幾個創新設計和改進實驗的介紹

摘要：從實驗裝置、活動與探究、反應原理等角度介紹了6個中學化學實驗的設計和改進，以更好地發揮實驗教學對全面提高學生科學素養的作用和功能。

關鍵詞：實驗；設計

文章編號：1005－6629(2007)05－0008－03中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

化學實驗對全面提高學生的科學素養有著極為重要的作用。教科書在編寫時，雖然精心設計實驗方案，積極開發探究性實驗，但在課堂教學中，有時實驗效果往往不盡如人意。在新課程實施過程中，如何發揮實驗教學的多元化價值，需要群策群力、因地制宜地積極設計改進實驗。我市開展的一次化學實驗創新設計展示活動，展示了全市化學實驗改進、優化、增設以及創新的成果，現將其中5個創新設計和改進的實驗介紹給大家。

1 與實驗裝置有關的實驗設計和改進

實驗裝置是實驗的重要組成部分，從演示實驗反應裝置的簡約性、安全性、綠色化、可重復操作等角度出發，設計和改進原來的實驗裝置，提高演示實驗的質量。

案例1：銅與濃硫酸反應實驗改進

[原實驗的缺點] 實驗中容易倒吸、反應進程難控制、拆卸裝置時產生污染。

[改進后的實驗裝置](見下圖)

[實驗操作] 連接好裝置，檢驗氣密性，加入相應的試劑。

第一步， 加熱試管A直到試管B中品紅完全褪色。

第二步，熄滅酒精燈后，a管中空氣進入試管A中，可防止試管B中溶液倒吸。

第三步，將Cu絲上提離開液面。

第四步，用洗耳球從a管口向試管A中大量鼓氣，以排盡A中的SO₂氣體。

第五步，取出銅絲，浸入稀硫酸中，銅絲表面的黑色固體溶解，溶液變為藍色，即Cu絲與濃硫酸共熱時被氧化為CuO；再取出試管底部的白色固體放入盛有水的燒杯中，溶液變為藍色，證明白色固體是無水硫酸銅。由此可推斷出銅與濃硫酸反應方程式為：

[裝置優點]①插入的導管a完全防止了倒吸；②換班實驗時不會產生污染；③思考性、推理性強，有利于培養學習興趣。

案例2：銅與氯氣反應實驗改進

[原實驗的缺點] 課前要制備氯氣費時；實驗中容易產生污染。

[改進后的實驗裝置]

[實驗操作] (1)集氣瓶底部先盛放少許氯酸鉀（不要用高錳酸鉀代替）。

(2)取一根長約30cm的細銅絲，從約10cm處起靠在筆套上繞成螺旋狀，另一端也留10cm，做成“U”型。如圖所示，穿過雙孔橡膠塞，塞住集氣瓶口。

(3)雙孔橡膠塞上，一孔插盛有濃鹽酸的膠頭滴管，另一孔插盛有蒸餾水的膠頭滴管。

(4)把大功率調壓變壓器或“高中教學用電源”的輸出電壓調到12V處，正、負極各接一根帶“鱷嘴形”銅夾的導線，導線上“鱷嘴形”銅夾各夾住露出橡膠塞的銅絲的兩端。此時不能打開電源。準備工作至此完畢。

(5)實驗時，先擠下膠頭滴管中的濃鹽酸，它與氯酸鉀接觸立即反應，產生氯氣。當看到瓶內有淡黃綠色氣體后，接通電源，加熱銅絲。約10秒鐘，銅絲在氯氣里劇烈燃燒，此時立即斷開電源。后續操作略。

[裝置優點]①不需要事先制備氯氣；

②電源加熱銅絲，受熱均勻，整根銅絲同時與氯氣反應，且氯氣不斷產生，反應持續進行，反應現象很壯觀（棕黃色煙在瓶里翻騰不熄），學生印象深刻；

③全封閉實驗，不污染環境，多余氯氣易處理，符合環保要求。

注意要用調壓變壓器控制好電壓，或用大功率“高中教學用電源”。不能用小功率電源，如“學生電源”，它的過載保護能力差，易燒壞電源。

案例3：銅與硝酸反應實驗中滴瓶的妙用

（1）銅與稀硝酸反應

[實驗操作] 取一只無色磨口滴瓶，在瓶內加入少量過氧化鈉。將一根細銅絲插入膠頭滴管中，用膠頭滴管吸取稀硝酸，這時，可以觀察到滴管中的稀硝酸和銅絲開始反應。將膠頭滴管迅速插入滴瓶中。將整個裝置放在投影儀上。觀察到銅絲表面有氣泡產生，溶液開始變藍色，滴管內液面開始下降，液面上的氣體為無色。待滴管內的溶液排盡，擠一下乳膠滴頭，滴瓶內迅速出現紅棕色氣體。振蕩滴瓶，可以看到紅棕色氣體逐漸消失，滴瓶內出現藍色絮狀沉淀或黑色沉淀。

