例談重視化學實驗的細節(jié)問題

毛楊林

摘要：實驗探究是新課程倡導的化學教學的主要方式，準確把握化學實驗的每一個細節(jié)，是實驗成功的關(guān)鍵。通過日常實驗教學和聽課觀察，分析了若干演示實驗失敗的細節(jié)處理過程，指出了尚未引起廣大教師注意的化學實驗的細節(jié)問題，如反應溫度、藥品準備時間、試劑的滴加順序、振蕩操作、金屬的厚度與寬度、試劑用量、觀察思維等，以期引起同行的關(guān)注和重視。

關(guān)鍵詞：實驗細節(jié)；反應溫度；滴加順序；振蕩操作；試劑用量

文章編號：1005–6629（2015）1–0071–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

實驗探究是新課程倡導的化學教學的主要方式，一個規(guī)范、完整、成功的實驗探究，幾乎涵蓋了提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計方案、實驗操作、獲得數(shù)據(jù)、分析推理、得出結(jié)論等要素，對于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)起到非常重要的作用。現(xiàn)在，絕大多數(shù)教師都十分重視化學實驗，也能將課本中的大多數(shù)實驗做得很成功，但也不乏有些教師做演示實驗時可能是隨性而至，信手拈來，常常由于一些實驗的細節(jié)不夠嚴謹，無法獲得預期的、真實準確的實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，從而造成實驗缺憾甚至失敗，得不出正確的實驗結(jié)論，給學生自主建構(gòu)化學知識造成障礙，更對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)產(chǎn)生不利影響。因此，準確把握化學實驗的每一個細節(jié)，養(yǎng)成良好的實驗操作習慣，是實驗成功的關(guān)鍵。在日常實驗教學和聽課觀察中，發(fā)現(xiàn)了尚未引起廣大教師注意的若干化學實驗細節(jié)問題，現(xiàn)擇其典型實例加以闡述，以期引起同行的關(guān)注和重視。

1 反應溫度

溫度是影響化學反應速率的重要因素，但在實驗操作中，我們時常并不在意溫度的高低，從而遭遇實驗失敗的尷尬。

1.1 蔗糖在濃硫酸中脫水炭化實驗

這是一個非常有趣的實驗。有一年筆者接連上兩個平行班，在第一個班做演示實驗很成功：在200mL的燒杯中放入20g蔗糖，加入1～1.5mL水，攪拌均勻，再加入15mL濃硫酸，迅速攪拌，可以看到蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成一種海綿狀的炭，并放出刺激性氣味的氣體。但在第二個班做演示實驗時卻意外地失敗了，只看到蔗糖變成黑褐色的稠狀物卻不膨脹。這是什么原因？后來才發(fā)現(xiàn)原來是下課時，筆者把燒杯中的海綿狀炭倒出并用水沖洗干凈后，燒杯中殘留有部分水，導致升溫不足?？梢姡緦嶒炛兴牧繒绊憸囟鹊母叩?，直接影響實驗的成敗。

1.2 過氧化鈉、棉花與水的燃燒實驗

為了提高過氧化鈉與水反應實驗的趣味性，教師常常用脫脂棉花包住約0.2g過氧化鈉粉末，置于石棉網(wǎng)上，往脫脂棉上滴水，可觀察到脫脂棉劇烈燃燒起來。該實驗本來是很容易做成功的，可有一年冬天，一位應聘教師在我校招聘面試時做這個實驗卻未能成功，讓他很懊惱。下課時，筆者隨他到化學實驗室用熱水滴到包有過氧化鈉的脫脂棉上，結(jié)果實驗很成功。原來是冬天的水溫太低，而導致實驗失敗。

1.3 銅-鋅原電池使小燈泡發(fā)光實驗

在銅-鋅原電池實驗中，如何使小燈泡發(fā)光是一直難以解決的問題?，F(xiàn)行蘇教版教材[1]采用靈敏電流計測電流來代替小燈泡發(fā)光實驗，也有教師采用發(fā)光二極管代替測電流，以此判斷是否形成原電池。浙江寧波有位教師經(jīng)過一系列的對比實驗后發(fā)現(xiàn)：選用6 mol·L-1 H2SO4、電極板浸入表面積為10cm2、電極板間距5cm、對銅片表面加熱30s左右等反應條件進行實驗，小燈泡會奇跡般地亮起來。

2 藥品準備時間

有一次，筆者的兩位同事同課異構(gòu)上匯報課，課題是蘇教版“鎂的提取與應用”。兩位同事不約而同地補充了鎂與水反應的演示實驗。

教師1實驗：現(xiàn)場擦除鎂條上的氧化鎂，投入蒸餾水中產(chǎn)生的氣泡幾乎看不到，加熱后有少許氣泡產(chǎn)生，溶液中滴入酚酞后出現(xiàn)淺紅色。實驗很成功。

教師2實驗：在實驗室提前一天擦除鎂條上的氧化鎂，放置在提籃中，上課演示時直接將鎂條投入蒸餾水中，幾乎沒有氣泡，加熱后氣泡仍然很少，溶液中滴入酚酞，不出現(xiàn)淺紅色。實驗失敗。

