例說初中化學實驗教學的優化

耿元元

摘要：化學是一門以實驗為基礎的學科?；瘜W實驗是學生獲取化學知識的重要手段，也是提高學生科學素養的重要載體。為了更好地體現化學實驗的功能，應根據具體情況對教材中的一些化學實驗進行優化改進。用排水法收集二氧化碳的可行性，可由絕對到相對，以培養學生嚴謹求實的科學態度和精益求精的科學精神;二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應的實驗現象，可由默認到探究，幫助學生更深刻地理解化學性質;對于尾氣處理，應由有污染到綠色化;氧化鈣與水反應放熱實驗，可由尋常到創新，從生活化的角度創新實驗。

關鍵詞：實驗教學優化;相對化;探究;綠色化;創新

化學是一門以實驗為基礎的學科?；瘜W實驗是學生獲取化學知識的重要手段，也是提高學生科學素養的重要載體。為了更好地體現化學實驗的功能，初中化學教師可根據具體情況對教材中的一些化學實驗進行優化改進，如由絕對到相對、由默認到探究、由有污染到綠色化、由尋常到創新等。以下分享幾例。

一、由絕對到相對——能否用排水法收集二氧化碳

人教版初中化學九年級上冊教材只提及用向上排空氣法收集二氧化碳，那么到底能否用排水法收集二氧化碳呢？通過查閱相關文獻可知，在常溫常壓下，二氧化碳在水中的溶解量并不大，1體積的水可溶解0.88體積的二氧化碳。杜德生老師指出：“只有不到百分之四的二氧化碳和水反應生成碳酸，與此同時，還有一定量的碳酸分解成二氧化碳和水。與反應中產生的大量二氧化碳比較，溶于水的損失幾乎可以忽略不計。而且用向上排空氣法收集二氧化碳時，有一部分的二氧化碳會隨著空氣一起排出。”另外，錢勝老師明確指出，二氧化碳在水中的溶解度并不大而且溶解速度也比較緩慢，只要不是精密實驗，二氧化碳既可以用向上排空氣法收集，也可以用排水法收集（二氧化碳損失很少）。

此外，教材中的“對人體吸入的空氣和呼出的氣體的探究”實驗，就是用排水法收集呼出的氣體的，而且把收集到的氣體與空氣中的二氧化碳含量進行比較。還有，教材在第113頁和第118頁都提到了碳酸具有不穩定性，很容易分解成二氧化碳和水。事實上，在制取二氧化碳的過程中，也是先通過碳酸鈣和稀鹽酸反應生成碳酸，再利用碳酸的不穩定性生成二氧化碳和水的。由此，更加證明了用排水法收集二氧化碳時，只有很少量的二氧化碳會和水反應生成碳酸，而碳酸又非常不穩定，很容易分解生成二氧化碳。

在實驗室制取二氧化碳的實驗教學中，筆者在用向上排空氣法收集二氧化碳的同時，會引導學生探究能否用排水法收集二氧化碳。這個實驗極大地激發了學生探究的欲望，有學生還提出可以與排水法收集氧氣進行對比。最終通過實驗發現，用排水法也可以收集二氧化碳，但收集的速度要慢于氧氣。這樣由絕對到相對的教學改進，能很好地培養學生嚴謹求實的科學態度和精益求精的科學精神。

二、由默認到探究——證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液發生反應

堿與非金屬氧化物的反應是堿的重要化學性質。學生都能根據產生的白色沉淀判斷出二氧化碳與氫氧化鈣溶液發生了反應，但二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應卻沒有明顯的現象，則應當如何證明該反應的發生呢？對此，筆者引導學生開展如下探究實驗：取兩只相同的集氣瓶，收集滿二氧化碳氣體，分別向其中加入等體積的水和氫氧化鈉溶液，立刻塞緊帶有U型管（U型管中裝有紅墨水）的橡皮塞，放在水平桌面上，觀察現象。片刻后可以看到，U型管兩邊的液面存在高度差（如圖1所示），說明二氧化碳被消耗，即二氧化碳與氫氧化鈉溶液發生了反應。

進一步地，氫氧化鈉和氫氧化鈣都能與二氧化碳反應，那么，除去二氧化碳，用哪種試劑效果更好？筆者在上述探究實驗的基礎上引導學生自主探究：在兩只相同的燒杯中分別加入等體積的水，再向其中分別加入氫氧化鈉和氫氧化鈣至不再溶解;用兩個大試管收集滿二氧化碳，同時倒扣入兩份溶液中（試管高度保持一致），最后根據試管中液面上升的高度得出結論：氫氧化鈉吸收二氧化碳的效果更好。

三、由有污染到綠色化——尾氣處理

“燃燒條件的探究”是初中化學中一個非常重要的實驗，操作方便，現象也很明顯，對比強烈，學生容易理解，但稍顯不足的是用教材中的方法進行實驗時，白磷燃燒產生的大量白煙對周圍環境造成污染——該實驗需要在通風櫥中進行，以降低對師生的影響，但這并不能從根本上避免污染。針對上述實際問題，可以使用 Y形試管來改進。如下頁圖2所示，將教材中放置于銅片上的紅磷和白磷分別裝于Y形試管的 2根支管中，管口用氣球扎緊，避免磷燃燒時產生的白煙污染環境;再將2根支管同時以同樣的深度伸入熱水中加熱（注意管底部不要觸碰水中的白磷），隨后觀察實驗現象即可;實驗結束后，向氣球中注入氫氧化鈉溶液，即可吸收白煙，避免污染。

