“半定量法”制“黑面包”实验浅探
2014-12-12张霞
张霞
摘要：中学化学教学中尝试“半定量”实验，是化学实验和化学教学的一种进步。
关键词：半定量实验;黑面包;变量控制
文章编号：1008-0546（2014）12-0091-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.035
一、问题产生
本实验源自化学必修1（人教版2007年3月第3版，2014年6月第5次印刷）第101页，图4-31：蔗糖与浓硫酸的“黑面包”实验。课本实验中，蔗糖由白变黑，证明浓硫酸的脱水性，长成“面包”，证明浓硫酸的强氧化性。教师在演示该实验时，存在两个问题：①用小烧杯做反应容器，在开放体系中完成实验，产生大量的“焦香”气味的气体，污染空气;②药品用量的随意性，导致做成“黑面包”的成功率不高。
二、实验探究
1. 实验设想
为了解决这两个问题，首先将反应容器改为试管，然后在试管上方倒扣量筒，且量筒口伸入烧杯溶液中，形成液封构成了气室，溶液为滴有酚酞的氢氧化钠，用来吸收二氧化硫等气体，以解决污染问题。实验装置如左图。然后借助“半定量法”寻求蔗糖、浓硫酸和水的最合适用量。
2. 实验探究
【实验药品】
浓硫酸（98%），氢氧化钠溶液（0.1mol/L），蔗糖，酚酞
【实验仪器】
20×200规格试管，10mL、100mL规格量筒，水槽，铁架台（带铁夹）
【实验操作】
取一定量蔗糖放入试管中，加入若干滴水，用10mL规格量筒取一定体积浓硫酸，转移到盛有蔗糖的试管中，将100mL规格量筒倒扣在试管上方，下端伸入水槽中的滴有酚酞的NaOH溶液中。
【实验探究历程】
⑴蔗糖量的确定：分5次完成上述实验操作，每次均量取5.0mL浓硫酸，分别称量1.0g、 2.0g、3.0g、4.0g、5.0g蔗糖，均滴入25滴水，并测量“面包”高度。
[结论]称取4.0g蔗糖可以得到较长的“黑面包”。
⑵浓硫酸量的确定：分5次完成上述实验操作，每次均称取4.0g 蔗糖，分别量取1.0mL、 2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL浓硫酸，对应着在蔗糖中滴入5滴、10滴、15滴、20滴、25滴水，并测量“面包”高度。
[结论]量取3.0mL浓硫酸（蔗糖中滴入15滴水）得到较长的“黑面包”，同时减少由于过量的浓硫酸氧化时产生的SO2气体。
⑶固定浓硫酸和蔗糖的用量，改变水的用量：
[结论]用20×200规格试管试管做“黑面包”实验的药品用量：4.0g蔗糖、3.0mL浓硫酸、15滴水，可以获得比较好的实验结果。
三、改进反思
通过如上改进与创新，达到了如下效果：
1. 环境污染最小化
采用试管做反应容器，药品用量减少，有毒气体产生量随之锐减，采用液封形成气室，使产生的气体被氢氧化钠溶液充分吸收，符合绿色化学的理念。由于污染小，这个实验可以作为学生实验、或者课后兴趣实验进行。
2. 实验过程可控性更强
通过变量控制优选实验法，得出的合理的药品配比，可以达到非常理想的效果，保证实验过程可控性。
3. 实验研究的过程与培养学生思维的过程有机融合
实验探究过程中所涉及到的“半定量”思想、优选实验法等，是培养学生科学思维的良好素材。从中学里的简单实验、经典实验开始培养学生定量实验的意识，无论是从药品消耗的成本、反应成功的几率、观察现象的安全等角度，“半定量”实验都比纯定性实验要更科学有效。
这种半定量实验，是在定性实验基础上的量化，但又是“模糊”的定量描述，用常规仪器和操作控制实验中的量，促进学生深刻理解化学知识，培养学生严谨的科学态度，提高学生的科学素养，这也是创新本实验的主要目的之一。endprint
