高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)異常成因分析

陸衛(wèi)星

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些不可預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這會(huì)造成學(xué)生對(duì)已有認(rèn)識(shí)的沖突。若教師勉強(qiáng)讓學(xué)生接受，勢(shì)必造成知識(shí)的盲點(diǎn)，學(xué)生也因此對(duì)實(shí)驗(yàn)失去興趣和信心，影響課堂教學(xué)。此時(shí)需要教師正確的引導(dǎo)，找出原因，變“異常”為“正?！薄＿@一過(guò)程不僅可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，對(duì)教師本身也提供了提高教學(xué)素養(yǎng)的機(jī)會(huì)。

1．實(shí)驗(yàn)室的藥品保存

空氣中的氧氣、水蒸氣等易與化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室已有的藥品不一定是近期購(gòu)買的，在保存過(guò)程中易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)。藥品也可能由于人為保存不當(dāng)而變質(zhì)，最終導(dǎo)致異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的出現(xiàn)。比如在檢驗(yàn)FeCl2溶液中的Fe2+時(shí)，加入KSCN后溶液立即出現(xiàn)血紅色，這就無(wú)法進(jìn)行加氯水氧化為Fe3+的檢驗(yàn)過(guò)程。實(shí)際上，由于Fe2+具有還原性，很容易被空氣中的O2氧化成Fe3+，也就不難解釋還沒(méi)有進(jìn)行氧化過(guò)程已經(jīng)看到溶液變成血紅色了。通常在配置和保存像FeCl2溶液這樣有還原性的物質(zhì)時(shí)，可以加入一些還原性的物質(zhì)防止氧化，比如這里可以加入鐵粉。

2．實(shí)驗(yàn)藥品的純度

化學(xué)藥品分為化學(xué)純和分析純?；瘜W(xué)純是指滿足一般生產(chǎn)或分析試驗(yàn)的試劑純度，在藥品前標(biāo)志CP；分析純的純度要比化學(xué)純要高，一般應(yīng)用于要求比較苛刻的場(chǎng)所，如醫(yī)院用的試劑，在藥品前標(biāo)志AR。限于中學(xué)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件，絕大多數(shù)都是購(gòu)買化學(xué)純的藥品，難免會(huì)有一些雜質(zhì)產(chǎn)生異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

例如在進(jìn)行原電池實(shí)驗(yàn)時(shí)，以銅片和鋅片作為電極材料，稀硫酸為電解質(zhì)溶液。為了和以往的鋅與稀硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象區(qū)分開(kāi)，教師會(huì)特別強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生觀察氣泡在哪個(gè)電極材料上產(chǎn)生。此時(shí)，理論上只在銅片上看到氣泡。而在課堂上進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生不僅看到在銅片上產(chǎn)生大量氣泡外，作為負(fù)極的鋅片上也生成較多氣泡。原電池的概念中是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)拆分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，分別在正負(fù)極進(jìn)行。這種異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象若不講解清晰，不利于學(xué)生知識(shí)的區(qū)分。這是由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鋅片不純含有Fe、C等雜質(zhì)，易產(chǎn)生微小原電池而使氫的超電壓降低，最終使鋅表面析出部分氫氣。

3．化學(xué)試劑的添加順序

無(wú)論是教師或?qū)W生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)將化學(xué)試劑的加入順序顛倒，或者其他實(shí)驗(yàn)操作上的小誤差，這有可能會(huì)得到截然不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

如做檢驗(yàn)葡萄糖含有醛基的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要配置Cu(OH)2懸濁液。若按教材要求的步驟和方法，向CuSO4溶液中滴加NaOH溶液，立即產(chǎn)生絮狀沉淀，不會(huì)得到懸濁液。若對(duì)該沉淀和葡萄糖溶液進(jìn)行加熱，很多時(shí)候看不到磚紅色沉淀的生成。這是由于按教材操作一般生成的沉淀只能是綠色的堿式硫酸銅，致使觀察不到Cu(OH)2受熱分解產(chǎn)生的CuO，被醛基還原生成的Cu2O磚紅色沉淀。所以，可將步驟改為“向2 mL的NaOH溶液中滴加4~8滴CuSO4溶液”。只有保證反應(yīng)過(guò)程中NaOH始終過(guò)量，才會(huì)生成Cu(OH)2。

