羅美園
【摘要】本文從文獻(xiàn)研究入手,基于中國知網(wǎng)1997-2018年的6篇與濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)研究相關(guān)的文獻(xiàn),按時(shí)間順序,對其研究概況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)效果兩個(gè)角度對課本濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜述,著重分析實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的注意事項(xiàng),最后結(jié)合文獻(xiàn)綜述對濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)提出建議。
【關(guān)鍵詞】中學(xué)化學(xué);濃硫酸與木炭反應(yīng);實(shí)驗(yàn)改進(jìn);研究述評
一、問題的提出
隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的全面實(shí)施,實(shí)驗(yàn)教學(xué)日益重要,人教版教科書中編入了大量的演示實(shí)驗(yàn),這些實(shí)驗(yàn)既激發(fā)了學(xué)生的求知欲,又調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性。然而,有些實(shí)驗(yàn)的演示現(xiàn)象和環(huán)保教育等方面仍有完善的空間。如濃硫酸與木炭反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),對濃硫酸的強(qiáng)氧化性、脫水性、吸水性、酸性等知識,在現(xiàn)行教材用很少的篇幅來講解,相關(guān)的實(shí)驗(yàn)亦少,這給學(xué)生理解濃硫酸的性質(zhì)增加了難度。為此,我們對濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置作了一定的改進(jìn),并將實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行必要的延伸和拓展,取得了較好的教學(xué)效果,對化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的有效教學(xué)具有一定的參考價(jià)值。
二、濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)的研究概況
1.課本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究趨勢統(tǒng)計(jì)
本文從文獻(xiàn)研究入手,以“實(shí)驗(yàn)改進(jìn)”“濃硫酸與木炭反應(yīng)”作為關(guān)鍵詞進(jìn)行組合,檢索1994-2018年以來中國期刊網(wǎng)上相關(guān)的期刊文獻(xiàn)、碩博士論文以及學(xué)術(shù)會議記錄,重點(diǎn)關(guān)注“實(shí)驗(yàn)改進(jìn)”在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)研究概況。截止2018年8月,共得6篇文獻(xiàn),其中包括期刊文獻(xiàn)6篇,碩士論文0篇,會議記錄0篇、博士論文0篇。以下是按年份對論文數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出:在1994年至2018年24年間,有關(guān)濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究文獻(xiàn)數(shù)量總體趨勢平穩(wěn),說明了隨著課堂轉(zhuǎn)型與核心素養(yǎng)的培養(yǎng),更多教學(xué)工作者意識到可以引導(dǎo)學(xué)生通過對化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理的深入理解,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)從而提高學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)驗(yàn)的能力在教學(xué)中的重要意義,也對綠色化學(xué)給予更多的關(guān)注。通過統(tǒng)計(jì)分析,1994年以來,對于濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的研究論文數(shù)量極少,以研究簡單的尾氣處理改進(jìn)為主;2002年后,化學(xué)教學(xué)工作者對實(shí)驗(yàn)改進(jìn)側(cè)重于探究原理,并以原理為基點(diǎn),側(cè)重現(xiàn)象明顯,省時(shí)高效、過程無污染,整套裝置可重復(fù)使用。此外,濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)研究文獻(xiàn)多發(fā)表于《中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考》《實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器》等專門學(xué)科期刊上;2013年首次出現(xiàn)綠色化學(xué)概念的實(shí)驗(yàn)改進(jìn),這是一個(gè)新的突破。
2.濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的研究內(nèi)容分布
在研讀以上文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,總結(jié)歸納有關(guān)濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的研究文獻(xiàn)內(nèi)容,統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),在1994-2018年8月的6篇文獻(xiàn)中,主要涉及了三個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)改進(jìn),分別是:一、實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn);二、實(shí)驗(yàn)藥品濃度的改進(jìn);三、反應(yīng)條件的改進(jìn)。通過統(tǒng)計(jì)我們可以看出,濃硫酸與木炭反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究相關(guān)文獻(xiàn)中,實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)是最多教學(xué)工作者關(guān)注的一部分,有4篇文獻(xiàn),約占總數(shù)的67%;其次是實(shí)驗(yàn)藥品濃度的改進(jìn)和反應(yīng)條件的改進(jìn),各有1篇文獻(xiàn),約占總數(shù)的33%。關(guān)于濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)對藥品和反應(yīng)條件的改進(jìn),極少人關(guān)注,僅找到2篇文獻(xiàn)。分析其原因是由于教材中濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理較簡單,實(shí)驗(yàn)藥品濃度易配制且實(shí)驗(yàn)條件要求低,課程課標(biāo)等的相關(guān)要求不高,導(dǎo)致教師對于這兩方面的教學(xué)研究有所忽略。
