中學微型化學實驗探究

文永蘭

【摘要】本文以微型化學實驗的綠色思想為依據，對中學《化學課程標準》新教材第十單元酸和堿中的部分實驗進行了微型化設計與改進，旨在增強學生環保意識，提高科學素養和和培養創造性思維。

【關鍵詞】化學教材；微型實驗；研究教學

微型化學實驗是在綠色化學思想指導下，在微型化的儀器中進行的化學實驗，它是80年代脫穎而出的一項對化學實驗方法的重要變革，它具有省試劑、少污染、快速、安全、費用低、儀器便于攜帶等優點。近30年來在國內外發展非常迅速。國家新的《化學課程標準》以提高學生的科學素質為主旨，推行探究式的學習方法。因化學是一門以實驗為基礎的學科，采用探究式的學習方法必須做到人手一套實驗儀器，自己操作。而微型化實驗正好是可在課間做，課外做的單人獨立實驗。1992年我國的全日制《九年義務教育初中化學教學大綱》就指出：“可以通過微型化學實驗完成教學任務。”

在微型化的儀器中進行化學反應，學生能清楚準確的觀察到實驗現象和實驗結果，獲得與常規實驗相同效果的化學實驗。這對培養學生的學習興趣，掌握實驗的技能和技巧、提高學生的科學素養都具有重要意義。本課題對中學《化學課程標準》人教版教科書第十單元酸和堿的實驗教學進行了微型化研究，旨在增強學生環保意識，提高科學素養，培養創造性思維。

一、酸堿的通性

九年級化學教材P48實驗10-1按教科書的操作，將8支試管分成兩組進行實驗，在兩組的試管中都分別加入少量食醋、石灰水、鹽酸和氫氧化鈉溶液。并向其中一組試管中加入紫色石蕊試液，另一組試管中加入無色酚酞試液。實驗現象非常明顯。但是該實驗只能教師演示或者到實驗室進行實驗，條件差的學校還不可能人手一套儀器，人人動手去做實驗。如果將實驗微型化，把8支試管換成九孔板，每個學生就有了動手的機會，而且在教室里也可以做到老師和學生一起動手實驗，讓學生親身體驗實驗的樂趣。改進后的實驗：

（一）實驗原理

（1）紫色石蕊遇酸變紅色，遇堿變藍色；

（2）無色酚酞遇酸不變色，遇堿變紅色。

（二）實驗用品

九孔井穴板，紙條，膠水，食醋，石灰水，鹽酸，氫氧化鈉溶液，無色酚酞試液，紫色石蕊試液

（三）實驗裝置

（四）實驗步驟

（1）取一張紙條（長寬與九孔井穴板的長寬一致）按上圖所示，將其折為兩半，在紙條的正面兩邊分別依次寫上食醋、石灰水、鹽酸、氫氧化鈉溶液，在紙條反面右邊寫上“滴加紫色石蕊試液“，左邊寫“滴加無色酚酞試液”，最后將紙條正面涂上膠水粘在一個潔凈的九孔井穴板上防止混亂。

（2）按井穴板上的紙條所示依次將每一孔所要加的試劑加入其中（注意：第五孔不加任何試劑，用于將兩組試劑隔開）。

（3）在井穴板的左半部分依次滴加石蕊試液，右半部分依次滴加酚酞試液，并觀察現象。

（五）微型化后的優點

（1）藥品用量少，節約經費，污染小；

（2）每個學生都有動手做實驗的機會，比看老師演示實驗所得到的效果要好得多，激發興趣；

（3）由于井穴板是透明的，穿過井穴板可以看到紙條上的字，紙條標明了每一孔所裝的試劑名稱，這樣可使學生更清晰地觀察和對比不同試劑與酸堿指示劑的變化情況，通過自己動手實驗學生可以總結出：酸堿指示劑在酸堿中的變色情況。

（4）通過白色紙條作襯板，使實驗現象更明顯。

二、濃硫酸的腐蝕性實驗

在學習常見的酸時，學到了濃硫酸的腐蝕性，九年級教材P51實驗10-3采用紙、小木棍和布來驗證濃硫酸的腐蝕性，實驗現象很明顯。通過這樣一個簡單的實驗就得出了結論：濃硫酸能奪取紙張、木材、布料及皮膚里的水，生成黑色的炭的結論，說服力不夠強。

