通過指示劑使反應現象清晰呈現的實驗設計

吳朝輝

摘要：清晰的反應現象能有效激發學生的興趣與思考，促進學生構建化學觀念。通過5個具體的實驗設計，介紹常規實驗中的指示劑在促進反應現象清晰呈現方面的積極作用，為研究如何實現反應現象的清晰呈現提供一個常規的角度，目的是為化學教學提供優秀的實驗素材。

關鍵詞：指示劑；反應現象；實驗設計

文章編號：1005–6629（2014）7–0062–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

實驗是學習化學的一條重要途徑。通過做實驗以及對實驗現象的觀察、記錄和分析等，可以發現和驗證化學原理，獲得化學知識[1]。另外，收集與分析特定的現象，對培養學生觀察能力、實事求是的科學態度具有重要作用。正如化學家傅鷹所說：“化學是實驗的科學，只有實驗才是最高的法庭。”無論“證偽”還是“證實”，反應現象無疑是最有力的證據或判詞。可是，部分實驗的現象受到反應物本性、試劑濃度、反應溫度及觀察距離等因素的影響，或者因實驗設計的原因導致現象不明顯，甚至觀察不到，直接影響教學效果。也正是由于這一原因，精密儀器（手持技術）被引進到中學化學課堂中，解決了部分困擾傳統實驗的現象清晰呈現問題。但它有很大的局限性，只能覆蓋有限的實驗內容[2]，而且成本、便利性等原因，也限制了精密儀器在課堂教學中的規模化使用。因此，能用常規方法解決的實驗就不必用高精密度儀器[3]。如何通過常規儀器和試劑呈現清晰的反應現象呢？筆者在教學中發現，常規實驗中的指示劑在促進反應現象的清晰呈現上能起積極作用。

1 通過指示劑化“不可見”為“可見”

化學是從微觀角度認識物質及其變化的科學。但觀察微觀世界必須借助一定的實驗手段，如學生已經知道用石蕊、酚酞可“看到”溶液中的H+、OH-。因此，指示劑可將一些“不可見”的反應現象變為“可見”，促進反應現象的清晰呈現。

實驗設計1 以酚酞作指示劑，探究Ca（OH）2與Na2CO3的離子反應。

實驗1-1 在試管中加入2 mL飽和澄清石灰水，滴加0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液。生成白色沉淀。

實驗1-2 在試管中加入2 mL飽和澄清石灰水，滴入2滴0.1%酚酞，溶液變紅色。再加入少量Na2CO3固體。生成白色沉淀，但紅色無明顯變化。

離子反應是典型的微觀過程，筆者結合《化學1》[4]中的“交流與討論”欄目設計了這個實驗帶領學生順利“入境”。通過實驗1-1讓學生從復分解反應的角度認識Ca（OH）2與Na2CO3的反應，并就此設問：Na+與OH-是否也如化學方程式那樣結合呢？實驗1-2通過酚酞“看到”OH-的“表現”：自始至終都留在溶液中，未與其他粒子結合。至此，學生通過“觀察”清晰的反應現象認識到Ca（OH）2與Na2CO3的反應實質是Ca2+和CO3

2-之間的離子反應。實驗1-2中的Na2CO3應選擇固體，避免因溶液被稀釋使紅色變淺，影響后面的分析。

實驗設計2 以酚酞作指示劑，探究NaHCO3與Na2CO3的相互轉化。

實驗2-1 在2 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液中加入2滴0.1%酚酞，再加入少量NaHCO3固體，振蕩。溶液紅色變淺。

實驗2-2 在2 mL 0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液加入2滴0.1%酚酞，再通入CO2氣體。溶液紅色變淺。

實驗2-3 待實驗2-2的溶液顏色不再變化后，加入0.1 mol·L-1 MgCl2[5]溶液。無沉淀生成。

由于NaHCO3與Na2CO3的相互轉化無明顯現象，教材中未安排相關實驗。筆者發現，可根據溶液堿性變化，用酚酞作指示劑，清晰呈現兩者相互轉化的反應現象。實驗2-1的“紅色變淺”使學生“觀察”到了溶液中OH-減少，即HCO3-可與OH-反應。實驗2-2、2-3的“紅色變淺”及“無沉淀”讓學生“觀察”到了CO3 2-可與CO2生成HCO3-。在實驗2-1中：NaHCO3要選擇固體，避免因溶液被稀釋使紅色變淺，干擾后面的分析過程，而且一定要在NaOH溶液中加NaHCO3，否則，學生會產生可能兩者并不反應，但因加入NaOH造成溶液堿性增強使紅色變深的干擾性思維。

