“半定量法”制“黑面包”實驗淺探
2014-12-12 23:22:56張霞
化學教與學 2014年12期
張霞
摘要：中學化學教學中嘗試“半定量”實驗，是化學實驗和化學教學的一種進步。
關鍵詞：半定量實驗;黑面包;變量控制
文章編號：1008-0546（2014）12-0091-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.035
一、問題產生
本實驗源自化學必修1（人教版2007年3月第3版，2014年6月第5次印刷）第101頁，圖4-31：蔗糖與濃硫酸的“黑面包”實驗。課本實驗中，蔗糖由白變黑，證明濃硫酸的脫水性，長成“面包”，證明濃硫酸的強氧化性。教師在演示該實驗時，存在兩個問題：①用小燒杯做反應容器，在開放體系中完成實驗，產生大量的“焦香”氣味的氣體，污染空氣;②藥品用量的隨意性，導致做成“黑面包”的成功率不高。
二、實驗探究
1. 實驗設想
為了解決這兩個問題，首先將反應容器改為試管，然后在試管上方倒扣量筒，且量筒口伸入燒杯溶液中，形成液封構成了氣室，溶液為滴有酚酞的氫氧化鈉，用來吸收二氧化硫等氣體，以解決污染問題。實驗裝置如左圖。然后借助“半定量法”尋求蔗糖、濃硫酸和水的最合適用量。
2. 實驗探究
【實驗藥品】
濃硫酸（98%），氫氧化鈉溶液（0.1mol/L），蔗糖，酚酞
【實驗儀器】
20×200規格試管，10mL、100mL規格量筒，水槽，鐵架臺（帶鐵夾）
【實驗操作】
取一定量蔗糖放入試管中，加入若干滴水，用10mL規格量筒取一定體積濃硫酸，轉移到盛有蔗糖的試管中，將100mL規格量筒倒扣在試管上方，下端伸入水槽中的滴有酚酞的NaOH溶液中。
【實驗探究歷程】
⑴蔗糖量的確定：分5次完成上述實驗操作，每次均量取5.0mL濃硫酸，分別稱量1.0g、 2.0g、3.0g、4.0g、5.0g蔗糖，均滴入25滴水，并測量“面包”高度。
[結論]稱取4.0g蔗糖可以得到較長的“黑面包”。
⑵濃硫酸量的確定：分5次完成上述實驗操作，每次均稱取4.0g 蔗糖，分別量取1.0mL、 2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL濃硫酸，對應著在蔗糖中滴入5滴、10滴、15滴、20滴、25滴水，并測量“面包”高度。
[結論]量取3.0mL濃硫酸（蔗糖中滴入15滴水）得到較長的“黑面包”，同時減少由于過量的濃硫酸氧化時產生的SO2氣體。
⑶固定濃硫酸和蔗糖的用量，改變水的用量：
[結論]用20×200規格試管試管做“黑面包”實驗的藥品用量：4.0g蔗糖、3.0mL濃硫酸、15滴水，可以獲得比較好的實驗結果。
三、改進反思
通過如上改進與創新，達到了如下效果：
1. 環境污染最小化
采用試管做反應容器，藥品用量減少，有毒氣體產生量隨之銳減，采用液封形成氣室，使產生的氣體被氫氧化鈉溶液充分吸收，符合綠色化學的理念。由于污染小，這個實驗可以作為學生實驗、或者課后興趣實驗進行。
2. 實驗過程可控性更強
通過變量控制優選實驗法，得出的合理的藥品配比，可以達到非常理想的效果，保證實驗過程可控性。
3. 實驗研究的過程與培養學生思維的過程有機融合
實驗探究過程中所涉及到的“半定量”思想、優選實驗法等，是培養學生科學思維的良好素材。從中學里的簡單實驗、經典實驗開始培養學生定量實驗的意識，無論是從藥品消耗的成本、反應成功的幾率、觀察現象的安全等角度，“半定量”實驗都比純定性實驗要更科學有效。
這種半定量實驗，是在定性實驗基礎上的量化，但又是“模糊”的定量描述，用常規儀器和操作控制實驗中的量，促進學生深刻理解化學知識，培養學生嚴謹的科學態度，提高學生的科學素養，這也是創新本實驗的主要目的之一。endprint
