朱旋農(nóng),汪三葉
(鄂南高級中學,湖北 咸寧 437100)
莎士比亞說:“簡潔是智慧的靈魂。”演示實驗的改進有很多方向和方法,不管從哪一角度思考,都必須遵循最佳實驗方案,我們認為首要考慮的就是簡約化原則。本文通過對新課標人教版高中化學教材的分析和研究,結(jié)合部分演示實驗的改進案例,談?wù)剬ρ菔緦嶒灥母倪M簡約化策略的思考。
鐵(或銅)和氯氣的反應(yīng)實驗,因為氯氣的毒性,不少老師對這個實驗“望而生畏”,有的甚至不愿意做這個實驗,就連人教版高中新課程化學必修1第四章第2節(jié)也刪去了這個演示實驗。其實,增補和改進這個實驗,對學生理解氯氣的強氧化性很有必要。老教材中鐵、銅和氯氣的反應(yīng)演示實驗的是用坩堝鉗夾住一束鐵絲(或銅絲),灼燒紅熱后立刻伸入充滿氯氣的集氣瓶中,然后觀察現(xiàn)象。不難發(fā)現(xiàn)該實驗存在如下問題:(1)有毒性的氯氣不可避免逸出,實驗產(chǎn)生的濃煙排放到空氣中污染空氣;(2)提前準備的氯氣可能溢出降低濃度,影響實驗的成功率。很多老師針對這些問題設(shè)計不少改進方法,取得了很好的效果。我們在實驗的過程中發(fā)現(xiàn)這些改進的實驗裝置較復雜,操作并不簡單,且耗時較長,不是特別適合于課堂演示。為此我們設(shè)計利用布氏燒瓶(又稱抽濾瓶)進行實驗,如圖1所示。改實驗裝置簡單,操作簡便,集制氣、儲氣、反應(yīng)和驗證產(chǎn)物于一體,教師便于展示,學生易于觀察,有效防止氯氣溢出污染環(huán)境,取得了滿意的實驗效果,改進后的實驗榮獲2012年湖北省高中化學演示實驗創(chuàng)新大賽中一等獎。
圖1
又如乙炔的制備實驗,按現(xiàn)行教材的裝置和方法,實驗過程中存在以下幾點不足:(1)電石和飽和的食鹽水的反應(yīng),速度仍然相當?shù)目欤俣入y控制;(2)反應(yīng)過程放出大量的熱,產(chǎn)生大量糊狀泡沫,難以觀察固體和液體反應(yīng)時固體表面冒氣泡這一現(xiàn)象;(3)混有磷化氫、硫化氫等雜質(zhì)而有特殊難聞的臭味。為此我們設(shè)計利用錐形瓶進行實驗,如圖2所示。這樣簡約化的實驗裝置,既能較好地控制反應(yīng)速率,控制產(chǎn)生氣體的量,反應(yīng)平穩(wěn),安全可靠,又能將電石中雜質(zhì)產(chǎn)生的氣體如磷化氫、硫化氫等得到有效的除去,避免了對乙炔性質(zhì)的影響,避免了刺激性氣體對環(huán)境的污染。也是集制氣、儲氣、反應(yīng)、除雜和驗證產(chǎn)物于一體,取得了不錯的實驗效果。
圖2
日常生活中的一些用品可用作化學實驗儀器,我們可以尋找一些簡單的可以替代的材料來進行實驗創(chuàng)新。如礦泉水瓶做噴泉實驗;氣球可以作為容器收集氣體或收集尾氣;特別是注射器,氣密性好,活塞上下伸縮性好,做銅與濃、稀硝酸制NO2、NO實驗,可以很好的防止尾氣污染;注射器也可與軟塑料瓶、導管等組合成氣體發(fā)生器,可以構(gòu)成特殊的反應(yīng)容器。這些生活用品材料應(yīng)用得好,可以非常好的起到簡約實驗裝置的作用。
如:銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的實驗,裝置如圖3:
圖3