摘要：中学化学教学中尝试“半定量”实验，是化学实验和化学教学的一种进步。
关键词：半定量实验;黑面包;变量控制
文章编号：1008-0546（2014）12-0091-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.035
一、问题产生
本实验源自化学必修1（人教版2007年3月第3版，2014年6月第5次印刷）第101页，图4-31：蔗糖与浓硫酸的“黑面包”实验。课本实验中，蔗糖由白变黑，证明浓硫酸的脱水性，长成“面包”，证明浓硫酸的强氧化性。教师在演示该实验时，存在两个问题：①用小烧杯做反应容器，在开放体系中完成实验，产生大量的“焦香”气味的气体，污染空气;②药品用量的随意性，导致做成“黑面包”的成功率不高。
二、实验探究
1. 实验设想
为了解决这两个问题，首先将反应容器改为试管，然后在试管上方倒扣量筒，且量筒口伸入烧杯溶液中，形成液封构成了气室，溶液为滴有酚酞的氢氧化钠，用来吸收二氧化硫等气体，以解决污染问题。实验装置如左图。然后借助“半定量法”寻求蔗糖、浓硫酸和水的最合适用量。
2. 实验探究
【实验药品】
浓硫酸（98%），氢氧化钠溶液（0.1mol/L），蔗糖，酚酞
【实验仪器】
20×200规格试管，10mL、100mL规格量筒，水槽，铁架台（带铁夹）
【实验操作】
取一定量蔗糖放入试管中，加入若干滴水，用10mL规格量筒取一定体积浓硫酸，转移到盛有蔗糖的试管中，将100mL规格量筒倒扣在试管上方，下端伸入水槽中的滴有酚酞的NaOH溶液中。
【实验探究历程】
⑴蔗糖量的确定：分5次完成上述实验操作，每次均量取5.0mL浓硫酸，分别称量1.0g、 2.0g、3.0g、4.0g、5.0g蔗糖，均滴入25滴水，并测量“面包”高度。
[结论]称取4.0g蔗糖可以得到较长的“黑面包”。
⑵浓硫酸量的确定：分5次完成上述实验操作，每次均称取4.0g 蔗糖，分别量取1.0mL、 2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL浓硫酸，对应着在蔗糖中滴入5滴、10滴、15滴、20滴、25滴水，并测量“面包”高度。
[结论]量取3.0mL浓硫酸（蔗糖中滴入15滴水）得到较长的“黑面包”，同时减少由于过量的浓硫酸氧化时产生的SO2气体。
⑶固定浓硫酸和蔗糖的用量，改变水的用量：
[结论]用20×200规格试管试管做“黑面包”实验的药品用量：4.0g蔗糖、3.0mL浓硫酸、15滴水，可以获得比较好的实验结果。
三、改进反思
通过如上改进与创新，达到了如下效果：
1. 环境污染最小化
采用试管做反应容器，药品用量减少，有毒气体产生量随之锐减，采用液封形成气室，使产生的气体被氢氧化钠溶液充分吸收，符合绿色化学的理念。由于污染小，这个实验可以作为学生实验、或者课后兴趣实验进行。
2. 实验过程可控性更强
通过变量控制优选实验法，得出的合理的药品配比，可以达到非常理想的效果，保证实验过程可控性。
3. 实验研究的过程与培养学生思维的过程有机融合
实验探究过程中所涉及到的“半定量”思想、优选实验法等，是培养学生科学思维的良好素材。从中学里的简单实验、经典实验开始培养学生定量实验的意识，无论是从药品消耗的成本、反应成功的几率、观察现象的安全等角度，“半定量”实验都比纯定性实验要更科学有效。
这种半定量实验，是在定性实验基础上的量化，但又是“模糊”的定量描述，用常规仪器和操作控制实验中的量，促进学生深刻理解化学知识，培养学生严谨的科学态度，提高学生的科学素养，这也是创新本实验的主要目的之一。endprint
