重視操作細節 提高實驗質量

陳舉飛

（綿陽普明中學 四川 綿陽 621000）

影響化學實驗的因素很多，很多實驗因反應條件、藥品多少等不同而實驗現象迥異。還有一些實驗，反應原理、使用儀器、實驗條件、藥品用量和添加順序等都一樣，僅僅因實驗操作上的一些細節有所不同，導致最終的實驗效果大不一樣。因此，教師在實驗中要重視操作細節，以提高實驗質量。

一、細化優化操作細節 提高實驗的質量

鐵的吸氧腐蝕實驗是選修4的一個重要實驗，教材提示的實驗操作是：將經過酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下，放入圖4-17所示的具支試管中。幾分鐘后，觀察導管中水柱的變化，思考引起變化的原因。［1］

教材的操作提示非常簡潔，給老師們留下了很大的“自由發揮”空間。于是出現了不同的老師或者同一位老師在不同時間完成這個實驗時，實驗效果差異很大的情況。

要想實驗結果具有較高的可重復性，實驗條件就要盡量精確可控，具體需要明確的是：（1）清洗鐵釘表面的鐵銹選什么酸？酸的濃度為多少？（2）鐵釘表面殘留的酸液是否需要清洗？（3）飽和食鹽水的pH為多大？這些因素都會影響鐵釘表面溶液的酸性強弱，最終影響鐵的腐蝕類型和腐蝕速率。

實驗探究表明：先選5mol/L鹽酸清洗鐵釘表面的鐵銹，隨即用蒸餾水清洗鐵釘表面的殘余酸液，再用pH約為4的鹽酸酸化的飽和食鹽水浸泡鐵釘，最后將鐵釘放入具支試管，觀察實驗現象。是完成這個實驗比較適宜的條件。

但實驗結果發現：按上述實驗流程進行操作，實驗現象還是不夠穩定，玻璃導管中的液面上升速度時快時慢，鐵釘表面生成鐵銹的量時多時少。這是為什么呢？

經過反復試驗，發現有兩個操作細節對實驗效果有很大的影響：（1）鐵釘在pH約為4的飽和食鹽水中要浸泡多長的時間？（2）從飽和食鹽水中取出的鐵釘表面的殘留液體要不要清洗？

通常我們會認為，鐵釘在pH約為4的飽和食鹽水中浸泡的時間長短對實驗結果不會有影響，或者覺得，浸泡時間越長，飽和食鹽水在鐵釘表面附著越好，實驗效果會更好。實際卻是：鐵釘在飽和食鹽水中浸泡的時間過長，玻璃導管中液面上升的速度反而變慢，鐵釘表面也不容易看見明顯的鐵銹。這是因為鐵釘在飽和食鹽水中浸泡時，會與溶解在飽和食鹽水中的氧氣發生反應，［2］鐵釘從飽和食鹽水中取出后，與空氣中氧氣的反應反而減弱，導致腐蝕現象不明顯。關于這一點，教材中的操作提示是有暗示的：“將經過酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下”。仔細體會“浸泡一下”，就是暗示我們：鐵釘在飽和食鹽水中浸泡的時間要短一些。實際操作時，鐵釘在pH約為4的飽和食鹽水中浸泡的時間要盡量短一些，大約3s為宜。

鐵釘表面殘余液體的處理問題，一樣出人意料。從理論上講，鐵釘表面殘留的飽和食鹽水越多，對原電池反應越有利，鐵釘腐蝕的速率越快。實際情況卻是：鐵釘表面殘留液體較多時，鐵釘腐蝕的速率反而減慢。這是因為：鐵釘表面的殘留液體會阻礙鐵釘與空氣接觸。于是出現鐵釘表面殘留液體較多時，玻璃導管中液面上升的速率變慢，鐵釘生銹也不明顯。反之，鐵釘表面殘留液體減少，鐵釘與空氣接觸更充分，鐵釘腐蝕的速率反而加快。所以，將鐵釘從pH約為4的飽和食鹽水中取出后，要用濾紙吸干鐵釘表面殘余的飽和食鹽水，然后迅速將鐵釘放入具支試管中，連接好儀器，觀察實驗現象。這樣的實驗效果相對最好。

