高中化學(xué)中幾個(gè)典型性演示實(shí)驗(yàn)的研究及改進(jìn)

潘登

摘 要：人教版教材《化學(xué)必修1》蔗糖與濃硫酸的反應(yīng)是高中化學(xué)教材中代表性演示實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的明顯缺陷是：（1）產(chǎn)生有害的SO2氣體會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染的同時(shí)影響師生的身體健康;（2）實(shí)驗(yàn)完成后大概要浪費(fèi)30%的藥品;（3）敞開的裝置產(chǎn)生帶有刺激性氣味的氣體需要長(zhǎng)時(shí)間的通風(fēng)才能恢復(fù)原貌。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也引起了很多同行的重視，但做出可行性改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的并不多見。通過在實(shí)驗(yàn)室里反復(fù)的構(gòu)思與實(shí)踐，筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);典型性;演示實(shí)驗(yàn)

一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）儀器和試劑

燒杯（100mL），玻璃棒，具支試管（普通常規(guī)），膠頭滴管，橡膠塞，98%濃硫酸，蔗糖，澄清石灰水，小漏斗，膠管。

（二）實(shí)驗(yàn)步驟

1. 組裝好裝置

在具支試管中加入蔗糖固體（約3.5g），在燒杯中加入適量的澄清石灰水，用帶有玻璃管的橡膠管連接具支試管的支管口，將玻璃管置于澄清石灰水中。

2. 用膠頭滴管向具支試管中滴加幾滴水，將蔗糖潤(rùn)濕。

3. 快速加入濃硫酸約4mL，迅速用玻璃棒攪拌，當(dāng)具支試管外壁明顯感覺有灼燒感，里面的黑色混合物脹大上升時(shí)，停止玻璃棒攪拌，用橡膠塞塞住具支試管管口。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

具支試管內(nèi)的蔗糖顏色由白色晶體狀變?yōu)榛液稚缓鬂u漸變成黑色，最后形成疏松多孔的碳，可以看到澄清的石灰水變渾濁。用以上裝置，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，防止了環(huán)境的污染，熱量損失減少了，試劑用量節(jié)約了。

人教版教材《化學(xué)必修1》鈉和水的反應(yīng)是高中化學(xué)重要的演示實(shí)驗(yàn)之一，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是高中階段較為有趣的實(shí)驗(yàn)，通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性。在教學(xué)過程中，存在以下不足：（1）鈉塊直接暴露在空氣中，在與水的反應(yīng)過程中反應(yīng)劇烈，而且容易引起液體飛濺，存在安全隱患;（2）生成物NaOH會(huì)使酚酞變紅，只能驗(yàn)證一種產(chǎn)物NaOH，而另一種產(chǎn)物H2，須由元素守恒和得失電子守恒來確定，實(shí)驗(yàn)結(jié)論缺乏說服力。改進(jìn)措施如下：

二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1. 用品：肥皂液，黃豆粒大小鈉塊，酚酞指示劑，蒸餾水。

2. 儀器：帶夾子的鐵架臺(tái)，具支試管一支，氣球1個(gè)，帶橡膠管的導(dǎo)管，表面皿一個(gè)。

3. 實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果：（1）在具支試管中加入蒸餾水至體積的三分之一，然后滴入幾滴酚酞指示劑，將帶橡膠管的玻璃導(dǎo)管與具支試管側(cè)管相連，用鑷子從煤油中取出鈉塊并用小刀切取黃豆粒大小的金屬鈉，用濾紙吸干表面的煤油放入氣球中，將氣球的開口套在具支試管口（正口），蒸發(fā)皿中加入肥皂液;（2）將裝在氣球中的鈉塊緩慢抖入水中，可以看到鈉塊熔化成閃亮的小球浮在水面上，四處游動(dòng)，發(fā)出嘶嘶響聲，燒杯中滴有酚酞的溶液變?yōu)榧t色;（3）當(dāng)鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣排出試管中的空氣時(shí)，將導(dǎo)管置于肥皂液中，蒸發(fā)皿中的肥皂液隨即產(chǎn)生了大量的肥皂泡，而且氣泡逸出很快，用打火機(jī)點(diǎn)燃?xì)馀荩屑怃J的爆鳴聲;（4）現(xiàn)象結(jié)果分析：熔化的鈉塊浮在水面上說明鈉塊密度小于水的密度，鈉塊與水反應(yīng)放出熱量，加酚酞溶液變藍(lán)是因?yàn)橛袎A生成。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)將發(fā)生裝置與檢驗(yàn)裝置有機(jī)地結(jié)合起來，既觀察到了鈉遇水反應(yīng)的所有現(xiàn)象又對(duì)原有實(shí)驗(yàn)中沒有成功的檢驗(yàn)部分做了驗(yàn)證和補(bǔ)充;改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)過程操作簡(jiǎn)易、安全可靠，在試驗(yàn)中，用氣球是亮點(diǎn)，巧妙化簡(jiǎn)了用鑷子將鈉放入水的操作，而且隔絕了反應(yīng)物和外界的直接接觸，避免了氫氣和氧氣混合爆炸的可能性，防止了反應(yīng)劇烈而使液體飛濺引起的事故。