檢驗(yàn)葡萄糖含有醛基若采取銀鏡實(shí)驗(yàn)，需要配置銀氨溶液。教材描述為“將氨水加到AgNO3溶液中生成沉淀到剛好溶解為止”，按照此方法配制的銀氨溶液再滴幾滴葡萄糖溶液，水浴共熱始終得不到光亮的銀鏡。這可能是配制銀氨溶液時(shí)氨水的用量引起的。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明氨水的用量越多，產(chǎn)生的銀鏡效果越差。可將氨水加入到最初產(chǎn)生的沉淀溶解到有些許渾濁為止(不是沉淀恰好溶解)，這種方法配置的銀氨溶液產(chǎn)生的銀鏡效果最好。

如在做Al(OH)3實(shí)驗(yàn)時(shí)，若選取AlCl3溶液與NaOH溶液反應(yīng)，將AlCl3溶液逐滴加到NaOH溶液中，剛開(kāi)始觀察不到白色沉淀，隨著滴加量的增多，最終看到白色沉淀的生成。這是因?yàn)橐婚_(kāi)始過(guò)量的堿溶液發(fā)生如下反應(yīng)：

4OH-+Al3+AlO-2+2H2O

隨著Al3+的增多，發(fā)生如下反應(yīng)：

Al3++3AlO-2+6H2OAl(OH)3↓

4．實(shí)驗(yàn)操作的微小差異

盡管實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，定向的步驟已經(jīng)安排好，但因人而異的實(shí)驗(yàn)動(dòng)作也會(huì)引起實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的誤差。

如在做乙醇的催化氧化實(shí)驗(yàn)時(shí)，在酒精燈上將螺旋狀的銅絲加熱變黑，迅速插入乙醇看到銅絲變紅，并聞到刺激性氣味的產(chǎn)生。但是在加熱過(guò)程中，若不在酒精燈外焰加熱而在焰心加熱，就不會(huì)看到銅絲變黑，一直是光亮的紅色。這是由于焰心本身有揮發(fā)出來(lái)的酒精，已經(jīng)發(fā)生了催化氧化過(guò)程。同時(shí)，若升入乙醇的速度太慢，也不會(huì)觀察到明顯現(xiàn)象，這是由于銅絲溫度下降后不發(fā)生反應(yīng)了。

5．溫度的控制

影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的重要因素之一是溫度。溫度不僅影響化學(xué)反應(yīng)速率，還引導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的趨勢(shì)。溫度的不同經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生。

如乙醇在濃硫酸條件下加熱制備乙烯，需要迅速升溫到170℃，才能產(chǎn)生大量乙烯，否則會(huì)產(chǎn)生乙醚等副產(chǎn)物。這是由于醇脫水反應(yīng)在不同溫度條件下得到的產(chǎn)物組成不同。表1是常壓、催化劑存在條件下，等量乙醇分別在不同溫度下進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，每次實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間均相同。

表1不同溫度下乙醇脫水實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物數(shù)據(jù)

溫度（℃）乙醇轉(zhuǎn)化

率（%）有機(jī)產(chǎn)物含量（體積分?jǐn)?shù)）乙烯（%）乙醚（%）125208.790.21506816.782.21758832.366.82009086.912.1總之，化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。最初的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)局限于傳授學(xué)生一些初步的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和基礎(chǔ)概念，新課改要求下的高中化學(xué)教學(xué)有著舉足輕重的作用，利于課程改革、利于創(chuàng)新素質(zhì)和教育的實(shí)施。無(wú)論是教師通過(guò)有效的現(xiàn)代教學(xué)手段進(jìn)行課堂演示，或者學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，都幫助學(xué)生掌握化學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)手段，形成科學(xué)研究的基本思維，全面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。(收稿日期：2014-01-21)