淺談微型化實驗在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

王凱

【摘要】介紹微型化學(xué)實驗的概念和現(xiàn)實意義，通過幾則典型微型化實驗應(yīng)用的例子凸顯了微型化實驗的優(yōu)勢，提出了如何將微型化學(xué)實驗更好地應(yīng)用于教學(xué)中的建議。

【關(guān)鍵詞】微型化實驗 化學(xué)實驗 實驗改進

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）16-0158-01

一、背景分析

化學(xué)學(xué)科是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，高中階段化學(xué)科學(xué)習(xí)過程中涉及到大量的化學(xué)實驗，對于幫助學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)有著重要的作用。隨著各地經(jīng)濟不斷發(fā)展和政府教育部門不斷投入，中學(xué)化學(xué)實驗的開設(shè)質(zhì)量有了很大進步，但仍然存在投入不足，發(fā)展不平衡等問題，在這種現(xiàn)實情況下，發(fā)展微型化實驗對促進中學(xué)化學(xué)教學(xué)有著積極作用。

二、微型化實驗概念簡介

微型化實驗，在上世紀80年代初起源于美國，主張實驗使用小型或者微型儀器和少量試劑或藥物。試劑的用量為常規(guī)實驗劑量的1/10～1/1000，儀器的體積約為常規(guī)儀器體積1/10，成套設(shè)備（藥）組合在體積很小的實驗盒中，學(xué)生可人手一套進行實驗，便于攜帶、使用和管理。它是以“綠色化學(xué)”為核心的化學(xué)實驗的新技術(shù)和新方法。它被稱為化學(xué)教育的創(chuàng)新。

三、微型化學(xué)實驗的意義

與常規(guī)化學(xué)實驗相比，微型化學(xué)實驗具有以下優(yōu)點。

1.節(jié)約了大量空間?；瘜W(xué)試劑用量少，實驗器材也非常小，對實驗室試驗臺儲藏室要求要小很多。原來去實驗室才能完成的試驗現(xiàn)在在課室也可以完成。

2.節(jié)約實驗成本。很多化學(xué)試劑都價格不菲，與傳統(tǒng)實驗相比，微型化學(xué)實驗大大減少了藥物的使用，有效地節(jié)約了實驗成本，有助于開展更多的學(xué)生實驗。對辦學(xué)條件較差，缺少儀器藥品和實驗設(shè)備的農(nóng)村學(xué)校更有意義。

3.減少環(huán)境污染?；瘜W(xué)研究也會對環(huán)境和人類的利益造成危害。大量強酸強堿重金屬有毒氣體會污染環(huán)境，微型化學(xué)實驗減少了藥物和試劑的使用，減少了污染物的排放。它也更安全，不會產(chǎn)生安全事故。

4.有利于開展探究性實驗和定量實驗，有利于家庭小實驗和課外實驗等開展。培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)，為進一步學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

四、具體案例改進分析

1.銅與稀硝酸反應(yīng)微型化實驗改進

常規(guī)反應(yīng)缺陷在于銅和稀硝酸反應(yīng)時，由于試管內(nèi)存在的少量空氣干擾，難于觀察一氧化氮氣體顏色，難于準確判斷反應(yīng)產(chǎn)物。且反應(yīng)很緩慢，常量下實驗所耗時間較長，實驗完畢后管內(nèi)有殘留NOx氣體，易污染環(huán)境。針對這些問題可以進行如下微型化改進。

（1）把1小片銅片放于10毫升注射器內(nèi)，推動注射器活塞至底部（排凈注射器內(nèi)空氣）。

（2）用注射器吸取1mL稀硝酸。

（3）快速將注射器針頭插入塑料泡沫并倒置?？梢杂^察到：注射器中的銅溶解了，表面有氣泡，溶液上方的氣體無色，溶液變成藍色。

（4）當收集幾毫升氣體時，拔出注射器。

（5）向外拉活塞使之吸入少量空氣，觀察到注射器中有紅棕色氣體的形成。

（6）向前推動注射器的活塞將反應(yīng)生成的廢液排入盛有NaOH溶液的燒杯中，充分振蕩燒杯，使尾氣吸收。實驗完成。

2.制備SO2并驗證其性質(zhì)實驗

傳統(tǒng)試驗做法是通過分液漏斗向盛有Na2SO3固體的支管燒瓶中注入濃H2SO4制備出SO2，然后依次通過盛有石蕊品紅，H2S，KMnO4溶液的洗氣瓶反應(yīng)并觀察溶液變色情況，最后用盛有堿液水槽吸收尾氣。裝置比較繁瑣，又用到了強酸強堿強氧化劑和有毒的H2S，很難開展學(xué)生實驗。

步驟：

（1）把20.0克Na2SO3固體放入一個小燒杯里（100mL），把該小燒杯立在裝有少量NaOH溶液的水槽中。

（2）另取一個250mL的干燥大燒杯，在其底部分別粘上一條濕潤藍色石蕊試紙，一條濕潤的品紅溶液的濾紙，一條浸過高錳酸鉀溶液的濾紙，一條浸有硫化氫溶液的濾紙條（共4條濾紙條，平行粘在燒杯底部）。

（3）向小燒杯中加入濃硫酸使之與Na2SO3反應(yīng)，迅速用250ml大燒杯扣住小燒杯（大燒杯下口應(yīng)沒入NaOH溶液中以便過量的二氧化硫被水槽中的NaOH溶液吸收。

（4）觀察大燒杯底部濾紙條的變色情況：石蕊試紙變紅，品紅褪色，高錳酸鉀紫色消失，H2S試紙上有淡黃色固體。實驗完成。

3.Fe（OH）3膠體電泳實驗的改進

電泳實驗是高中化學(xué)實驗中必不可缺的組成部分，目的在于讓學(xué)生認識到電泳現(xiàn)象的本質(zhì)，在實驗中同學(xué)說可以看到膠體粒子對于自己吸附的電性離子具有選擇性，帶電的離子可以在電場的作用下發(fā)生移動，但是結(jié)果不明顯，對實驗需要進行改進：例如，改變原來的實驗儀器與試劑的使用量，2B鉛筆芯作為實驗的電極，在實驗的過程中用V型玻璃管代替U型管等等改進，這些改進的作用在于使用較少的化學(xué)用品，把實驗的裝置更加簡單化；變實驗操作較以往更加的簡單方便，也讓實驗效果更加明顯，讓學(xué)生更加理解實驗；使實驗更加符含教學(xué)性。

五、微型化學(xué)實驗需要完善的地方

與傳統(tǒng)的化學(xué)實驗相比，微型化實驗藥物用量少，儀器體積小，對實驗人員的操作精確度和熟練程度要求較高。初學(xué)者往往不容易掌握，因此需要教師對實驗方案進行不斷優(yōu)化和簡化，使之適于操作。另外微型化實驗適合反應(yīng)快現(xiàn)象明顯的實驗，對于過程復(fù)雜現(xiàn)象緩慢的實驗還是用常規(guī)試驗更合適，只有在教學(xué)中將兩者結(jié)合起來，才能達到最好效果。

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