人教版教材《化學(xué)必修1》關(guān)于氯氣性質(zhì)的演示實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生明白使有色布條褪色的物質(zhì)是次氯酸而不是氯氣，而含有水的氯氣因含有次氯酸而使有色布條褪色，即具有漂白作用的物質(zhì)是次氯酸而非氯氣。該演示實(shí)驗(yàn)存在以下不足：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)氯氣需要現(xiàn)用現(xiàn)配制。在一節(jié)課的時(shí)間內(nèi)耗時(shí)較長(zhǎng)，影響正常的教學(xué)任務(wù)。（2）氯氣是有毒氣體，制備過程中難免逸出對(duì)環(huán)境造成污染，該實(shí)驗(yàn)課堂演示的可行性較差。

三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）改進(jìn)原理

氯氣在水中的溶解度較小，1體積水大約溶解2體積的氯氣，而氯氣極易溶于苯或四氯化碳等非極性分子形成的溶劑中，所以可以將氯氣溶于苯或四氯化碳中進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

（二）實(shí)驗(yàn)用品

新制氯水、四氯化碳、試管、玻璃管、紅布條。

（三）實(shí)驗(yàn)步驟

1. 在做性質(zhì)實(shí)驗(yàn)之前在實(shí)驗(yàn)室制備數(shù)瓶氯水備用。2. 取兩支試管分別加入新制氯水少許，向其中一支試管中加入3-4mL四氯化碳，充分振蕩后靜置，可以看到溶液分液，四氯化碳層呈黃綠色，然后取下層四氯化碳液。3. 將一紅布條系在玻璃棒上，伸入盛有氯水的試管中，然后觀察現(xiàn)象;將另一系有紅布條的玻璃棒按同樣操作伸入另一試管的液面下，觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論：1. 系有紅布條的玻璃棒伸入氯水中后，布條紅色褪去，說明氯氣含有水分時(shí)可以使有色物質(zhì)褪色。2. 系有紅布條的玻璃棒伸入四氯化碳萃取的氯氣的試管中，紅布條顏色并沒有顏色變化，說明無水存在時(shí)，干燥的氯氣不能使有色物質(zhì)褪色。

改進(jìn)后的演示實(shí)驗(yàn)提前制備了氯氣，減少了對(duì)環(huán)境的污染，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比能夠清晰地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說服力強(qiáng)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較少，操作起來容易，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生的觀察能力和思維能力。

人教版教材《化學(xué)必修1》中銅與濃硫酸反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)是將一根銅絲穿過膠塞，并使下端呈螺旋狀，加熱濃硫酸的同時(shí)通過抽拉銅絲控制反應(yīng)的發(fā)生和終止。該實(shí)驗(yàn)雖然能達(dá)到學(xué)生探究銅與濃硫酸反應(yīng)的目的，但存在以下幾個(gè)問題：（1）銅絲在與濃硫酸反應(yīng)的過程中由于銅絲過細(xì)，接觸面積較小而導(dǎo)致反應(yīng)進(jìn)行相當(dāng)緩慢;（2）銅絲在膠塞中抽拉并不是很順暢，如果塞孔過大會(huì)有氣體從塞孔逸出，如果塞孔太小抽拉受阻會(huì)導(dǎo)致儀器受損;（3）實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)有品紅溶液倒吸引起安全隱患;（4）生成的SO2氣體有毒，沒有尾氣吸收裝置。實(shí)際上這個(gè)實(shí)驗(yàn)稍稍做以改動(dòng)就會(huì)避免上述不足，改進(jìn)措施如下：