幾個初中化學趣味實驗及相關探究課題

葉燕珠+吳新建+張賢金+汪阿戀

摘要：針對我國現行初中化學教材在選擇實驗內容時較少考慮實驗的趣味性的現狀，筆者分別從突出認知沖突情境以及貼近生活發(fā)掘有趣的探究課題兩個維度出發(fā)，介紹了5個簡易、安全、現象明顯、較受師生歡迎的初中化學趣味實驗，并將其中兩個實驗設計成可用于探究教學的探究性課題。

關鍵詞：趣味化學實驗；焰色反應；催化劑；蔗糖燃燒；實驗探究

文章編號：1005–6629（2015）1–0052–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學趣味實驗可以讓學生在入門之初通過觀察生動、有趣的化學現象，體驗到化學學科的奧秘，從而培養(yǎng)學生學習化學的興趣。通過趣味實驗還可使學生的科學素養(yǎng)得以提升，從而形成實事求是的科學態(tài)度和嚴謹認真的學習習慣。因此在初中化學教學中，趣味實驗顯得尤為重要。下面筆者結合自己的教學實踐，例舉并介紹一些趣味實驗教學案例，作為拋磚引玉之文。

1 突出實驗趣味性，讓學生在玩中學化學

與發(fā)達國家的教材相比，我國初中化學教學中的趣味性實驗的教學內容明顯偏少。我國教材中的實驗選題通常強調突出知識目標，很少考慮學生的學習興趣[1]。這一現狀給教育工作者提供了拓展和研究趣味實驗的空間，比如我國現行教材大多提及“二氧化碳”、“酸堿指示劑”、“食品中的有機化合物”（如碘和淀粉的顯色反應）等等[2]。為此，筆者設計了如下一些趣味性十足的實驗。

實驗1 使紅色的酚酞水溶液褪成無色并冒白霧

（1）實驗過程及現象

①杯中盛放約150mL清水，放入一小片石堿（或綠豆大小一撮普通洗衣粉），再滴入1～2滴酚酞指示劑。滴入指示劑后無色透明水溶液變成紅色。

②再在杯中加一勺干冰（哈根達斯蛋糕店有售）。加干冰后紅色褪去，杯口產生大量白霧（見圖1）。

（2）實驗說明

①還可將上述實驗中的酚酞指示劑換成紫甘藍的菜汁或廣泛pH試紙的浸泡液（一疊黃色pH試紙浸于約40mL水中，加熱近沸點再冷卻，取其浸泡液）。用廣泛pH試紙的浸泡液做該實驗，實驗現象為：滴入數滴指示劑后，無色透明的水溶液變成深的藍紫色，加干冰后藍紫色變藍色，再漸漸變成青色、綠色、黃色，杯口產生大量白霧，如最后再加些白醋，該水溶液還會變成紅色。

②取用干冰要用勺子或鑷子，切勿用手直接拿，以免凍傷。

實驗2 有趣的七變色實驗

（1）實驗過程、現象及原理

在一個杯中放入約150mL清水，首先加入2滴碘酒，杯中清水變碘水而成淺黃色溶液（像茶水，見圖2中第2個杯）；第二步加入約0.5mL米湯（或淀粉指示劑），杯內溶液立即變藍色（碘與淀粉在水中反應呈藍色，見圖2中第3個杯）；第三步加入幾滴維C果汁，藍色褪去（維生素C具有還原性，碘被還原成碘離子，見圖2中第4個杯）；第四步加入一小勺加碘食鹽，藍色又復出（加碘食鹽中含有作為氧化劑的碘酸鉀，碘離子又被氧化成碘，見圖2中第5個杯）；第五步加入一小片純堿（或一小撮普通洗衣粉等），藍色又褪盡（碘遇堿液發(fā)生歧化反應，見圖2中第6個杯）；最后在杯中加一勺干冰，加干冰后藍色又復出，而且杯口產生大量白霧（干冰溶于水和堿液中和，引發(fā)反歧化反應而又生成碘，干冰溫度極低，使四周溫度下降，空氣中水蒸氣凝聚成小水珠而呈白霧狀，見圖2中第7個杯）。