2 通過指示劑化“模糊”為“清晰”

生動有趣、新奇好看的反應現象能極大地調動學生學習化學的興趣，實現“寓教于樂”。但有些實驗由于實驗設計、觀察距離等原因，或因持續時間短，造成反應現象不能清晰呈現，進而影響化學知識的生成。借助指示劑能化“模糊”為“清晰”，實現反應現象的清晰呈現。

實驗設計3 以KSCN、淀粉作指示劑，探究FeCl3和KI反應的反應限度。

實驗3-1 取3 mL 0.1 mol·L-1的KI溶液，滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液5滴，再將溶液分為2份。

實驗3-2 向第一份溶液中加入2滴0.1 mol·L-1 KSCN溶液。溶液變紅色。

實驗3-3 向第二份溶液中加入2滴0.5%淀粉溶液。溶液變藍色。

本設計是對《化學2》[6]中的“活動與探究”欄目的改進。原設計是用CCl4萃取I2后觀察顏色，但因生成的I2很少，萃取后CCl4層紫紅色并不明顯。改進后，通過實驗3-2的“紅色”、實驗3-3的“藍色”讓學生“看到”了Fe3+、I2。在FeCl3明顯不足的情況下溶液中仍存在Fe3+，是因為Fe3+與I-不發生化學反應嗎？實驗3-3很好地回答了這個問題。

實驗設計4 以KSCN、淀粉作指示劑，探究SO2的還原性。

實驗4-1 取1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液，加3滴0.1 mol·L-1 KSCN溶液，再滴加SO2水溶液。紅色慢慢變無色。

實驗4-2 取1 mL碘水，加3滴0.5%淀粉溶液，再滴加SO2水溶液。藍色慢慢變無色。

利用Fe3+、I2證明SO2的還原性是試題中常見的素材，故筆者在教學中增加了這兩個實驗。但FeCl3溶液由黃色變淺綠色、碘水由褐色變無色的顏色變化比較“模糊”，不利于學生（特別是后排學生）觀察到清晰的反應現象。以KSCN、淀粉作指示劑，通過提高反應前后顏色的對比度促進了反應現象的清晰呈現。其中實驗4-1中因為生成Fe（SCN）3造成氧化性減弱，紅色褪去較慢（把SO2和Fe3+的方程式寫完，再去觀察，溶液已變無色）。

實驗設計5 以洗滌劑作指示劑，探究Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應。

在兩支試管中分別取3 mL 0.1 mol·L-1的Na2CO3、NaHCO3溶液，再滴加3滴洗滌劑，輕輕振蕩后向兩支試管中各滴加1 mL 1 mol·L-1的鹽酸。裝NaHCO3的試管泡沫上升快，裝Na2CO3的試管泡沫上升慢。

Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應產生的氣泡持續時間短，不利于學生觀察。改進后，通過洗滌劑產生的泡沫使學生能“持續”地觀察和對比，反應現象非常明顯。

俗語說：工欲善其事，必先利其器。教師必須用實驗“利器”，觀察反應現象收獲“事實”，并以此為載體，引導學生透過現象看本質，對化學知識、反應原理進行“求是”，促進學生的科學思維，培養學生的化學基本觀念。因此，教師要在教學過程中尋找規律、捕捉靈感，積極開發和設計出操作簡單、現象清晰的實驗，為化學教學提供實驗素材，豐富實驗教學，讓“觀察與思考”、“活動與探究”真正落實到位。

參考文獻：

[1]張海洋.化學，我們應該教給學生什么[J].化學教學，2012，（1）：25.

[2]吳俊明.關于化學實驗教學現代化的幾個問題（下）[J].化學教學，2013，（11）：6.

[3]呂秀麗.使用二氧化碳和pH傳感器進行化學實驗[J].化學教學，2012，（1）：51.

[4]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1 [M].南京：江蘇教育出版社，2009：54.

[5]王聶海.有關Na2CO3和NaHCO3溶液鑒別的實驗探究[J].化學教學，2012，（2）：52.

[6]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2 [M].南京：江蘇教育出版社，2007：32.

