耿元元

摘要：化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生獲取化學(xué)知識(shí)的重要手段，也是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要載體。為了更好地體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能，應(yīng)根據(jù)具體情況對(duì)教材中的一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。用排水法收集二氧化碳的可行性，可由絕對(duì)到相對(duì)，以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和精益求精的科學(xué)精神;二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可由默認(rèn)到探究，幫助學(xué)生更深刻地理解化學(xué)性質(zhì);對(duì)于尾氣處理，應(yīng)由有污染到綠色化;氧化鈣與水反應(yīng)放熱實(shí)驗(yàn)，可由尋常到創(chuàng)新，從生活化的角度創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化;相對(duì)化;探究;綠色化;創(chuàng)新

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生獲取化學(xué)知識(shí)的重要手段，也是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要載體。為了更好地體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能，初中化學(xué)教師可根據(jù)具體情況對(duì)教材中的一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，如由絕對(duì)到相對(duì)、由默認(rèn)到探究、由有污染到綠色化、由尋常到創(chuàng)新等。以下分享幾例。

一、由絕對(duì)到相對(duì)——能否用排水法收集二氧化碳

人教版初中化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)教材只提及用向上排空氣法收集二氧化碳，那么到底能否用排水法收集二氧化碳呢？通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，在常溫常壓下，二氧化碳在水中的溶解量并不大，1體積的水可溶解0.88體積的二氧化碳。杜德生老師指出：“只有不到百分之四的二氧化碳和水反應(yīng)生成碳酸，與此同時(shí)，還有一定量的碳酸分解成二氧化碳和水。與反應(yīng)中產(chǎn)生的大量二氧化碳比較，溶于水的損失幾乎可以忽略不計(jì)。而且用向上排空氣法收集二氧化碳時(shí)，有一部分的二氧化碳會(huì)隨著空氣一起排出?！绷硗?，錢勝老師明確指出，二氧化碳在水中的溶解度并不大而且溶解速度也比較緩慢，只要不是精密實(shí)驗(yàn)，二氧化碳既可以用向上排空氣法收集，也可以用排水法收集（二氧化碳損失很少）。

此外，教材中的“對(duì)人體吸入的空氣和呼出的氣體的探究”實(shí)驗(yàn)，就是用排水法收集呼出的氣體的，而且把收集到的氣體與空氣中的二氧化碳含量進(jìn)行比較。還有，教材在第113頁和第118頁都提到了碳酸具有不穩(wěn)定性，很容易分解成二氧化碳和水。事實(shí)上，在制取二氧化碳的過程中，也是先通過碳酸鈣和稀鹽酸反應(yīng)生成碳酸，再利用碳酸的不穩(wěn)定性生成二氧化碳和水的。由此，更加證明了用排水法收集二氧化碳時(shí)，只有很少量的二氧化碳會(huì)和水反應(yīng)生成碳酸，而碳酸又非常不穩(wěn)定，很容易分解生成二氧化碳。

在實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，筆者在用向上排空氣法收集二氧化碳的同時(shí)，會(huì)引導(dǎo)學(xué)生探究能否用排水法收集二氧化碳。這個(gè)實(shí)驗(yàn)極大地激發(fā)了學(xué)生探究的欲望，有學(xué)生還提出可以與排水法收集氧氣進(jìn)行對(duì)比。最終通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用排水法也可以收集二氧化碳，但收集的速度要慢于氧氣。這樣由絕對(duì)到相對(duì)的教學(xué)改進(jìn)，能很好地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和精益求精的科學(xué)精神。

二、由默認(rèn)到探究——證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)