教師2準備實驗很認真，很充分，可是實驗還是失敗了，課后重做了幾次還是不成功，他心中一陣迷茫。筆者提醒他用現(xiàn)場擦拭的鎂帶試試，結(jié)果成功了?？磥硭幤窚蕚涞臅r間也很講究。

3 試劑滴加順序

AlCl3溶液與NaOH溶液、NaAlO2溶液與稀鹽酸、Na2CO3溶液與稀鹽酸、AgNO3溶液與氨水等反應，其試劑的滴加順序不同，實驗現(xiàn)象也不同，這是我們所熟知的。但中學階段還有一些反應，其實驗現(xiàn)象也與試劑的滴加順序有關(guān)。

3.1 濃溴水與苯酚溶液反應實驗

在苯酚稀溶液中逐滴加入濃溴水，可以清楚地觀察到有白色沉淀生成。但有一次上課做演示實驗時卻意外地觀察到生成淡黃色沉淀，令人錯愕！后來筆者查閱了相關(guān)資料[2]才發(fā)現(xiàn)，由于實驗時不在意試劑的滴加順序，錯將苯酚滴加到濃溴水中：濃溴水過量，三溴苯酚會繼續(xù)被溴水（HOBr）氧化生成淡黃色的2，4，4，6-四溴-2，5-環(huán)己二烯酮：

因此，做苯酚與溴水反應的實驗應注意：在苯酚稀溶液中逐滴加入濃溴水，當出現(xiàn)白色沉淀時，立即停止滴加溴水。

3.2 加熱Cu（OH）2制CuO實驗

向盛有NaOH溶液的燒杯中滴加幾滴CuSO4溶液，確保在生成Cu（OH）2過程中NaOH過量，加熱就有黑色CuO生成。若向盛有CuSO4溶液的燒杯中滴加NaOH溶液，也可以產(chǎn)生藍色沉淀，但是對該沉淀進行加熱有時就看不到黑色CuO生成。原因是：當堿液不足時，Cu2+離子轉(zhuǎn)化為Cu2（OH）2SO4沉淀而不是Cu（OH）2沉淀，從而觀察不到Cu（OH）2的受熱分解現(xiàn)象；當堿液過量時，Cu2+離子轉(zhuǎn)化為[Cu（OH）4]2-，而[Cu（OH）4]2-受熱易分解為黑色氧化銅沉淀[3]。

4 振蕩操作

有關(guān)氣體溶于水的實驗，盛放氣體的容器是否振蕩、搖動或晃動，實驗效果大不相同。

4.1 SO2溶于水實驗

SO2在20℃時易溶于水，在1L水中能溶解40L氣體，按理說充滿SO2的試管倒立在水槽中時，水面應立即上升并充滿整個試管。但在實際操作中會發(fā)現(xiàn)，試管中的水面常常只上升一個很小的高度，就不會再上升了。為什么？我們通常給學生解釋為收集到的SO2不純，混有一部分空氣的緣故。但有一次筆者讓學生上講臺做該演示實驗，當液面不再上升時，學生不經(jīng)意間輕輕晃動試管，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水面會隨之上升，直至充滿整個試管。這個實驗現(xiàn)象說明充滿SO2的試管倒立在水槽中，試管中的水面只上升一個很小高度的主要原因，不是氣體不純，而是試管中SO2與水接觸面小，使局部達到了飽和狀態(tài)，試管中其余的氣體不能再繼續(xù)溶解，從而使液面無法上升。輕輕晃動試管可使上層SO2飽和溶液與下面的水進行混合，這樣SO2就可以繼續(xù)溶解了。另外，CO2等氣體溶于水也有類似情況。

4.2 HCl或NH3的噴泉實驗

HCl、NH3常溫下在水中的溶解度為1：500、1：700，1膠頭滴管的水約1～2mL，用于做噴泉實驗的燒瓶容積通常為500mL，按理說1膠頭滴管的水完全可以溶解燒瓶中所有的氣體，但有些教師在做HCl或NH3的噴泉實驗時，即使在裝置的氣密性良好、氣體收集很滿的情況下，將膠頭滴管中的水擠入燒瓶中，打開止水夾，也常常不能產(chǎn)生噴泉。為什么？是收集到的HCl或NH3不純嗎？不是，根本原因是由于燒瓶中的氣體沒有被水充分接觸溶解。筆者做該演示實驗時，先將膠頭滴管中的水擠入燒瓶，然后將燒瓶從鐵圈上取下，倒轉(zhuǎn)兩次，使燒瓶中的氣體與擠入燒瓶中的水充分接觸，再將燒瓶固定在鐵架臺上，打開止水夾，每次都能產(chǎn)生美麗的噴泉。