所以，教師在實驗研究中，不僅要重視優化實驗條件，還要注意優化操作細節，才能取得良好的實驗效果，提高實驗完成的質量。

還有一些實驗，在實驗操作方法的選擇上隱藏著學生容易忽視的信息。這時我們老師就要有意識地引導學生去發現問題、認真思考、深入探究，充分發揮實驗的作用。

二、理解操作意圖 充分發揮實驗功能

從海帶中提取單質碘是必修2的一個典型實驗。教科書上提示的實驗操作是：取干海帶刷凈、剪碎，放在坩堝中焙燒，使海帶完全灰化；將海帶灰轉移到燒杯中，加入一定量蒸餾水，充分攪拌，過濾得濾液；往濾液里加硫酸溶液酸化，再加入雙氧水，溶液由無色變成棕黃色；取少許上述溶液，滴入幾滴淀粉溶液，發現淀粉溶液變成藍色，即可檢驗出碘單質；向剩余的濾液中加入四氯化碳溶液進行萃取。［3］

學生按照教材的提示進行操作，實驗過程順利流暢，實驗結果水到渠成。大都覺得自己的實驗完成得很好，成功提取了海帶中含有的碘。但很少有同學能提出自己的困惑，表明他們缺乏對實驗的深入思考，沒能充分發揮這個實驗的作用。

這時，老師要通過精心設計的問題，去引導學生思考。

問題1：海帶中的碘元素是以什么形式存在的？

學生的第一反應是：這還需要問嗎？海帶中的碘元素當然是以I-的形式存在的，因為往濾液中加入過氧化氫后有碘單質生成，說明濾液中含有I-。

老師繼續引導。

問題2：濾液中有I-，就一定是海帶中有I-嗎？

學生意識到：雖然濾液中有I-，但不能說明海帶中含有I-，因為灼燒海帶是化學變化。怎樣才能證明海帶中有I-呢？學生提出采用浸泡的方法處理海帶，觀察實驗結果有無變化。用蒸餾水浸泡海帶，取浸泡液，加硫酸溶液酸化、再加雙氧水、滴入淀粉溶液，發現溶液仍然變藍色，說明海帶中含有I-。學生暗自得意，其實學生的思維還是不夠嚴謹。

問題3：海帶中含有I-，就能說“海帶中的碘元素是以I-的形式存在”的嗎？

學生深入思考之后，發現二者確有不同，教師引導他們設計實驗，作進一步的探究。

稱取等量海帶，分別用灼燒成灰和沸水浸泡兩種方法進行處理，然后過濾，分別在濾液中加入足量的稀硫酸、過氧化氫溶液、等量的四氯化碳溶液。發現采用灼燒方法處理的海帶比用浸泡方法處理的海帶提取出的單質碘要多，這說明海帶中除了含有I-外，還含有用浸泡的方法不能提取出來的碘元素，即不溶于水的含碘化合物，這種不溶于水的含碘化合物是有機物。［4］從實驗中學生最終理解了海帶中的碘元素主要存在于較復雜的含碘有機物中，灼燒能夠使海帶中的有機碘轉化為I-。

通過上述實驗，學生了解了海帶中碘元素的存在形式，理解了處理海帶的方式選擇灼燒而不采取浸泡的原因。促進了他們養成注意細節、深入思考的習慣，充分發揮了實驗的功能。

重視實驗操作細節，能幫助老師抓住影響實驗成敗的關鍵因素，使實驗結果穩定、可靠；也有助于學生發掘實驗的隱蔽信息，養成仔細分析、審慎思考的習慣，提升學科核心素養。

我們常說：“細節決定成敗”，化學實驗尤其如此。