[實驗優點] ①實驗裝置簡單，操作方便，可以反復使用；②現象明顯，能清楚地觀察到一氧化氮是一種無色的氣體，當它與滴瓶內的富氧空氣接觸迅速生成紅棕色的二氧化氮；③取材容易，節約了藥品；④全封閉環境實驗，過氧化鈉遇水產生的氫氧化鈉能夠較好的吸收反應產生的有害氣體，不污染環境。

（2）銅與濃硝酸反應

[實驗操作] 取一只無色磨口滴瓶，在瓶內加入一小片銅。用膠頭滴管吸取30%的氫氧化鈉。往滴瓶中加入2-3 mL濃硝酸。然后將滴管迅速插入滴瓶。可以觀察到滴瓶中的濃硝酸和銅片開始反應，產生大量紅棕色的氣體，反應后的溶液呈藍綠色。將膠頭滴管中的氫氧化鈉擠入滴瓶中。振蕩滴瓶，可以看到紅棕色氣體逐漸消失。滴瓶中出現藍色或黑色沉淀。

[實驗優點] ①實驗裝置簡單，操作方便，現象相當明顯；②該裝置可以隨時使反應停止；③反應后的尾氣吸收效果明顯，不污染環境。

注：案例2.案例3的幾個實驗均在封閉容器中進行，故制取Cl₂、NO、NO₂等氣體時，不宜求多，只要能觀察到顏色，可進行下步反應即可。

2與活動、探究有關的實驗設計和改進

新課程強調學生的活動與探究，這就給學生分組實驗的準備提出了更高、更多的要求，以適合學生進行分組實驗。如何設計裝置簡單、操作方便、藥品用量少、取材容易、環境污染少的實驗顯得迫切需要。

案例4：不用加熱的纖維素水解實驗

[原實驗的缺點] 小火微熱，不容易控制，易出現棉花脫水炭化現象；二次加熱實驗操作復雜、費時。

[改進后的實驗操作] 取一支小試管，放入一小團棉花，滴加3-4滴水，然后加入7-10滴98％的濃H₂SO₄。利用濃H₂SO₄遇水稀釋時釋放的大量熱量使得纖維素發生水解，溶液呈亮棕色。

往以上溶液中，加入過量NaOH中和，再加入三滴2% CuSO₄溶液。由于NaOH和濃H₂SO₄反應放出大量的熱量，使得反應產生的Cu(OH)₂ 立刻被還原成Cu₂O，出現磚紅色沉淀。

[實驗優點] ①整個實驗過程一氣呵成，非常流暢，實驗成功率很高；②全封閉兩次利用反應熱，不用加熱，節約藥品，節約時間，簡化了實驗，符合綠色化學的指導思想；③該方法也可以用于淀粉的水解，蔗糖的水解。原理相同，都是以適量的水加入淀粉或蔗糖中，然后加入濃H₂SO₄以此代替課本中相應濃度的H₂SO₄，同樣利用濃H₂SO₄遇水稀釋時釋放的大量熱量進行水解反應，利用中和熱進行斐林反應。這些反應對H₂SO₄的濃度要求不高，較容易操作。

3 與反應原理有關的實驗設計和改進

有些現象不明顯，或所需時間較長的實驗，從反應物角度進行替換，可達到很好的效果。

案例5：焰色反應實驗的新做法

[原實驗的缺點] 由于鉑絲能蘸取的溶液很少，焰色反應很快消失，學生不易看清，特別是用藍色鈷玻璃觀察鉀的焰色更困難。

[改進后的實驗操作] 1.把濾紙切割成2×8 cm的紙條，把各種鹽用水與甲醇按1:2比例配制成飽和溶液；

2.把濾紙浸透鹽溶液，用鑷子夾持含有不同鹽溶液的濾紙在酒精燈火焰上點燃，能觀察到相當明顯的現象。

[實驗優點] ①準備簡單、操作簡便；②沒有酒精燈火焰的干擾，現象明顯，觀察范圍廣，不用藍色鈷玻璃就可明顯觀察到鉀的紫色焰色。