初中生好奇心非常強，逆反心理也很強，他們不滿足于間接結論，喜歡對很多事物進行探索。教材中沒有通過驗證就直接告訴學生濃硫酸對皮膚有腐蝕性，使用時要小心。這樣的結論，是不會給學生很深的印象的。若在這個實驗中再補充驗證濃硫酸對皮膚的腐蝕性實驗，對增強初中生使用濃硫酸要小心的意識很有好處。實驗如下：

（一）實驗原理

濃硫酸有強的腐蝕性，能夠將含碳、氫、氧等元素組成的化合物里的水分脫去，使物質炭化。

（二）實驗用品

紙、小木棍、布、雞爪、濃硫酸、玻璃棒、小燒杯、滴管。

（三）實驗方法及現象（四）實驗優點（1）增強學生對濃硫酸腐蝕性的認識，加深印象。（2）通過該實驗暗示學生做化學實驗一定要注意安全。三、濃硫酸稀釋的錯誤操作在一些實驗過程中，由于某些物質化學性質的特殊性，給實驗增加了難度甚至危險性，對于有難度甚至危險性的操作，一般都是避開的，而只給學生正確的方法，殊不知，在這些操作中，卻蘊藏著豐富的內容來供給學生創新，用以培養學生創造思維能力。

在濃硫酸的稀釋過程中，如果向濃硫酸中滴加水，會有危險，如果讓學生看到該操作的危險性，像九年級教材P21實驗10-5濃硫酸稀釋的錯誤操作那樣，由于濃硫酸的量較多，分液漏斗流入錐形瓶中的水量較大，若控制不好危險性較大，也更不可能讓學生親自動手做實驗。對此將該實驗進行微型化改進。

（一）實驗原理

濃硫酸用水稀釋時會產生大量的熱。

（二）實驗用品

濃硫酸、水、紫色石蕊試液、青霉素瓶（帶橡膠蓋）、多用滴管、廢的輸液管。（三）實驗裝置

（四）實驗步驟及現象

（1）取5mL左右的濃硫酸放入青霉素瓶中，在多用滴管中加入水和紫色石蕊試液。

（2）按上圖所示安裝好實驗裝置。

（3）擠壓多用滴管使其中的石蕊和水的混合液滴入瓶中。由于石蕊遇酸會變成紅色，所以滴入石蕊溶液以后濃硫酸沸騰就會飛濺到瓶壁，在瓶壁上留下一些紅色的小斑點。青霉素小瓶發熱。但通過輸液管使瓶內部與外界大氣連通，起著緩壓的作用，小瓶不會炸裂。

（五）微型設計后的優點

（1）通過這種設計，既能很好的說明將水注入濃硫酸進行稀釋的方法具有危險性，又讓此實驗的過程毫無危險，而且現象明顯，富有啟發性。

（2）將稀釋濃硫酸的正確操作放于錯誤操作實驗之后，經過對比學生更容易記住正確的方法。

四、物質的導電性

九年級教材P56實驗10-9試驗物質的導電性，該實驗所要求的電源沒有限定，可以用220V的家用電，實驗現象非常明顯，但用這種電源做實驗危險性較大，很容易觸電，很多學生都不敢動手操作。若將電源變為低壓電源即安全電壓以下，讓學生結合物理知識，自己連接電路做實驗，他們不但能夠完成，而且會很感興趣。實驗室里的低壓電源是比較笨重的儀器，只限于實驗室使用，而且做不到人手一臺。這個實驗若將裝置微型化，完全可以作為一個探究實驗讓學生去探究生活中很多物質的導電性，讓他們自己去總結經驗和規律，最后老師再加以補充修正得出的結論比老師演示實驗后就將前人已經得出的結論告訴學生要好得多。對此，做如下改進：

（一）實驗原理

電解質在水溶液或熔融狀態時，能夠電離成自由移動的陰陽離子。當在電解質溶液中插入電極并連接直流電源時，帶正電荷的陽離子向陰極移動，帶負電荷的陰離子向陽極移動。在這個過程中就形成了電流，使電路形成閉合回路。如：HCI→H⁺+CI^-NaOH→Na⁺+OH^-

（二）實驗用品

導線、碳棒電極（或鉛筆芯）、小燈泡、可供隨身聽用的變壓器（輸出電壓為3～12V）、小燒杯、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉溶液。