摘要：中學化學教學中嘗試“半定量”實驗，是化學實驗和化學教學的一種進步。
關鍵詞：半定量實驗;黑面包;變量控制
文章編號：1008-0546（2014）12-0091-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.035
一、問題產生
本實驗源自化學必修1（人教版2007年3月第3版，2014年6月第5次印刷）第101頁，圖4-31：蔗糖與濃硫酸的“黑面包”實驗。課本實驗中，蔗糖由白變黑，證明濃硫酸的脫水性，長成“面包”，證明濃硫酸的強氧化性。教師在演示該實驗時，存在兩個問題：①用小燒杯做反應容器，在開放體系中完成實驗，產生大量的“焦香”氣味的氣體，污染空氣;②藥品用量的隨意性，導致做成“黑面包”的成功率不高。
二、實驗探究
1. 實驗設想
為了解決這兩個問題，首先將反應容器改為試管，然后在試管上方倒扣量筒，且量筒口伸入燒杯溶液中，形成液封構成了氣室，溶液為滴有酚酞的氫氧化鈉，用來吸收二氧化硫等氣體，以解決污染問題。實驗裝置如左圖。然后借助“半定量法”尋求蔗糖、濃硫酸和水的最合適用量。
2. 實驗探究
【實驗藥品】
濃硫酸（98%），氫氧化鈉溶液（0.1mol/L），蔗糖，酚酞
【實驗儀器】
20×200規格試管，10mL、100mL規格量筒，水槽，鐵架臺（帶鐵夾）
【實驗操作】
取一定量蔗糖放入試管中，加入若干滴水，用10mL規格量筒取一定體積濃硫酸，轉移到盛有蔗糖的試管中，將100mL規格量筒倒扣在試管上方，下端伸入水槽中的滴有酚酞的NaOH溶液中。
【實驗探究歷程】
⑴蔗糖量的確定：分5次完成上述實驗操作，每次均量取5.0mL濃硫酸，分別稱量1.0g、 2.0g、3.0g、4.0g、5.0g蔗糖，均滴入25滴水，并測量“面包”高度。
[結論]稱取4.0g蔗糖可以得到較長的“黑面包”。
⑵濃硫酸量的確定：分5次完成上述實驗操作，每次均稱取4.0g 蔗糖，分別量取1.0mL、 2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL濃硫酸，對應著在蔗糖中滴入5滴、10滴、15滴、20滴、25滴水，并測量“面包”高度。
[結論]量取3.0mL濃硫酸（蔗糖中滴入15滴水）得到較長的“黑面包”，同時減少由于過量的濃硫酸氧化時產生的SO2氣體。
⑶固定濃硫酸和蔗糖的用量，改變水的用量：
[結論]用20×200規格試管試管做“黑面包”實驗的藥品用量：4.0g蔗糖、3.0mL濃硫酸、15滴水，可以獲得比較好的實驗結果。
三、改進反思
通過如上改進與創新，達到了如下效果：
1. 環境污染最小化
采用試管做反應容器，藥品用量減少，有毒氣體產生量隨之銳減，采用液封形成氣室，使產生的氣體被氫氧化鈉溶液充分吸收，符合綠色化學的理念。由于污染小，這個實驗可以作為學生實驗、或者課后興趣實驗進行。
2. 實驗過程可控性更強
通過變量控制優選實驗法，得出的合理的藥品配比，可以達到非常理想的效果，保證實驗過程可控性。
3. 實驗研究的過程與培養學生思維的過程有機融合
實驗探究過程中所涉及到的“半定量”思想、優選實驗法等，是培養學生科學思維的良好素材。從中學里的簡單實驗、經典實驗開始培養學生定量實驗的意識，無論是從藥品消耗的成本、反應成功的幾率、觀察現象的安全等角度，“半定量”實驗都比純定性實驗要更科學有效。
這種半定量實驗，是在定性實驗基礎上的量化，但又是“模糊”的定量描述，用常規儀器和操作控制實驗中的量，促進學生深刻理解化學知識，培養學生嚴謹的科學態度，提高學生的科學素養，這也是創新本實驗的主要目的之一。endprint
