節約劑量做好中學微型實驗

摘要 微型化學實驗是20世紀80年代崛起、國際公認能體現綠色化學理念的一種化學實驗的新技術和新方法。它具有減少污染、現象明顯、快速、節約、安全等優點，并以其良好的教學功能和教學效果，在化學實驗教學改革等領域扮演著重要的角色，引起世界各國化學界的高度重視。中學微型化學實驗是微型化學實驗的重要組成部分，更是當前中學化學實驗教學改革的熱點。怎樣有效而全面地開展中學微型化學實驗？本文筆者將以簡單闡述如何高效的盡量使用少的劑量來做好微型實驗。

關鍵詞 節約：劑量；中學化學；微型實驗

微型化學實驗是在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗，其試劑用量比對應的常規實驗節約90%以上。從學校層面考慮，微型化學實驗所需的藥品多者只需5mL，少則一滴溶液即可。一滴溶液有多少呢？《美國藥典》（The United States Pharmacopeia）官方定義一滴質量在45mg～55mg之間，如果對于一種密度約為1g/mL的液體來說，一滴溶液應當有0.045mL～0.055mL。其實一滴溶液的量還與所用滴管的直徑密切相關，也跟液體的粘稠度有關。滴管直徑大，液體的粘稠度適當的大些，一滴液體的體積也就大些，反之則小些。對于中學化學實驗來說，一般20滴液體的體積約為1mL，也就是說，1滴液體的體積約為0.05mL。這么一點反應物能做怎樣的實驗呢？

一、食鹽水的電解和導電

我們在藥片鋁塑板中滴入一滴飽和食鹽水，將其作為電解對象，采用全活動鉛筆專用筆芯（HB，0.7，截斷為2cm長）作為電極，用導線、夾持電極的鱷魚夾、9V電池與發光二極管連在一起，將鉛筆芯插入鹽水中，發現發光二極管亮起微弱的亮光，同時還聞到微微的氯氣刺激性氣味。

陰極：2H2O+2e- =H2（g）+2OH-

陽極：2C1-=Cl2（g）+2e-

二、酸堿中和中的紫甘藍指示劑

紫甘藍，又名紫卷心菜，所含色素的顏色會隨pH改變，而且色澤鮮艷，水溶性好，其汁液在化學課外活動中常作為酸堿指示劑的生活素材。

我們在表面皿上依次滴加一滴稀鹽酸、一滴NaOH溶液（10%），兩滴之間距離相差5mm左右。再滴加一滴紫甘藍汁于兩滴溶液之間，發現紫甘藍汁與鹽酸相接觸的部位呈現玫紅色，與NaOH溶液相接觸的部位呈現綠色，此時未與酸或堿接觸的甘藍汁仍保持藍紫色，此時三滴溶液呈現出紅、紫、綠三色，與“陰陽海”的自然景觀頗為相似。

當我們用鉛筆芯將三滴溶液攪拌均勻，又恢復成甘藍汁原本的紫色，這是因為陰極、陽極產生的新物質發生了反應NaOH+HCl=NaCl+H2O。

三、紫甘藍汁的電解

紫甘藍汁不僅充當酸堿指示劑，還兼作電解對象，能方便地顯現電解過程中兩極的變化，一舉兩得。我們直接在藥片鋁塑板的一個凹槽內滴加一滴紫甘藍汁，再滴加一滴硫酸鈉溶液（僅僅為了增強溶液導電性），將溶液用鉛筆芯攪勻后作為電解對象，底部襯上白紙便于觀察。仍然采用實驗1的電解裝置，將兩根鉛筆芯電極插入鹽水中，即可觀察到兩極均有大量的細微氣泡冒出，陽極附近溶液呈現紅色，陰極附近溶液呈現亮綠色，分別預示著發生以下電極反應：

陽極反應式：2 H2O-4e-→O2+4H+；

陰極反應式：2H2O+2e-→H2+2OH-；

四、濃鹽酸和一滴濃氨水的反應

我們在表面皿上滴加一滴濃鹽酸、一滴濃氨水，兩滴之間距離相差lcm左右。實驗過程中需要小心，不要將二者混合。細心觀察7～8min，可以看到兩滴之間隱隱有白煙逸出，發生了如下反應：NH3+HCl=NH4Cl。實驗過程中白煙出現位置與濃鹽酸靠得更近，這是因為NH3和HCl揮發時，NH3的相對分子質量較小，運動速度比HCl快。

五、氫氧化鈉與金屬鋁產生的氫氣

金屬鋁是少數幾種能和堿反應的金屬之一。在表面皿上放置一小片鋁（約5mm×5mm），先滴加一滴洗潔精，再滴加一滴濃NaOH溶液，立即發生如下反應：

2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl（OH）4+3H2 ↑

反應產生的氣體在洗潔精中生成一兩個氣泡，點燃火柴使火焰接觸氣泡，氣泡炸裂時可以聽見輕微爆鳴聲，偶爾可以看見火光閃動。該實驗由于產生氫氣量少，所以點燃時無須擔心安全問題，簡單方便。

六、一滴濃硝酸和銅片的反應

銅與濃硝酸產生NO2，與稀硝酸反應產生NO，是中學化學典型反應。由于產物中有有毒氣體，所以適合采用微型化學實驗減少環境污染。我們在表面皿上放置一小塊約5mm×5mm的銅片，滴加一滴濃硝酸，迅速蓋上另一表面皿。通過玻璃可看見有紅棕色氣體生成，且濃硝酸在和銅片反應時產生的Cu2+由于溶劑水量少，所以濃度顯得格外大，呈現出綠色，向表面皿中添加三滴水后，可見液體顏色漸漸由綠轉藍，反映出Cu（H20）24+溶劑的顏色。通過以上只用一滴溶液的微型化學實驗案例分析，可以總結出以下優點：充分體現對學生鼓勵機制：因為是只需一滴溶液的實驗，即使在家中也可以在短時間內完成。縱然是膽小的學生也將獲得更多接觸化學的機會。刺激學生創造性思維：將常規實驗縮小為局限的空間和0.05mL的藥品容量來完成。通過對實驗工作的改進，他們可以找到一個需要解決方案的問題。通過實驗的設計和操作，在一定程度上增加了他們獨立思考的機會。增加感性認識：微型化學實驗人人可以親自動手操作，雖然量少，但現象明顯便于觀察。筆者設想，一滴溶液的微型化學實驗尤其適用于那些有顏色變化、氣體釋放、產生沉淀的化學反應，即使再小的反應體系，我們仍可以借助放大鏡、顯微鏡去觀察細小的實驗現象，開發出微型實驗新天地。安全和環保：實驗對象只需一滴液體，可以很容易地被收集在燒杯、表面皿甚至生活中的一些儀器替代品中。同時，由于實驗中使用了極少的藥品，自然產生的廢氣、廢液也是極少，只需一張衛生紙即可將反應后的殘液去除。節省時間：反應原料用量少，大大節省了實驗時間，同時也留下更多的機會供師生反思、交流，更利于學生的思維開闊和發展。