湿过的试管中只发生析氢腐蚀，是“非真实性化学”问题，不是真的！需要指出的是由于教材中只说用稀醋酸润湿，并没有说明精确的pH，那究竟pH在什么范围内以析氢腐蚀为主，在什么范围内以吸氧腐蚀为主？限于实验条件，这一困惑期待将来会予以解决。

如果将课本上的实验装置改为对比实验装置，可能实验效果会更好，实验现象也会更明显。如图2所示，在具支试管a中加入用食盐水湿润的铁粉和炭粉，在具支试管b中加入用稀醋酸湿润的等量的铁粉和炭粉，起始调节红墨水左右两边的高度使之相等。然后观察实验现象。可以很快发现，红墨水起初向左侧流动，导致左侧水柱比右侧高。大约几分钟后，红墨水又向右侧流动，导致右侧水柱比左侧高。当然如果长时间放置后再观察，可能实验现象又会发生新的变化，由于篇幅的原因这里就不再进行阐述了。

3 同温度，同物质的量浓度的NaHCO3溶液的碱性大于CH3COONa，是真的吗？

案例3 这是我市一次高三化学教研活动中的一节公开课，课题是“离子浓度大小比较”。教学中涉及到这样一个问题：比较同温度下，同物质的量浓度的CH3COONa、NaHCO3、C6H5ONa的碱性强弱。执教者是这样来进行推理的：

因为相应酸的酸性强弱：

CH3COOH>H2CO3>C6H5OH

所以相应阴离子的水解程度：

CH3COO-

因此溶液的碱性强弱：

CH3COONa

听课的教师在后来评课时，也没有指出其中的问题，大家都认同了这种“习惯说法”。无独有偶，在2012～2013学年度苏锡常镇四市高三教学情况调研（二）化学试卷中也曾出现过“在同温度下，pH相同时，比较CH3COONa、NaHCO3、C6H5ONa、Na2CO3的物质的量浓度大小”的问题[4]，而且当时的参考答案也认为是：CH3COONa

笔者带着疑问进行了实验测定，测定方法如下：用pH计分别测定0.1 mol·L-1的CH3COONa和NaHCO3溶液，其pH大约分别是9.0和8.3，事实证明在相同条件下，CH3COONa溶液的碱性反而比NaHCO3溶液的碱性强！后来笔者在2013年《中学化学教学参考》第3期杂志上看到了刘毅传老师的“同浓度碳酸氢钠与醋酸钠两溶液碱性谁更强？”的文章[5]。刘老师不仅从实验上进行了检验，而且还从数学上加以了证明。同时指出：对于酸式盐溶液的酸碱性问题要从水解和电离这两个方向进行考虑。如果只从水解的角度看问题，难免得出错误的结论。

综上所述，化学教学中应重视实验，对有争议的问题及习惯说法进行深入探讨和认真分析、推理，切不可想当然，人云亦云，否则会产生一些科学性误导。而这一误导不仅仅是知识的误导，更重要的是科学方法和科学思维的误导，这种误导比知识误导更可怕，危害性更大、更长远，作为教师而言应该极力避免。

参考文献：

[1]吴名胜，诸全头.碳酸氢钠与氯化钙溶液真的不反应吗[J].化学教育，2008，（2）：65～66.

[2][3]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理（第4版）[M].南京：江苏教育出版社，2009：23～24.

[4] 2012～2013学年度苏锡常镇四市高三教学情况调研（二）化学试卷.

[5]刘毅传.同浓度碳酸氢钠与醋酸钠两溶液碱性谁更强？[J].中学化学教学参考，2013，（3）：27.

[6]江苏省教育考试院. 2011年普通高等学校招生全国统一考试化学试卷（江苏卷）.

[7]唐悦. NaHCO3溶液中CO3 2-浓度一定小于OH-浓度吗[J].中学化学教学参考，2010，（7）：43～44.