摘要：中學化學教學中嘗試“半定量”實驗，是化學實驗和化學教學的一種進步。
關鍵詞：半定量實驗;黑面包;變量控制
文章編號：1008-0546（2014）12-0091-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.035
一、問題產生
本實驗源自化學必修1（人教版2007年3月第3版，2014年6月第5次印刷）第101頁，圖4-31：蔗糖與濃硫酸的“黑面包”實驗。課本實驗中，蔗糖由白變黑，證明濃硫酸的脫水性，長成“面包”，證明濃硫酸的強氧化性。教師在演示該實驗時，存在兩個問題：①用小燒杯做反應容器，在開放體系中完成實驗，產生大量的“焦香”氣味的氣體，污染空氣;②藥品用量的隨意性，導致做成“黑面包”的成功率不高。
二、實驗探究
1. 實驗設想
為了解決這兩個問題，首先將反應容器改為試管，然后在試管上方倒扣量筒，且量筒口伸入燒杯溶液中，形成液封構成了氣室，溶液為滴有酚酞的氫氧化鈉，用來吸收二氧化硫等氣體，以解決污染問題。實驗裝置如左圖。然后借助“半定量法”尋求蔗糖、濃硫酸和水的最合適用量。
2. 實驗探究
【實驗藥品】
濃硫酸（98%），氫氧化鈉溶液（0.1mol/L），蔗糖，酚酞
【實驗儀器】
20×200規格試管，10mL、100mL規格量筒，水槽，鐵架臺（帶鐵夾）
【實驗操作】
取一定量蔗糖放入試管中，加入若干滴水，用10mL規格量筒取一定體積濃硫酸，轉移到盛有蔗糖的試管中，將100mL規格量筒倒扣在試管上方，下端伸入水槽中的滴有酚酞的NaOH溶液中。
【實驗探究歷程】
⑴蔗糖量的確定：分5次完成上述實驗操作，每次均量取5.0mL濃硫酸，分別稱量1.0g、 2.0g、3.0g、4.0g、5.0g蔗糖，均滴入25滴水，并測量“面包”高度。
[結論]稱取4.0g蔗糖可以得到較長的“黑面包”。
⑵濃硫酸量的確定：分5次完成上述實驗操作，每次均稱取4.0g 蔗糖，分別量取1.0mL、 2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL濃硫酸，對應著在蔗糖中滴入5滴、10滴、15滴、20滴、25滴水，并測量“面包”高度。
[結論]量取3.0mL濃硫酸（蔗糖中滴入15滴水）得到較長的“黑面包”，同時減少由于過量的濃硫酸氧化時產生的SO2氣體。
⑶固定濃硫酸和蔗糖的用量，改變水的用量：
[結論]用20×200規格試管試管做“黑面包”實驗的藥品用量：4.0g蔗糖、3.0mL濃硫酸、15滴水，可以獲得比較好的實驗結果。
三、改進反思
通過如上改進與創新，達到了如下效果：
1. 環境污染最小化
采用試管做反應容器，藥品用量減少，有毒氣體產生量隨之銳減，采用液封形成氣室，使產生的氣體被氫氧化鈉溶液充分吸收，符合綠色化學的理念。由于污染小，這個實驗可以作為學生實驗、或者課后興趣實驗進行。
2. 實驗過程可控性更強
通過變量控制優選實驗法，得出的合理的藥品配比，可以達到非常理想的效果，保證實驗過程可控性。
3. 實驗研究的過程與培養學生思維的過程有機融合
實驗探究過程中所涉及到的“半定量”思想、優選實驗法等，是培養學生科學思維的良好素材。從中學里的簡單實驗、經典實驗開始培養學生定量實驗的意識，無論是從藥品消耗的成本、反應成功的幾率、觀察現象的安全等角度，“半定量”實驗都比純定性實驗要更科學有效。
這種半定量實驗，是在定性實驗基礎上的量化，但又是“模糊”的定量描述，用常規儀器和操作控制實驗中的量，促進學生深刻理解化學知識，培養學生嚴謹的科學態度，提高學生的科學素養，這也是創新本實驗的主要目的之一。endprint