5 金屬的厚薄與寬窄

每次教學“鋁的性質(zhì)”時，總想做一個鋁箔在氧氣中的燃燒實驗，以便與鎂在空氣中燃燒作比較，但每次用常規(guī)市售的鋁箔進行操作，實驗都以失敗而告終。如將2cm×5cm的市售鋁箔一端固定在粗鐵絲上，另一端裹一根火柴，待火柴快燃盡時，立即將鋁箔伸入充滿氧氣的集氣瓶中，鋁箔不易點燃。若將鋁箔放在酒精燈火焰上持續(xù)加熱，則可看到鋁箔融化，有一層薄膜兜住液體，使其不滴落，且呈現(xiàn)紅熱狀態(tài)。然而有一次，在實驗室操作臺上看見有一包紅雙喜香煙殼放著，筆者隨手取出香煙盒內(nèi)層包裝紙，平鋪在桌面上，用手指輕輕摩擦除去紙層，將得到的干凈鋁箔一端固定在粗鐵絲上，另一端裹一根鎂條，待鎂條快燃盡時，立即將鋁箔伸入充滿氧氣（用排水法收集）的集氣瓶中，可見鋁箔猛烈地燃燒起來，放出耀眼的白光，產(chǎn)生大量白煙。實驗成功率達到100%。因此，本實驗的關(guān)鍵：鋁箔一定要薄且鮮亮干凈，氧氣要純。

另外，每次按課本做鐵釘鍍鋅實驗，效果總不理想，鐵釘表面的鍍鋅層松散而易脫落，但將鐵釘換成鐵皮鍍鋅，效果就好得多?？梢姡饘俚暮穸?、寬度、粗細等因素有時會影響實驗的效果，故要合理選擇。

6 試劑用量

6.1 銀鏡反應實驗

有一次做銀鏡反應演示實驗，漫不經(jīng)心地在一潔凈的試管中注入1mL AgNO3溶液，然后加入氨水至沉淀完全溶解，滴加幾滴乙醛溶液，水浴加熱，結(jié)果始終得不到光亮銀鏡。后來認真地按課本要求重新做實驗：逐漸滴加氨水至沉淀剛好溶解為止，則現(xiàn)象明顯。可見，氨水的量未控制好，也難以發(fā)生銀鏡反應，氨水過量越多，銀鏡反應效果越差。

6.2 1-溴丙烷的消去反應實驗

按現(xiàn)行中學化學選修教材[4]實驗方案做，該實驗產(chǎn)生氣泡耗時長，生成丙烯少，使酸性高錳酸鉀溶液褪色慢。但將KOH乙醇飽和溶液與1-溴丙烷的體積比按4：1混合均勻，加熱至70℃左右，則現(xiàn)象明顯，1分鐘后就產(chǎn)生大量氣泡，酸性高錳酸鉀溶液1分鐘左右就褪色。

因此，不少化學實驗的效果與反應物的量有關(guān)，實驗時滴加試劑不能大意。

7 觀察思維

鈉與水反應“浮、熔、游、響、紅”等實驗現(xiàn)象可讓學生終身難忘。透過現(xiàn)象看本質(zhì)，教師常常會給學生解釋“浮”說明鈉比水輕。在高一，學生對教師的這種說法一般不會提出異議，但到高二，當學生在做鈉與乙醇反應的實驗時，會發(fā)現(xiàn)鈉也會浮在表面，但投入瞬間鈉會下沉，從而得出鈉的密度比乙醇大的結(jié)論。這時學生會提出質(zhì)疑：鈉與水反應時由“浮”的現(xiàn)象得出鈉比水輕的結(jié)論科學嗎？這個問題提得很好，鈉的密度為 0.97g/cm3，雖然實際上鈉比水輕，但用“浮”的現(xiàn)象不足以說明這一點。因為鈉與水反應產(chǎn)生的氫氣不溶于水，附在鈉的表面形成氫氣泡層，產(chǎn)生了浮力。因此，做鈉與水反應的實驗，難以得出鈉與水的密度誰大誰小的結(jié)論，應調(diào)整觀察思維：鈉投入水的瞬間是沉還是浮？

“天下之大事必作于細”（《韓非子·喻老》），實驗教學上任何一次成功的嘗試，都離不開許許多多閃光的細節(jié)。每個化學實驗都有不同的細節(jié)問題，如濃度、純度、壓強、光照、介質(zhì)、容器的大小和材質(zhì)等，都會影響化學實驗的效果甚至決定成敗?；瘜W實驗失敗的原因可能有多種，或許是教材的實驗設(shè)計忽視了有關(guān)細節(jié)，或許是教師本身在實驗操作時不經(jīng)意間忽視了有關(guān)細節(jié)。當課堂教學遭遇化學實驗失敗時，不能搪塞，要把它當作重要的教學資源，與學生一起冷靜地分析與研究，找出失敗的原因，并提出改進的方案，從而提升實驗教學的價值與魅力，不斷地提高教育與教學的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2 [M].南京：江蘇教育出版社，2010：40.

[2]邢其毅，裴偉偉，徐瑞秋，裴堅.基礎(chǔ)有機化學（第三版）（下冊）[M].北京：高等教育出版社，2009：836.

[3]河北師范大學等合編.無機化學（下冊）[M].北京：高等教育出版社，2006：596.

[4]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·有機化學基礎(chǔ)[M].南京：江蘇教育出版社，2010：62.