改進后的實驗裝置有效避免了燃燒產生的白煙對環境的污染，體現了實驗的綠色化。由于整個實驗裝置是一種相對密封的狀態，水的溫度不需要達到80 ℃，一般熱水瓶中的水倒出來就可以直接使用，不需要酒精燈加熱，保證了實驗的安全可靠性，節省了時間。改進后的實驗裝置不再局限于教師的演示實驗，還可以用于學生自己開展分組實驗，對提高學生的實驗技能和從事科研活動的興趣有很大的幫助。

“硫在空氣和氧氣中燃燒”實驗產生的有毒氣體二氧化硫對空氣的污染非常嚴重，因此教材也建議“實驗由教師演示，應在通風櫥中進行”。那么，我們應該如何既達到觀察實驗的目的，又減少污染呢？筆者設計了如下實驗方案：如圖3所示，在集氣瓶中放一朵小花，在坩堝蓋中放半藥匙硫粉，將玻璃棒下端在酒精燈火焰上加熱30秒后迅速伸進集氣瓶中，塞緊橡皮塞，下移玻璃棒引燃硫粉，觀察硫在空氣中燃燒的實驗現象;通入氧氣，觀察硫在氧氣中燃燒的實驗現象;停止通氧氣再觀察現象，再通氧氣再觀察現象;實驗結束后，觀察小花的變化情況，稍稍打開廢氣袋嗅聞二氧化硫的氣味;最后用注射器從導管向集氣瓶和廢氣袋中注入氫氧化鈉溶液，以吸收二氧化硫。

讓硫在密閉容器中燃燒，并將產生的二氧化硫儲存起來，體現了實驗的綠色化;把二氧化硫的生成和性質實驗進行整合，實現了實驗的綜合化;通入氧氣的操作、小花變色以及奇妙的實驗現象，使實驗趣味化;硫在空氣和氧氣中燃燒現象的對比和再現，讓學生親身體會到氧氣的濃度不同導致硫燃燒現象的不同這一變化過程，實現了實驗的可掌控化。

四、由尋常到創新——氧化鈣與水反應放熱實驗

“氧化鈣與水反應”的實驗是教材用來說明化學反應中不僅生成新的物質還伴隨有能量變化的重要演示實驗，對于學生理解和形成相關化學觀念非常重要。教材中的實驗方案如圖4所示，作為演示實驗，可視性較差，不利于學生觀察;容器敞口，容易使產生的熱量散失，燙的感覺不明顯。

對此，筆者做了如下創新設計：

實驗裝置：生石灰干燥劑若干、大氣球1個、注射器1個（50 mL）、扎帶2根、去底的飲料瓶1個（自制的漏斗）、去口的純凈水桶1個（自制的鐘罩）、托盤天平、燒杯。

實驗步驟：（1）用托盤天平稱取28克生石灰，并通過自制的漏斗慢慢地加入氣球中;（2）用注射器吸取9毫升水，注入氣球中，迅速用扎帶將氣球口扎緊，立即給氣球罩上鐘罩。

實驗原理：氧化鈣與水反應放熱，使氣球中的氣體受熱膨脹，反應的化學方程式為CaO+H2OCa（OH）2 。

實驗現象：用扎帶將氣球口扎緊后，氣球快速脹大;罩上鐘罩后，氣球繼續脹大直至炸開;用手觸碰鐘罩外壁，感覺很燙;打開鐘罩，生成的熟石灰體積明顯增大。

實驗操作要點：（1）選用12寸加厚氣球，氣球過小或過大都達不到預期效果，太薄則容易破裂;（2）經多次嘗試，取28克生石灰、9毫升水反應，實驗易控制，效果最佳;（3）氣球中注入水后，大約3秒氣球就會脹大，所以快速扎緊氣球口是實驗成功的關鍵，嘗試了多種材料，最終選用了小號尼龍扎帶，只需將其放在氣球口收緊即可，連扎兩道的效果極佳;（4）為確保實驗安全，在氣球脹大的過程中應立刻罩上鐘罩。

通過對“氧化鈣與水反應”的實驗改進，建立了一種新的實驗方法，更好地讓學生感受到氧化鈣與水反應放熱的現象。實驗重點在于利用氣體受熱膨脹的原理，關鍵在于選擇合適的反應容器。本實驗創造性地采用氣球作為氧化鈣與水反應的容器，氣球在實驗的過程中逐漸脹大并炸開，讓氧化鈣與水的現象變得更加明顯和震撼。用食品袋中的干燥劑作為實驗原料，降低實驗成本，使得實驗更貼近學生生活，從而有效激發學生學習的興趣與熱情。

本文所舉的例子，只是初中化學實驗教學優化改進的冰山一角。希望此“引玉之磚”能引起同行的共鳴，觸動大家的思考，使化學實驗教學更加科學嚴謹、更體現綠色化、更具有探究性和創新性。參考文獻：

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