（2）實驗說明

①上述實驗所加試劑量要小，否則既浪費試劑又使后幾步反應變遲鈍。

②碘酒可用市售碘酒，也可自配：取75%的乙醇 100mL加入3g碘粒、3g KI即可；維C果汁可用藥片自配1%的維生素C溶液，一片維生素C藥片含維生素C約100mg；加碘食鹽中的碘化物為碘酸鉀，有氧化性，和碘離子反應生成單質碘。

③常壓下干冰的冰點為：-78.5℃，故取用干冰要用勺子或鑷子，切勿用手直接拿，以免凍傷。

實驗3 學生自做簡易焰色反應實驗

（1）實驗過程及現象

①取一個小杯，放入約2mL水，再加入黃豆大小一撮食鹽，攪拌溶解，得到食鹽水。另取一束細鐵絲（如只有一根鐵絲，則可將其一端繞成螺旋狀）。再取一個酒精燈，點燃酒精燈并觀察火焰（見圖3左側照片），火焰較淡。將鐵絲一端插入酒精燈火焰中灼燒至無異常顏色。冷卻后用鐵絲這一端蘸取食鹽水，將濕的一端再插入酒精燈火焰中灼燒，觀察現象（見圖3右側照片），火焰呈現清晰的黃色。

②準備一根一端附有銅銹的銅絲（銅銹呈綠色）。如果身邊只有不生銹的銅絲，那就另備一個小杯，杯里放入約2mL稀鹽酸待用。點燃酒精燈，將生有銅銹的銅絲的一端插入酒精燈火焰中灼燒，觀察現象（見圖3中間照片），火焰呈現清晰的綠色。如果是新的銅絲，則先將銅絲的一端插入稀鹽酸中，再將蘸濕的一端置于酒精燈火焰中灼燒，也可使火焰呈現綠色。

（2）實驗說明

蘸取稀鹽酸的銅絲或銅銹在灼燒時，會有較多微小顆粒擴散出來，故焰色就明顯變綠了。

上述這些趣味化學實驗具有視覺沖擊力，易使學生產生認知沖突。學生通過做這類趣味化學實驗，會深刻體驗到學習過程中的快樂，進一步增強學習化學實驗的興趣和探究化學知識的積極性。

2 貼近生活發(fā)掘有趣的科學探究小課題

結合社會和生活，初三實際上有許多趣味小課題值得探究。例如：何為藍瓶子實驗？何為大象的牙膏實驗？茶水為何會變色？雞蛋加水再加食用油為何能調制出色拉醬、蛋黃醬或蛋奶酥？84消毒液為什么會使杯中紅茶褪色？怎樣簡易地鑒別真假黑米、紅酒、香醋？從橙子皮中獲得的橙子油碰到乳膠氣球為什么會使氣球一碰就破等等[3，4]，這些都可以設計成可自行操作和探究的有趣的實踐活動。通過觀察和分析實驗現象，可使學生加深對客觀世界的認識，同時體驗科學探究的一般過程。

實驗4 有關催化劑的趣味探究實驗課題

有一個較著名的“香煙灰燼催化蔗糖燃燒”的趣味實驗[5]：將一塊方糖放在酒精燈火焰上灼燒，先是熔化，然后碳化，蔗糖始終不會燃燒，但如果將該塊方糖沾少量的香煙灰再放在酒精燈火焰上灼燒，它卻能夠燃燒起來（如圖4）。

此實驗國外有不少文獻報導過，其中日本的《化學の教育》是這樣分析的：煙灰中含有碳酸鹽，碳酸鹽是該反應的催化劑。另外，美國的化學期刊曾有文獻報導煙灰中含有稀土金屬離子，稀土金屬離子對蔗糖的燃燒具有催化作用。那么香煙灰中到底是什么化學物質在起作用呢？筆者把這個有趣的問題作為探究課題，和學生一同探討。探究過程如下：

步驟一：用各種灰燼做促使蔗糖燃燒的實驗。結果顯示：稻草灰、木灰、茶葉灰、棉花灰、紙灰、鴨絨灰、羊毛灰、雞毛灰等十余種灰燼對蔗糖的燃燒有催化作用。而滌綸布料灰、塑料薄膜灰對蔗糖的燃燒沒有催化作用。經歸類分析后（如滌綸布料等灰不含金屬元素）再探討：這種催化作用是否與金屬元素的化合物有關呢？

