高中化學中幾個典型性演示實驗的研究及改進

潘登

摘 要：人教版教材《化學必修1》蔗糖與濃硫酸的反應是高中化學教材中代表性演示實驗。該實驗的明顯缺陷是：（1）產生有害的SO2氣體會對環(huán)境造成污染的同時影響師生的身體健康;（2）實驗完成后大概要浪費30%的藥品;（3）敞開的裝置產生帶有刺激性氣味的氣體需要長時間的通風才能恢復原貌。這個實驗也引起了很多同行的重視，但做出可行性改進實驗內容的并不多見。通過在實驗室里反復的構思與實踐，筆者對該實驗進行了相關的改進。

關鍵詞：高中化學;典型性;演示實驗

一、 實驗內容

（一）儀器和試劑

燒杯（100mL），玻璃棒，具支試管（普通常規(guī)），膠頭滴管，橡膠塞，98%濃硫酸，蔗糖，澄清石灰水，小漏斗，膠管。

（二）實驗步驟

1. 組裝好裝置

在具支試管中加入蔗糖固體（約3.5g），在燒杯中加入適量的澄清石灰水，用帶有玻璃管的橡膠管連接具支試管的支管口，將玻璃管置于澄清石灰水中。

2. 用膠頭滴管向具支試管中滴加幾滴水，將蔗糖潤濕。

3. 快速加入濃硫酸約4mL，迅速用玻璃棒攪拌，當具支試管外壁明顯感覺有灼燒感，里面的黑色混合物脹大上升時，停止玻璃棒攪拌，用橡膠塞塞住具支試管管口。

（三）實驗結果

具支試管內的蔗糖顏色由白色晶體狀變?yōu)榛液稚?，然后漸漸變成黑色，最后形成疏松多孔的碳，可以看到澄清的石灰水變渾濁。用以上裝置，實驗現象明顯，防止了環(huán)境的污染，熱量損失減少了，試劑用量節(jié)約了。

人教版教材《化學必修1》鈉和水的反應是高中化學重要的演示實驗之一，這個實驗是高中階段較為有趣的實驗，通過這個實驗調動了學生學習化學的積極性。在教學過程中，存在以下不足：（1）鈉塊直接暴露在空氣中，在與水的反應過程中反應劇烈，而且容易引起液體飛濺，存在安全隱患;（2）生成物NaOH會使酚酞變紅，只能驗證一種產物NaOH，而另一種產物H2，須由元素守恒和得失電子守恒來確定，實驗結論缺乏說服力。改進措施如下：

二、 實驗內容

1. 用品：肥皂液，黃豆粒大小鈉塊，酚酞指示劑，蒸餾水。

2. 儀器：帶夾子的鐵架臺，具支試管一支，氣球1個，帶橡膠管的導管，表面皿一個。

3. 實驗步驟及結果：（1）在具支試管中加入蒸餾水至體積的三分之一，然后滴入幾滴酚酞指示劑，將帶橡膠管的玻璃導管與具支試管側管相連，用鑷子從煤油中取出鈉塊并用小刀切取黃豆粒大小的金屬鈉，用濾紙吸干表面的煤油放入氣球中，將氣球的開口套在具支試管口（正口），蒸發(fā)皿中加入肥皂液;（2）將裝在氣球中的鈉塊緩慢抖入水中，可以看到鈉塊熔化成閃亮的小球浮在水面上，四處游動，發(fā)出嘶嘶響聲，燒杯中滴有酚酞的溶液變?yōu)榧t色;（3）當鈉與水反應產生的氫氣排出試管中的空氣時，將導管置于肥皂液中，蒸發(fā)皿中的肥皂液隨即產生了大量的肥皂泡，而且氣泡逸出很快，用打火機點燃氣泡，有尖銳的爆鳴聲;（4）現象結果分析：熔化的鈉塊浮在水面上說明鈉塊密度小于水的密度，鈉塊與水反應放出熱量，加酚酞溶液變藍是因為有堿生成。

改進后的實驗將發(fā)生裝置與檢驗裝置有機地結合起來，既觀察到了鈉遇水反應的所有現象又對原有實驗中沒有成功的檢驗部分做了驗證和補充;改進后的實驗過程操作簡易、安全可靠，在試驗中，用氣球是亮點，巧妙化簡了用鑷子將鈉放入水的操作，而且隔絕了反應物和外界的直接接觸，避免了氫氣和氧氣混合爆炸的可能性，防止了反應劇烈而使液體飛濺引起的事故。

人教版教材《化學必修1》關于氯氣性質的演示實驗目的是讓學生明白使有色布條褪色的物質是次氯酸而不是氯氣，而含有水的氯氣因含有次氯酸而使有色布條褪色，即具有漂白作用的物質是次氯酸而非氯氣。該演示實驗存在以下不足：（1）實驗時氯氣需要現用現配制。在一節(jié)課的時間內耗時較長，影響正常的教學任務。（2）氯氣是有毒氣體，制備過程中難免逸出對環(huán)境造成污染，該實驗課堂演示的可行性較差。

三、 實驗內容

（一）改進原理

氯氣在水中的溶解度較小，1體積水大約溶解2體積的氯氣，而氯氣極易溶于苯或四氯化碳等非極性分子形成的溶劑中，所以可以將氯氣溶于苯或四氯化碳中進行性質實驗。

（二）實驗用品

新制氯水、四氯化碳、試管、玻璃管、紅布條。

（三）實驗步驟

1. 在做性質實驗之前在實驗室制備數瓶氯水備用。2. 取兩支試管分別加入新制氯水少許，向其中一支試管中加入3-4mL四氯化碳，充分振蕩后靜置，可以看到溶液分液，四氯化碳層呈黃綠色，然后取下層四氯化碳液。3. 將一紅布條系在玻璃棒上，伸入盛有氯水的試管中，然后觀察現象;將另一系有紅布條的玻璃棒按同樣操作伸入另一試管的液面下，觀察現象。

實驗現象和結論：1. 系有紅布條的玻璃棒伸入氯水中后，布條紅色褪去，說明氯氣含有水分時可以使有色物質褪色。2. 系有紅布條的玻璃棒伸入四氯化碳萃取的氯氣的試管中，紅布條顏色并沒有顏色變化，說明無水存在時，干燥的氯氣不能使有色物質褪色。

改進后的演示實驗提前制備了氯氣，減少了對環(huán)境的污染，通過實驗對比能夠清晰地觀察到實驗現象，說服力強，整個實驗耗時較少，操作起來容易，有利于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，提高學生的觀察能力和思維能力。

人教版教材《化學必修1》中銅與濃硫酸反應的演示實驗是將一根銅絲穿過膠塞，并使下端呈螺旋狀，加熱濃硫酸的同時通過抽拉銅絲控制反應的發(fā)生和終止。該實驗雖然能達到學生探究銅與濃硫酸反應的目的，但存在以下幾個問題：（1）銅絲在與濃硫酸反應的過程中由于銅絲過細，接觸面積較小而導致反應進行相當緩慢;（2）銅絲在膠塞中抽拉并不是很順暢，如果塞孔過大會有氣體從塞孔逸出，如果塞孔太小抽拉受阻會導致儀器受損;（3）實驗過程中會有品紅溶液倒吸引起安全隱患;（4）生成的SO2氣體有毒，沒有尾氣吸收裝置。實際上這個實驗稍稍做以改動就會避免上述不足，改進措施如下：