堿與非金屬氧化物的反應(yīng)是堿的重要化學(xué)性質(zhì)。學(xué)生都能根據(jù)產(chǎn)生的白色沉淀判斷出二氧化碳與氫氧化鈣溶液發(fā)生了反應(yīng)，但二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)卻沒有明顯的現(xiàn)象，則應(yīng)當(dāng)如何證明該反應(yīng)的發(fā)生呢？對(duì)此，筆者引導(dǎo)學(xué)生開展如下探究實(shí)驗(yàn)：取兩只相同的集氣瓶，收集滿二氧化碳?xì)怏w，分別向其中加入等體積的水和氫氧化鈉溶液，立刻塞緊帶有U型管（U型管中裝有紅墨水）的橡皮塞，放在水平桌面上，觀察現(xiàn)象。片刻后可以看到，U型管兩邊的液面存在高度差（如圖1所示），說明二氧化碳被消耗，即二氧化碳與氫氧化鈉溶液發(fā)生了反應(yīng)。

進(jìn)一步地，氫氧化鈉和氫氧化鈣都能與二氧化碳反應(yīng)，那么，除去二氧化碳，用哪種試劑效果更好？筆者在上述探究實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生自主探究：在兩只相同的燒杯中分別加入等體積的水，再向其中分別加入氫氧化鈉和氫氧化鈣至不再溶解;用兩個(gè)大試管收集滿二氧化碳，同時(shí)倒扣入兩份溶液中（試管高度保持一致），最后根據(jù)試管中液面上升的高度得出結(jié)論：氫氧化鈉吸收二氧化碳的效果更好。

三、由有污染到綠色化——尾氣處理

“燃燒條件的探究”是初中化學(xué)中一個(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn)，操作方便，現(xiàn)象也很明顯，對(duì)比強(qiáng)烈，學(xué)生容易理解，但稍顯不足的是用教材中的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，白磷燃燒產(chǎn)生的大量白煙對(duì)周圍環(huán)境造成污染——該實(shí)驗(yàn)需要在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，以降低對(duì)師生的影響，但這并不能從根本上避免污染。針對(duì)上述實(shí)際問題，可以使用 Y形試管來改進(jìn)。如下頁圖2所示，將教材中放置于銅片上的紅磷和白磷分別裝于Y形試管的 2根支管中，管口用氣球扎緊，避免磷燃燒時(shí)產(chǎn)生的白煙污染環(huán)境;再將2根支管同時(shí)以同樣的深度伸入熱水中加熱（注意管底部不要觸碰水中的白磷），隨后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象即可;實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，向氣球中注入氫氧化鈉溶液，即可吸收白煙，避免污染。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置有效避免了燃燒產(chǎn)生的白煙對(duì)環(huán)境的污染，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的綠色化。由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置是一種相對(duì)密封的狀態(tài)，水的溫度不需要達(dá)到80 ℃，一般熱水瓶中的水倒出來就可以直接使用，不需要酒精燈加熱，保證了實(shí)驗(yàn)的安全可靠性，節(jié)省了時(shí)間。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置不再局限于教師的演示實(shí)驗(yàn)，還可以用于學(xué)生自己開展分組實(shí)驗(yàn)，對(duì)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和從事科研活動(dòng)的興趣有很大的幫助。

“硫在空氣和氧氣中燃燒”實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的有毒氣體二氧化硫?qū)諝獾奈廴痉浅?yán)重，因此教材也建議“實(shí)驗(yàn)由教師演示，應(yīng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行”。那么，我們應(yīng)該如何既達(dá)到觀察實(shí)驗(yàn)的目的，又減少污染呢？筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：如圖3所示，在集氣瓶中放一朵小花，在坩堝蓋中放半藥匙硫粉，將玻璃棒下端在酒精燈火焰上加熱30秒后迅速伸進(jìn)集氣瓶中，塞緊橡皮塞，下移玻璃棒引燃硫粉，觀察硫在空氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;通入氧氣，觀察硫在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;停止通氧氣再觀察現(xiàn)象，再通氧氣再觀察現(xiàn)象;實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，觀察小花的變化情況，稍稍打開廢氣袋嗅聞二氧化硫的氣味;最后用注射器從導(dǎo)管向集氣瓶和廢氣袋中注入氫氧化鈉溶液，以吸收二氧化硫。