步驟二：用各種純化學試劑做促使蔗糖燃燒的實驗。結果顯示：碳酸鈉、碳酸鉀等不能促使蔗糖燃燒。而氧化銅、氧化鈣、二氧化錳、氧化鎂、氧化鐵、四氧化三鐵、氧化鉛等金屬氧化物能促使蔗糖燃燒。

學生最終認為香煙灰中是一些金屬氧化物在起催化劑作用。這一結論應該比上述國外的那些推測更具科學性和可能性。

實驗5 有趣的“點紙成金”實驗課題

“點紙成金”實驗在國內是較著名的趣味實驗，較早是用硫酸銅來做。2010年有人改用FeCl3來做[6]，并獲獎。該獲獎實驗的具體做法為：用氯化鐵溶液將幾張相同的濾紙潤濕，干燥后點燃濾紙。實驗結果表明該濾紙與普通濾紙不同，不能燃燒完全，而是很快變黑，濾紙邊緣出現紅熱現象，反應產物為黑褐色固體，且該產物能被磁鐵所吸引。用導電儀測試該黑褐色產物，發(fā)現它能導電，故可推論該黑褐色產物中主要是含單質鐵。

學生在做該實驗時，進一步設計了一些驗證該黑褐色產物是單質鐵的檢測方法；一是鐵和鹽酸反應會產生氫氣，二是鐵在氧氣中能燃燒并有火星四射的特殊現象。

驗證實驗1：把上述黑褐色產物研碎后放入一試管，加入少量水（蓋住黑褐色產物），不斷攪拌以趕走氣泡。靜置片刻后沿試管內壁緩慢注入濃鹽酸，使溶液的酸度不斷增強，實驗結果表明黑褐色固體只有部分溶解，溶液呈黃綠色，但整個實驗過程中均未發(fā)現有氣泡冒出。

驗證實驗2：把含有氯化鐵黃色濾紙折疊后將其一端在燈焰上灼燒至黑色，冷卻后再將其灼燒至發(fā)紅，迅速插入氧氣瓶中（見圖5），發(fā)現黑色的這端會在氧氣中燃燒，但沒有火星四射的現象，重復多次現象仍如此。查找資料又發(fā)現Fe3O4也有磁性及導電性，于是學生質疑“點紙成金”實驗的產物推斷為鐵的結論可能有誤，但一時也無法去爭辯。巧的是《化學教學》期刊2013年12期發(fā)表了由高校專家撰寫的題為《在濾紙上還原Fe3+離子實驗的再探究》的文章[7]，作者通過X射線粉末衍射儀對該實驗的產物進行了圖譜比對分析，結論是即使加熱的程度不同，如在酒精噴燈下灼燒，仍然不能還原得到單質鐵。這篇文章的結論證明學生的探究是成功的。這是一個很好的實驗探究課題，它通過對“點紙成金”這一趣味實驗的探究將多個實驗有機地融合在一起，有利于啟迪學生的創(chuàng)造性思維，充分發(fā)揮化學探究實驗的學科價值和教學功能。

3 小結

綜合上述，趣味實驗的設計要求教育工作者有創(chuàng)新意識，要善于思考，勤于動手，努力尋找創(chuàng)新趣味實驗設計的切入點，為更好地設計新穎的趣味實驗打開思路，提供方向。還要多多了解、學會趣味實驗教學的過程與方法，比如通過比較實驗原理、裝置，找出異同點，獲得分類、對比等研究方法以及物質性質決定研究方案制定等思想方法，使趣味實驗教學活動更好地為當今的教學改革服務。

參考文獻：

[1]鄭長龍主編.化學實驗教學論[M].北京：高等教育出版社，2002：29.

[2]姚子鵬主編.義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級下冊）[M].上海：上海教育出版社，2012：209.

[3]張平，竺際舜主編.生活中的化學[M].上海：上海教育出版社， 2011：141.

[4] Yann VERCHIER，Nicolas GERBER. Wonderful Chemistry In Life [M]. CHINA MACHIME PRESS，2013：7.

[5]王程杰主編.中學化學實驗研究[M].上海：華東師范大學出版社，2005：18.

[6]李平，楊菲.“點紙成金”——在濾紙上還原Fe3+離子的實驗設計[J].中學化學教學參考，2010，（5）：46.

[7]朱明建，項喆源，龍環(huán)勝等.在濾紙上還原Fe3+離子實驗的再探究[J].化學教學，2013，（12）：70～71.