高中化學實驗改進四則

張苓珍

焰色反應實驗的改進

焰色反應,按教材內容進行操作,有3點不足。1)儀器損壞率大:焰色反應實驗的載體常用鉑絲(或鎳鉻絲),由于鉑絲(或鎳鉻絲)在氧化中反復灼燒,容易從鑲結的玻璃棒上脫落或折斷,用于學生分組實驗時損壞率高。2)污染嚴重:實驗中須將鉑絲蘸鹽酸在氧化焰上反復灼燒至無色,才可以進行實驗,操作中由于鹽酸揮發,加之在氧化焰中反復灼燒,對空氣有一定程度的污染。若用于演示實驗,費時較多,操作麻煩。3)幾種焰色的顏色難以比較:用鉑絲(或鎳鉻絲)做焰色反應,每次只能取極少的待測試劑,在酒精燈火焰上瞬間氣化,焰色反應持續時間很短,影響觀察,且幾種離子的焰色不便同時觀察。

筆者通過長期的教學實踐,對本實驗做了如下改進,收到良好的效果。

實驗藥品及儀器藥品:70%的乙醇、固體Na2CO₃、固體K2CO₃、固體CaCl₂、固體CuCl₂。儀器:試管架(1個)、100 ml小燒杯(4只)、玻璃棒(4支)、脫脂棉、火柴。

實驗操作用一端纏有脫脂棉的玻璃棒分別蘸取各種可溶性鹽的溶液,一一插在試管架上,同時點燃。

改進后的優點1)用一端纏有脫脂棉的玻璃棒做載體,蘸取可溶性鹽溶液,操作方便;2)焰色反應時間長,可見度大,能同時觀察不同離子的焰色;3)酒精濃度低,自身燃燒顏色淺,對離子的焰色干擾小;4)整個實驗過程對環境沒有污染,符合現代綠色化學要求。

吸熱反應的實驗改進

氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體的反應,若按教材內容進行操作,實驗效果差,具體表現為2點:一是藥品用量大,二是往往觀察不到預期的現象,對實驗結論缺乏說服力。而稍做改進就會有很好的效果。1)實驗器材:小燒杯(50 ml)、小試管(直徑12 mm)。2)實驗藥品:氫氧化鋇晶體[Ba(OH)₂?8H₂O]、氯化銨晶體(NH₄Cl)、紅墨水。3)實驗裝置如圖1所示。4)操作方法:①取一只直徑12 mm的小試管,向其中加入1 ml紅墨水;②向50 ml的小燒杯中依次加入研細的10 gBa(OH)₂?8H₂O晶體和5 gNH₄Cl晶體,把小試管代替玻璃棒使用,迅速攪拌混合物至變成糊狀;③取出小試管擦干外壁,然后倒立,可觀察到紅墨水已經變成紅色固體。5)改進后優點:①藥品用量少,操作方便;②現象明顯,易于觀察,整個操作過程2分鐘內可完成;③實驗效果好,成功率可達100%。

苯酚弱酸性的實驗改進

苯酚的弱酸性實驗,按教材中的操作程序,在實際實驗中見不到渾濁的產生。關鍵在于2點:1)開始向苯酚中加水時二者的相對量控制必須適當,如果水的量相對過大,雖然也會得到乳濁液,但和NaOH溶液反應后,苯酚鈉濃度太小,通CO₂氣體后就見不到有渾濁現象;2)NaOH溶液的量必須控制要少,若中和苯酚的NaOH溶液加入過量,通CO₂氣體也不會觀察到渾濁。筆者通過實踐,將操作方法進行如下改進。

操作方法1)向試管中加入少量苯酚晶體,逐滴加入溶解,邊加邊振蕩試管,當試管中仍有少量晶體時,停止加水。然后滴加5%的NaOH溶液,至渾濁剛好消失。2)向上述所得澄清溶液中通入CO₂氣體,可觀察到渾濁(若不明顯,放入冷水中冷卻1～2分鐘)。

改進后的優點1)操作方便,試管里不溶晶體的量可多可少;2)現象明顯。本實驗還可用于驗證苯酚常溫時在水中溶解度不大,但其溶解度受溫度影響變化較大這一物理性質。

纖維素水解的實驗改進

纖維素水解演示實驗,是高中化學的重要實驗,也是一個疑難實驗,做好這個實驗對于幫助學生掌握纖維素的化學性質起著至關重要的作用。教材中采用90%的濃硫酸滴到棉花或濾紙上,再用玻璃棒把棉花或濾紙搗成糊狀,小心微熱直到溶液變成亮棕色,最后加新制的Cu(OH)₂加熱煮沸。但是在實際操作中,很難成功,實驗現象也不明顯,溶液經常稍微加熱則變黑而看不到亮棕色,最后加新制的Cu(OH)₂加熱煮沸也看不到磚紅色的沉淀出現。

筆者經過大量的實驗推知,造成本實驗極易失敗的根本原因在于教材中使用的硫酸濃度過大。那么,硫酸濃度在什么范圍內實驗才容易成功呢?筆者用不同濃度的硫酸進行實驗研究,認為使用60%～70%的硫酸實驗效果最佳。

實驗步驟1)將濃硫酸滴入到放有碎紙片或小塊脫脂棉的試管中,直至將濾紙或棉花浸沒。再用玻璃棒將濾紙或棉花攪成糊狀,用小火微熱,冷卻。2)向另一支盛有3滴CuSO₄溶液的試管中滴加30滴10%NaOH溶液,充分反應后,將上層清液倒入水解液中以中和多余的硫酸。3)把中和后的水解液倒回盛有Cu(OH)₂懸濁液的試管中,加熱至煮沸。

實驗過程及現象記錄見表1。

實驗結論由上述實驗過程得出,硫酸濃度在60%～70%之間,實驗時間短,現象明顯,實驗成功率高。

實驗說明1)棉花必須使用脫脂棉;2)配置Cu(OH)₂懸濁液時,CuSO₄溶液用量少一點,NaOH溶液多一點,以中和硫酸;3)在用酒精燈加熱時,千萬要注意小火微微加熱,不能長時間加熱,否則溫度過高,容易造成炭化現象;4)將新制的Cu(OH)₂上層清液倒入水解液時,要一邊倒一邊振蕩,防止溶液沖出試管,NaOH中和硫酸和硫酸稀釋放熱。

(作者單位:河北省樂亭縣第一中學)