讓硫在密閉容器中燃燒，并將產(chǎn)生的二氧化硫儲(chǔ)存起來，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的綠色化;把二氧化硫的生成和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的綜合化;通入氧氣的操作、小花變色以及奇妙的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使實(shí)驗(yàn)趣味化;硫在空氣和氧氣中燃燒現(xiàn)象的對(duì)比和再現(xiàn)，讓學(xué)生親身體會(huì)到氧氣的濃度不同導(dǎo)致硫燃燒現(xiàn)象的不同這一變化過程，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的可掌控化。

四、由尋常到創(chuàng)新——氧化鈣與水反應(yīng)放熱實(shí)驗(yàn)

“氧化鈣與水反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)是教材用來說明化學(xué)反應(yīng)中不僅生成新的物質(zhì)還伴隨有能量變化的重要演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生理解和形成相關(guān)化學(xué)觀念非常重要。教材中的實(shí)驗(yàn)方案如圖4所示，作為演示實(shí)驗(yàn)，可視性較差，不利于學(xué)生觀察;容器敞口，容易使產(chǎn)生的熱量散失，燙的感覺不明顯。

對(duì)此，筆者做了如下創(chuàng)新設(shè)計(jì)：

實(shí)驗(yàn)裝置：生石灰干燥劑若干、大氣球1個(gè)、注射器1個(gè)（50 mL）、扎帶2根、去底的飲料瓶1個(gè)（自制的漏斗）、去口的純凈水桶1個(gè)（自制的鐘罩）、托盤天平、燒杯。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用托盤天平稱取28克生石灰，并通過自制的漏斗慢慢地加入氣球中;（2）用注射器吸取9毫升水，注入氣球中，迅速用扎帶將氣球口扎緊，立即給氣球罩上鐘罩。

實(shí)驗(yàn)原理：氧化鈣與水反應(yīng)放熱，使氣球中的氣體受熱膨脹，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaO+H2OCa（OH）2 。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：用扎帶將氣球口扎緊后，氣球快速脹大;罩上鐘罩后，氣球繼續(xù)脹大直至炸開;用手觸碰鐘罩外壁，感覺很燙;打開鐘罩，生成的熟石灰體積明顯增大。

實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)：（1）選用12寸加厚氣球，氣球過小或過大都達(dá)不到預(yù)期效果，太薄則容易破裂;（2）經(jīng)多次嘗試，取28克生石灰、9毫升水反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)易控制，效果最佳;（3）氣球中注入水后，大約3秒氣球就會(huì)脹大，所以快速扎緊氣球口是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，嘗試了多種材料，最終選用了小號(hào)尼龍?jiān)鷰В恍鑼⑵浞旁跉馇蚩谑站o即可，連扎兩道的效果極佳;（4）為確保實(shí)驗(yàn)安全，在氣球脹大的過程中應(yīng)立刻罩上鐘罩。

通過對(duì)“氧化鈣與水反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，建立了一種新的實(shí)驗(yàn)方法，更好地讓學(xué)生感受到氧化鈣與水反應(yīng)放熱的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在于利用氣體受熱膨脹的原理，關(guān)鍵在于選擇合適的反應(yīng)容器。本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造性地采用氣球作為氧化鈣與水反應(yīng)的容器，氣球在實(shí)驗(yàn)的過程中逐漸脹大并炸開，讓氧化鈣與水的現(xiàn)象變得更加明顯和震撼。用食品袋中的干燥劑作為實(shí)驗(yàn)原料，降低實(shí)驗(yàn)成本，使得實(shí)驗(yàn)更貼近學(xué)生生活，從而有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與熱情。

本文所舉的例子，只是初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化改進(jìn)的冰山一角。希望此“引玉之磚”能引起同行的共鳴，觸動(dòng)大家的思考，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、更體現(xiàn)綠色化、更具有探究性和創(chuàng)新性。參考文獻(xiàn)：

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