摘要：中学化学教学中尝试“半定量”实验，是化学实验和化学教学的一种进步。
关键词：半定量实验;黑面包;变量控制
文章编号：1008-0546（2014）12-0091-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.035
一、问题产生
本实验源自化学必修1（人教版2007年3月第3版，2014年6月第5次印刷）第101页，图4-31：蔗糖与浓硫酸的“黑面包”实验。课本实验中，蔗糖由白变黑，证明浓硫酸的脱水性，长成“面包”，证明浓硫酸的强氧化性。教师在演示该实验时，存在两个问题：①用小烧杯做反应容器，在开放体系中完成实验，产生大量的“焦香”气味的气体，污染空气;②药品用量的随意性，导致做成“黑面包”的成功率不高。
二、实验探究
1. 实验设想
为了解决这两个问题，首先将反应容器改为试管，然后在试管上方倒扣量筒，且量筒口伸入烧杯溶液中，形成液封构成了气室，溶液为滴有酚酞的氢氧化钠，用来吸收二氧化硫等气体，以解决污染问题。实验装置如左图。然后借助“半定量法”寻求蔗糖、浓硫酸和水的最合适用量。
2. 实验探究
【实验药品】
浓硫酸（98%），氢氧化钠溶液（0.1mol/L），蔗糖，酚酞
【实验仪器】
20×200规格试管，10mL、100mL规格量筒，水槽，铁架台（带铁夹）
【实验操作】
取一定量蔗糖放入试管中，加入若干滴水，用10mL规格量筒取一定体积浓硫酸，转移到盛有蔗糖的试管中，将100mL规格量筒倒扣在试管上方，下端伸入水槽中的滴有酚酞的NaOH溶液中。
【实验探究历程】
⑴蔗糖量的确定：分5次完成上述实验操作，每次均量取5.0mL浓硫酸，分别称量1.0g、 2.0g、3.0g、4.0g、5.0g蔗糖，均滴入25滴水，并测量“面包”高度。
[结论]称取4.0g蔗糖可以得到较长的“黑面包”。
⑵浓硫酸量的确定：分5次完成上述实验操作，每次均称取4.0g 蔗糖，分别量取1.0mL、 2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL浓硫酸，对应着在蔗糖中滴入5滴、10滴、15滴、20滴、25滴水，并测量“面包”高度。
[结论]量取3.0mL浓硫酸（蔗糖中滴入15滴水）得到较长的“黑面包”，同时减少由于过量的浓硫酸氧化时产生的SO2气体。
⑶固定浓硫酸和蔗糖的用量，改变水的用量：
[结论]用20×200规格试管试管做“黑面包”实验的药品用量：4.0g蔗糖、3.0mL浓硫酸、15滴水，可以获得比较好的实验结果。
三、改进反思
通过如上改进与创新，达到了如下效果：
1. 环境污染最小化
采用试管做反应容器，药品用量减少，有毒气体产生量随之锐减，采用液封形成气室，使产生的气体被氢氧化钠溶液充分吸收，符合绿色化学的理念。由于污染小，这个实验可以作为学生实验、或者课后兴趣实验进行。
2. 实验过程可控性更强
通过变量控制优选实验法，得出的合理的药品配比，可以达到非常理想的效果，保证实验过程可控性。
3. 实验研究的过程与培养学生思维的过程有机融合
实验探究过程中所涉及到的“半定量”思想、优选实验法等，是培养学生科学思维的良好素材。从中学里的简单实验、经典实验开始培养学生定量实验的意识，无论是从药品消耗的成本、反应成功的几率、观察现象的安全等角度，“半定量”实验都比纯定性实验要更科学有效。
这种半定量实验，是在定性实验基础上的量化，但又是“模糊”的定量描述，用常规仪器和操作控制实验中的量，促进学生深刻理解化学知识，培养学生严谨的科学态度，提高学生的科学素养，这也是创新本实验的主要目的之一。endprint