利用Fe3+、I2證明SO2的還原性是試題中常見的素材，故筆者在教學中增加了這兩個實驗。但FeCl3溶液由黃色變淺綠色、碘水由褐色變無色的顏色變化比較“模糊”，不利于學生（特別是后排學生）觀察到清晰的反應現象。以KSCN、淀粉作指示劑，通過提高反應前后顏色的對比度促進了反應現象的清晰呈現。其中實驗4-1中因為生成Fe（SCN）3造成氧化性減弱，紅色褪去較慢（把SO2和Fe3+的方程式寫完，再去觀察，溶液已變無色）。

實驗設計5 以洗滌劑作指示劑，探究Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應。

在兩支試管中分別取3 mL 0.1 mol·L-1的Na2CO3、NaHCO3溶液，再滴加3滴洗滌劑，輕輕振蕩后向兩支試管中各滴加1 mL 1 mol·L-1的鹽酸。裝NaHCO3的試管泡沫上升快，裝Na2CO3的試管泡沫上升慢。

Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應產生的氣泡持續時間短，不利于學生觀察。改進后，通過洗滌劑產生的泡沫使學生能“持續”地觀察和對比，反應現象非常明顯。

俗語說：工欲善其事，必先利其器。教師必須用實驗“利器”，觀察反應現象收獲“事實”，并以此為載體，引導學生透過現象看本質，對化學知識、反應原理進行“求是”，促進學生的科學思維，培養學生的化學基本觀念。因此，教師要在教學過程中尋找規律、捕捉靈感，積極開發和設計出操作簡單、現象清晰的實驗，為化學教學提供實驗素材，豐富實驗教學，讓“觀察與思考”、“活動與探究”真正落實到位。

參考文獻：

[1]張海洋.化學，我們應該教給學生什么[J].化學教學，2012，（1）：25.

[2]吳俊明.關于化學實驗教學現代化的幾個問題（下）[J].化學教學，2013，（11）：6.

[3]呂秀麗.使用二氧化碳和pH傳感器進行化學實驗[J].化學教學，2012，（1）：51.

[4]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1 [M].南京：江蘇教育出版社，2009：54.

[5]王聶海.有關Na2CO3和NaHCO3溶液鑒別的實驗探究[J].化學教學，2012，（2）：52.

[6]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2 [M].南京：江蘇教育出版社，2007：32.

利用Fe3+、I2證明SO2的還原性是試題中常見的素材，故筆者在教學中增加了這兩個實驗。但FeCl3溶液由黃色變淺綠色、碘水由褐色變無色的顏色變化比較“模糊”，不利于學生（特別是后排學生）觀察到清晰的反應現象。以KSCN、淀粉作指示劑，通過提高反應前后顏色的對比度促進了反應現象的清晰呈現。其中實驗4-1中因為生成Fe（SCN）3造成氧化性減弱，紅色褪去較慢（把SO2和Fe3+的方程式寫完，再去觀察，溶液已變無色）。

實驗設計5 以洗滌劑作指示劑，探究Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應。

在兩支試管中分別取3 mL 0.1 mol·L-1的Na2CO3、NaHCO3溶液，再滴加3滴洗滌劑，輕輕振蕩后向兩支試管中各滴加1 mL 1 mol·L-1的鹽酸。裝NaHCO3的試管泡沫上升快，裝Na2CO3的試管泡沫上升慢。

Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應產生的氣泡持續時間短，不利于學生觀察。改進后，通過洗滌劑產生的泡沫使學生能“持續”地觀察和對比，反應現象非常明顯。

俗語說：工欲善其事，必先利其器。教師必須用實驗“利器”，觀察反應現象收獲“事實”，并以此為載體，引導學生透過現象看本質，對化學知識、反應原理進行“求是”，促進學生的科學思維，培養學生的化學基本觀念。因此，教師要在教學過程中尋找規律、捕捉靈感，積極開發和設計出操作簡單、現象清晰的實驗，為化學教學提供實驗素材，豐富實驗教學，讓“觀察與思考”、“活動與探究”真正落實到位。

參考文獻：

[1]張海洋.化學，我們應該教給學生什么[J].化學教學，2012，（1）：25.

[2]吳俊明.關于化學實驗教學現代化的幾個問題（下）[J].化學教學，2013，（11）：6.

[3]呂秀麗.使用二氧化碳和pH傳感器進行化學實驗[J].化學教學，2012，（1）：51.

[4]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1 [M].南京：江蘇教育出版社，2009：54.

[5]王聶海.有關Na2CO3和NaHCO3溶液鑒別的實驗探究[J].化學教學，2012，（2）：52.

[6]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2 [M].南京：江蘇教育出版社，2007：32.