中學(xué)化學(xué)演示實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新

丁旭

摘 ?要：化學(xué)演示實驗在化學(xué)教育中有著舉足輕重的地位，在一定程度上決定著化學(xué)教育的質(zhì)量。但由于實驗效果、應(yīng)試教育等各種因素的影響，化學(xué)演示實驗難以開展。本文在實驗改進(jìn)的原則下對“鋁熱反應(yīng)”實驗進(jìn)行探究與優(yōu)化，使化學(xué)演示實驗的功能與地位能夠得以發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：化學(xué)演示實驗;原理方法

1.教材實驗分析

教材中的方法是：把兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起，取出內(nèi)層濾紙，在其底部剪一小孔后用水潤濕，再套回原處，并架在鐵圈上（如圖4-1-1所示），下面放置一盛沙子的蒸發(fā)皿。將5g干燥的氧化鐵粉末和2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，在混合物上面加少量氯酸鉀固體，中同插一根用砂紙打磨過的鎂帶。用燃著的小木條點燃鎂帶。

實驗準(zhǔn)備時發(fā)現(xiàn)：

（1）鎂條不易點燃，或燃燒后放出的熱量少無法引燃鋁熱劑，導(dǎo)致實驗成功率較低。并且鎂條點燃后立即產(chǎn)生耀眼白光，留給老師的安全距離時間太少。

（2）鋁熱劑比例5：2過高，燃燒時火星飛濺較遠(yuǎn)，存在不安全因素。

（3）濾紙漏斗遮擋住了內(nèi)部的反應(yīng)，且易被引燃，導(dǎo)致學(xué)生只能看到“一團(tuán)火” 的表面現(xiàn)象。

（4）鐵球下落致其略帶銹色而非銀白色，沒有紅熱鐵水。

（5）大量白煙直接排放在空氣之中，對環(huán)境有污染。

2.實驗研究現(xiàn)狀

人教版、魯科版、蘇教版等各個教材中都有涉及到有鋁熱反應(yīng)，但是每個版本里的實驗設(shè)計都較為簡易，歷來就有許多研究者對“鋁熱反應(yīng)”進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新。

（1）裝置的改進(jìn)：但世輝[28]等人提出如圖2的實驗設(shè)計，將整個反應(yīng)裝置盛放于廣口瓶中，并在廣口瓶的上方套一個小氣球用于吸收產(chǎn)生的有污染的氣體;李妍[29]等人提出如圖4-3的實驗設(shè)計，將整個實驗在一個塑料透明盒里進(jìn)行，用粉筆的凹槽代替紙漏漏斗。

這類裝置看起來可以防止產(chǎn)生的風(fēng)塵等污染物排放在空氣中，但是實際上這些裝置的體積過小，對試劑的用量必須要少量。如果鋁熱劑用量過多，產(chǎn)生的光化學(xué)污染就會充滿整個裝置，阻礙現(xiàn)象的觀察。如果鋁熱劑用量過小，產(chǎn)生的熱量不足以引發(fā)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行?？此颇軌蚪鉀Q污染問題，實際上并未從根本上消除污染，當(dāng)停止實驗打開裝置，污染物就彌漫在整個實驗室。

王屹[30]提出用如圖4的裝置b型熔點測定管代替漏斗進(jìn)行反應(yīng)。利于學(xué)生對鋁熱反應(yīng)現(xiàn)象的觀察。但是實際上，b型熔點管測定受熱最高溫度是1200—1300度，而鋁熱反應(yīng)的溫度是1400度以上，所以在進(jìn)行實驗時b型熔點管會受熱從支管口出裂開。且支管口管徑過小，反應(yīng)時通氧量不足，鋁熱劑反應(yīng)不充分。

引燃方式的改進(jìn)：在王屹、但世輝等人的實驗改進(jìn)中提出用高錳酸鉀和熱甘油反應(yīng)代替鎂條，雖然減少了鎂條的光化學(xué)污染，但是高錳酸鉀和熱甘油反應(yīng)會產(chǎn)生大量的白煙，也是一種污染。龍占利[31]曾提出可以用火柴頭和氯酸鉀或是氯酸鉀、蔗糖、濃硫酸進(jìn)行引燃。其中蔗糖和濃硫酸反應(yīng)，在高溫下蔗糖會融化并糊在鋁熱劑上，阻止鋁熱劑繼續(xù)反應(yīng)。

3實驗創(chuàng)新要求/改進(jìn)要點

在教材實驗中，鋁熱反應(yīng)中的鎂條不易點燃，點燃后產(chǎn)生刺眼白光存在大量光污染;鐵球的掉入蒸發(fā)皿為飛濺式，下落時間和位置不可控學(xué)生操作時有一定安全隱患;反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)生大量白煙未進(jìn)行處理，對環(huán)境造成污染。為此我和我的學(xué)生研究并改進(jìn)了實驗，使用易拉罐和太空沙在亞克力箱子中進(jìn)行，產(chǎn)生的白煙利用膠體電泳除去。使實驗簡單可控﹑現(xiàn)象明顯并且更加環(huán)保，是可推廣的實驗操作。

4實驗原理和方法

（1）往自制易拉罐漏斗里添加太空沙成中空圓形，中空部分加入氧化鐵和鋁粉，鋁熱劑添加完成后，放入用乙醇浸泡過的粉筆和一小節(jié)煙花棒后把整個漏斗放在鐵三角加上，漏斗下放一個蒸發(fā)皿。

（2）把自制的亞克力箱子放在整個裝置之上，讓反應(yīng)在箱子里發(fā)生。箱子上端先放置一層包裹著活性炭的棉布，然后是用濃鹽酸浸泡的海綿，最后是靜電除塵裝置;

（3）用點火器點燃粉筆，開始反應(yīng)，打開靜電除塵裝置，完成實驗;

參考文獻(xiàn)

[1] ?許文皓. 滬教版初中化學(xué)幾個重要演示實驗的改進(jìn)研究[D].東華理工大學(xué)，2018.

[2] ?趙瑞雪，倪剛.淺談基于手機輔助的PBL模式在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用——以“酸堿鹽在水中的電離”為例[J].中國教育技術(shù)裝備，2019（07）：121-122