按現(xiàn)行教材的裝置和方法,有以下幾點缺點:(1)即使有NaOH溶液處理氣體產(chǎn)物,但處理效果不佳,很易污染環(huán)境,威脅教師、學生的健康;(2)由于反應(yīng)固體和液體不易分離,無法控制實驗的結(jié)束;(3)實驗所用試劑較多,造成試劑浪費;(4)無法證明銅片與稀硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物是NO。我們用注射器代替試管,優(yōu)點很多:(1)所需試劑只有一片銅片、約10mL濃硝酸、10mL稀硝酸、20mL NaOH溶液,用品只需一個注射器、4個小藥瓶,試劑用量大大減少,材料簡單易得且可重復多次使用。(2)可隨時控制實驗的開始與結(jié)束。拉注射器推桿可使銅與硝酸接觸從而使反應(yīng)發(fā)生,推注射器推桿可使銅與硝酸分離從而使反應(yīng)結(jié)束,操作簡便可行。(3)利于對反應(yīng)產(chǎn)物的研究。反應(yīng)剩余的液體在原盛裝有硝酸的小藥瓶內(nèi),反應(yīng)剩余的氣體可短時保留于注射器中,可取樣后對反應(yīng)產(chǎn)物作進一步研究。生成NO后,在空氣中迅速向后拉注射器推桿,可使空氣進入注射器內(nèi),無色氣體變?yōu)榧t棕色的現(xiàn)象很明顯,進而可證明銅與稀硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物是NO。
乙醇的催化氧化實驗:在一支試管中加入3~5mL乙醇,取一根10~15 cm長的銅絲,下端繞成螺旋狀,在酒精燈上灼燒至紅熱,插入乙醇中,反復幾次。注意觀察反應(yīng)現(xiàn)象,小心聞試管中液體產(chǎn)生的氣味。該實驗的目的,主要是說明產(chǎn)物中有刺激性氣味的乙醛,從而說明乙醇被氧化。我們在實際教學中發(fā)現(xiàn),此實驗存在如下問題:(1)教材中的實驗是在一個開放體系完成,不符合綠色化學實驗理念,且不適合做學生分組實驗;(2)目標產(chǎn)物乙醛的檢驗方法缺乏信度;(3)未對產(chǎn)物水作檢測。很多老師針對這些問題設(shè)計新的改進方法,取得了很好的效果。但我們在重復實驗的過程中發(fā)現(xiàn)不少實驗耗時較長,不適合于課堂演示。我們利用彎頭試管裝入乙醇代替吸有乙醇的粉筆或棉花,對教材實驗進行了多次探究。探究發(fā)現(xiàn),決定此實驗成功的關(guān)鍵是產(chǎn)物的量和產(chǎn)物能否順利進入檢測體系,為此我們設(shè)計利用洗耳球鼓入空氣的方法來解決這一關(guān)鍵問題,鼓入空氣既可以增加產(chǎn)物的量,又可以將產(chǎn)物順利帶入檢測體系,如圖4所示,取得很好的實驗效果。改進后的實驗榮獲2011年湖北省高中化學演示實驗創(chuàng)新大賽一等獎。上述幾例實驗的改進,集制氣、儲氣、反應(yīng)、除雜或驗證產(chǎn)物于一體,節(jié)約儀器、藥品,操作方便,快而明顯,證明性質(zhì)更多,更能引起學生的興趣。“簡約”并不簡單,實驗簡約化的關(guān)鍵在哪里?中學化學哪些實驗可以進行簡約化?這是值得深入研究的一個課題??傊趯嶒灨倪M的時候,教師要遵循簡約化原則,潛心研究,如何使化學實驗更安全、更簡單、更迅速、現(xiàn)象更明顯,盡可能提高實驗的教學效果。
圖4
[1]劉坤龍.新課程背景下中學化學實驗教學初探[J].實驗教學與儀器,2008,(6).
[2]樊會武,朱旋農(nóng),姚志紅.乙醇催化氧化實驗的改進[J].化學教學,2012,(8):49 ~50.