（三）實驗步驟及現象

（1）在小燒杯中加入鹽酸；

（2）按如圖所示連接電路；

（3）調節變壓器電壓并觀察小燈泡發光情況，當電壓調到最大即12V時小燈泡最亮；

（4）將燒杯中鹽酸分別換成硫酸、氫氧化鈉溶液后按上述方法進行實驗。

（四）改進后的優點

（1）實驗簡單，現象明顯，實驗裝置簡易；

（2）每個學生都可以做實驗；

（3）本實驗要用到物理知識，學科間知識相互滲透，學生通過自己動手做實驗，更好地將物理知識運用到化學課上；

（4）實驗裝置中所用的變壓器容易找到，市面上到處有賣。改用這樣的變壓器做電源給學生做實驗或家庭小實驗提供了可能性和方便。

（五）探究建議

（1）由于本實驗安全性較大，所用儀器容易找到，所以教師教學時，可將該實驗放在上課前讓學生預習實驗內容后自己找一些生活中的物質去探究它們的導電性能，然后老師檢查學生們的探究成果，再來上這一節內容，根據學生的探究成果，老師進行總結。這樣，我認為會更能激發他們的學習興趣和給予他們收獲成功的喜悅，以及培養他們探索生活現象的能力。

（2）本實驗裝置中的小燈泡也可以換成音樂卡上的音樂芯片，當電路接通音樂就會響起。充分利用學生的各種感官讓他們體驗化學的樂趣。

四、酸堿鹽的探究

《化學課程標準》人教版教材將老教材的“酸堿鹽”一章分成兩單元，將鹽的內容和化肥合為一單元，將鹽的概念放在第十一單元來講，其實在酸和堿之間的反應這一課題里就已經涉及了鹽，因為酸堿之間發生的中和反應產物是鹽和水，而鹽既可以和酸反應又可以和堿反應，它們三者之間是可以互相轉化的。在學習本單元時，學生們不知道鹽可以和酸堿反應生成另一種酸和另一種堿。教師可以提出問題讓學生猜想，然后再讓自己去探究是否鹽能與酸堿反應。由于本單元未涉及鹽的概念，老師應提供給學生一些鹽的名稱，最好是生活中常見的，然后學生去設計方案進行實驗。學生們開動腦筋后就會想出很多種方法。

在此，我將自己設計的方案介紹如下：

（一）實驗原理

酸能與鹽反應生成另一種酸和另一種鹽；堿能與鹽反應生成另一種鹽和另一種堿。

如：

2HCI+Na₂CO₃=2NaCI+CO₂↑+H₂ONaCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₂↓+2NaOH

（二）實驗用品

青霉素瓶（2個），多用滴管，廢輸液管，鹽酸，碳酸鈉，澄清石灰水

（三）實驗裝置

（四）實驗步驟及現象

（1）在一支青霉素瓶中加入少量碳酸鈉，再向另一支青霉素瓶中加入少量澄清石灰水；

（2）用多用滴管吸取稀鹽酸；

（3）按上圖所示安裝好實驗儀器；

（4）擠壓多用滴管使鹽酸滴入瓶中與碳酸鈉反應產生大量氣泡，片刻能觀察到右邊瓶中澄清石灰水變渾濁。

（五）結論

（1）鹽酸與碳酸鈉反應生成的二氧化碳通過導氣管與石灰水反應生成碳酸鈣使溶液變渾濁。

（2）將這個實驗放在本單元來做，為下一單元的學習作鋪墊。

（3）該實驗中可將鹽酸換成氫氧化鈉，碳酸鈉換成二氧化碳，澄清石灰水換成紫色石蕊試液，但導氣管部分需要一個止水夾。

利用微型化學實驗，學生可以通過動手做實驗來學習掌握化學知識，比看教師演示實驗所得到的效果要好得多。因為“實物學習”勝過“書本學習”，在實驗中能提高學生的動手能力、觀察能力，培養他們實事求是的科學態度和創新能力。因此，搞好實驗這一環節的教學是實現化學新課程“知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀”的三維目標的關鍵。

波意耳說：“只有實驗觀察才是形成科學思維的基礎。”我國著名化學家戴安邦也認為：實驗室是培養全面化學人才的最好場所。由此可知，化學實驗在化學教學中發揮著獨特的無可替代的功能，尤其是在培養學生創造性思維能力方面有特殊的功效。探索性實驗是培養學生創造性思維能力的最佳手段之一。它運用了現代教學思想，在強調教學中學生主體性的同時，注重教師主導作用的發揮，使學生始終處于不斷探索的情境中，并從中體驗到類似科學家從事科學研究的那種探索的愉悅感。從而激發學生學習化學的興趣。