自主設計實驗 探究教學疑點

譚衛華

化學是以實驗為基礎的學科。不論是演示實驗，還是分組實驗，目的都在于培養學生發現問題、分析問題、解決問題的探究能力。初中化學實驗中的部分現象極易引起學生誤讀，筆者選取有代表性的幾種進行介紹。

一、鐵絲繞成螺旋狀是為增加與氧氣接觸面積，還是提高未燃部分溫度

鄂教版七年級化學第四單元第三節《性質活潑的氧氣》中，探究鐵絲在氧氣中的燃燒現象時，要求將鐵絲繞成螺旋狀。為什么呢？原因主要有以下兩條：一是增加與氧氣的接觸面積，二是對未燃部分進行預熱。哪一條更準確呢？為弄清這個問題，師生共同設計了以下實驗。

假設一：繞成螺旋狀是為了增加與氧氣的接觸面積。

教師準備數根長短粗細均相同的細鐵絲（10cm）及3個250mL的集氣瓶（瓶中盛有等體積水并收集滿氧氣）。首先，讓學生將一根鐵絲拉直，將另兩根繞成粗細不同的螺旋狀；接著，將鐵絲末端系一根火柴梗并點燃，當火柴剩余1/4左右時，將鐵絲完全伸入盛有氧氣的集氣瓶中（如下圖）。

實驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都能與氧氣產生劇烈反應，火星四射，放出大量的熱，并生成黑色固體物質。實驗Ⅰ與Ⅱ、Ⅲ相比，劇烈程度要弱一點。在以上三個實驗中，物質的性質、氧氣的濃度、接觸面積均相同，所以此實驗中繞成螺旋狀與增大接觸面積關系不大。

假設二：繞成螺旋狀是為了提高未燃部分的溫度。

教師準備數根長短粗細相同的細鐵絲（10cm）及2個250mL的集氣瓶（瓶中盛有等體積水并收集滿氧氣），讓學生將一根鐵絲拉直，另一根繞成螺旋狀，并與操作棒連接起來（如下圖）。

接著，教師讓學生將鐵絲末端系一根火柴梗并點燃，當火柴剩余[14]時，將其完全伸入盛有氧氣的集氣瓶中。兩組實驗中鐵絲均沒有燃燒（重復3次，現象相同）。上述實驗，Ⅰ和Ⅳ、Ⅱ和Ⅴ中鐵絲和氧氣的濃度均相同，但現象明顯不同，導致這種不同現象的原因是金屬彎曲的方式不同。實驗Ⅳ、Ⅴ中，由于火柴燃燒火焰及空氣對流的因素，熱量向上散失，沒有對下面的金屬進行加熱，因而溫度沒有達到鐵絲的著火點，所以鐵絲不能正常燃燒。

由此可以得出結論：鐵絲繞成螺旋狀的原因是對未燃部分進行預熱。

二、蠟燭一扇就滅是降低了溫度還是移走了可燃物

在學習“燃燒與滅火”時，同步訓練上有一道題“為什么爐火越扇越旺，而蠟燭卻一扇就滅呢？”一般的解釋是：爐火燃燒劇烈，放出的熱量多，用扇子扇動，空氣流動帶走了一部分熱量，但溫度不足以降到燃料的著火點以下，反而為燃燒提供了大量的氧氣，所以燃燒更旺了；蠟燭火焰小，放出的熱量少，用扇子一扇，熱量迅速散失并降到石蠟的著火點以下，所以蠟燭熄滅了。

教學過程中，有學生提出異議：蠟燭的著火點大約在190℃，用扇子扇不可能把溫度降到著火點以下。蠟燭熄滅的原因究竟是什么呢？課前查閱過資料的學生提出：蠟燭燃燒，實際上是石蠟蒸汽在燃燒，用扇子扇，可能是將石蠟蒸汽吹跑了，即移走了可燃物，這才是蠟燭熄滅的真正原因。

怎樣證明這種推測？師生經過討論，設計了以下實驗：將兩個易拉罐（一個除去頂、底，一個只去底部）連接起來，自制金屬帶柄活塞；教師準備兩盞酒精燈（目的是加大燒熱面積）、一支溫度計（量程500℃）以及火柴、蠟燭，鐵架臺，并按下圖裝置。

實驗開始，教師點燃酒精燈，當溫度高于280℃時，請學生推動活塞，將熱空氣迅速推出，蠟燭火焰立即熄滅。實驗中，從活塞中推出的是熱空氣且溫度很高，它不會降低蠟燭的著火點，但蠟燭還是熄滅了。由此，學生自然而然地得出結論：蠟燭一扇就滅的原因是移走了可燃物，不只是降低溫度。

三、濃硫酸的稀釋是否一定要將濃硫酸注入水中

鄂教版化學教材八年級上冊設計了濃硫酸的稀釋實驗。由于該知識點是考試重點，教學時，教師設置了如下問題：1.在實驗室中，我們一般用稀硫酸來做實驗，而從藥品店買到的都是濃硫酸，如何將濃硫酸變成稀硫酸呢？學生異口同聲地說：加水稀釋（學生根據生活經驗很快想到這一點）。2.在稀釋濃硫酸的過程中，能否將水注入濃硫酸中呢？學生思考猜測，有的說能，有的說不能。

教師引導學生自學教材，得知：在稀釋濃硫酸時，一定要把濃硫酸沿著器壁慢慢地注入水里，并不斷攪拌。切不可將水倒進濃硫酸里。為什么呢？因為濃硫酸的密度為1.98g/cm3，水的密度為1g/cm3。如果將水注入濃硫酸中，水的密度小，會浮在濃硫酸上面。濃硫酸溶于水放出大量的熱，會酸液四濺，造成危險。然而現象是這樣的嗎？

學生分組討論，從安全的角度選擇儀器設計了如下兩種實驗。實驗一：將蒸餾水通過長頸漏斗緩緩地注入濃硫酸中（圖I）。水和濃硫酸分層，水浮在上層。片刻后，鐘罩內壁和錐形瓶內壁有大量水霧，偶爾有大的液滴濺起。究其原因，可能是沒有用玻璃棒攪拌散熱。

師生經過討論，將裝置I改裝成Ⅱ（如上圖Ⅱ）：將蒸餾水通過長頸漏斗沿燒杯壁緩緩地注入濃硫酸中，并用玻璃棒不斷攪拌。鐘罩內壁有水霧，但燒杯中溶液沒有沸騰和濺出。由此，得出結論：在稀釋濃硫酸時，只要滴加速度慢，并且用玻璃棒不斷攪拌，不論濃硫酸加入水中，還是水加入濃硫酸中，實驗都可以安全完成。

以上三個實驗探究中，雖然還有很多的不足，但是學生在認識到自己的知識疑點后，敢于質疑并結合生活實際及實驗原理，利用生活中常見的物品，設計實驗證實自己的猜想。這不僅升華了學生的認識，培養了學生的創新能力，而且提高了學生的學科素養，讓他們享受到了戰勝挫折的快樂。這，正是化學實驗的魅力和價值所在。

（作者單位：廣水市實驗中學）

實習編輯 孫愛蓉

責任編輯 姜楚華