3.濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)詳細(xì)分析
根據(jù)對文獻(xiàn)資料研究并將其進(jìn)行分類,統(tǒng)計(jì)其涉及到的分析類型,統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,關(guān)于儀器改進(jìn)研究是最多研究者關(guān)注的,總共有4篇文獻(xiàn)涉及到,4篇文獻(xiàn)全部涉及發(fā)生裝置和尾氣處理裝置的改進(jìn)。此外,氣體產(chǎn)物的收集也較受關(guān)注,總共出現(xiàn)了4篇文獻(xiàn)涉及到,其中1篇為教學(xué)反思論文。關(guān)于藥品改進(jìn)和反應(yīng)條件改進(jìn)的教學(xué)研究文獻(xiàn),則比較少,各出現(xiàn)了1篇??梢?,目前關(guān)于實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的研究集中在發(fā)生裝置和尾氣處理裝置,對于藥品濃度、反應(yīng)條件分析則沒有進(jìn)行更深入的探討。
三、濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的綜述
前文提及到在所查閱到的文獻(xiàn)中,關(guān)于藥品濃度、反應(yīng)條件分析研究的文獻(xiàn)較少,大部分的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)更著重于儀器改進(jìn)研究。本文選取濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)兩個(gè)重點(diǎn),分別是實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)、反應(yīng)條件的改進(jìn),經(jīng)進(jìn)一步進(jìn)行文獻(xiàn)綜述,以時(shí)間為順序,對兩個(gè)問題的改進(jìn)方法進(jìn)行內(nèi)容分析,并在此基礎(chǔ)上簡述實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的原則,以解決未來進(jìn)行課本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)過程中的幾個(gè)難點(diǎn)。
關(guān)于濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn),高中化學(xué)教材中必修一設(shè)置了該實(shí)驗(yàn),對該實(shí)驗(yàn)步驟有較簡單的介紹,課標(biāo)也僅對學(xué)生做了解要求,因此教師對于這方面的教學(xué)往往是點(diǎn)到即止。在搜索到的篇文獻(xiàn)中,有18篇文獻(xiàn)是專門探討儀器改進(jìn),主要包括發(fā)生裝置、性質(zhì)檢驗(yàn)裝置、氣體收集尾氣處理。通過對文獻(xiàn)資料的研究和多次實(shí)驗(yàn),筆者創(chuàng)造性地利用培養(yǎng)皿完成濃硫酸與木炭反應(yīng)的微型實(shí)驗(yàn)。
《碳與濃硫酸反應(yīng)》改進(jìn)實(shí)驗(yàn)
1.改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)對象
必修I課本第102頁第二段中加熱盛有濃硫酸和木炭的試管,碳就被氧化成二氧化碳,而硫酸被還原為二氧化硫。C+2H2SO4=CO2↑+2SO2↑+2H2O
2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的原因
(1)課本中只用一句話來描述濃硫酸和木炭的反應(yīng)大致過程,無詳細(xì)的圖示實(shí)驗(yàn)過程,存在實(shí)驗(yàn)空白。
(2)濃硫酸具有強(qiáng)氧化性和強(qiáng)酸性,是危險(xiǎn)藥品。在加熱時(shí)若受熱不均勻或者其它操作不當(dāng),容易發(fā)生濃硫酸外濺,發(fā)生危險(xiǎn)事故,存在安全隱患。
(3)反應(yīng)產(chǎn)物之一是二氧化硫,該氣體是無色,有刺激性氣味的有毒物質(zhì)。
(4)該實(shí)驗(yàn)需要加熱條件,反應(yīng)物濃硫酸是具強(qiáng)腐蝕性的危險(xiǎn)藥品,且產(chǎn)物二氧化硫污染空氣。
3.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的目的
將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)得更為安全,簡單易操作,現(xiàn)象明顯,便于教師在課堂中演示實(shí)驗(yàn)。
4.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的原理
(1)該實(shí)驗(yàn)需要加熱條件。使反應(yīng)體系的溫度升高,加熱濃硫酸或加熱木炭都可以達(dá)到目的。選擇加熱木炭更安全。
(2)該實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物之一有毒氣體SO2具有還原性,使用具有強(qiáng)氧化性的酸性高錳酸鉀溶液證明SO2 的存在并除去。
5.實(shí)驗(yàn)器材
培養(yǎng)皿1個(gè)、小燒杯1個(gè)、大燒杯1個(gè)、酒精燈1個(gè)、坩堝鉗1個(gè)。
6.實(shí)驗(yàn)藥品:濃硫酸、酸性高錳酸鉀溶液、木炭。
7.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)培養(yǎng)皿中加入適量的酸性高錳酸鉀溶液。將盛裝有濃硫酸的小燒杯放入培養(yǎng)皿中。
(2)酒精燈加熱木炭至紅熱后放入小燒杯中,迅速將大燒杯倒扣在培養(yǎng)皿中。反應(yīng)過程中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
8.實(shí)驗(yàn)過程圖示
9.該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)前后對比
四、思考與啟示
對所得到的文獻(xiàn)進(jìn)行研讀統(tǒng)計(jì)后,我們對濃硫酸與木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中的兩個(gè)改進(jìn)內(nèi)容進(jìn)行綜述,并提出了以下的思考,以供參考。高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)需符合以下基本原則:力求簡明、直觀,排除危險(xiǎn),確保安全,多使用生活素材,需引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的基本立足點(diǎn)應(yīng)是“綠色化學(xué)”,即利用化學(xué)學(xué)科的優(yōu)勢,倡導(dǎo)發(fā)展微型實(shí)驗(yàn),增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識。
五、未來化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方向的展望
中學(xué)化學(xué)課程中,實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中占有較大模塊。同時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)芗皶r(shí)給學(xué)生提供必要的化學(xué)事實(shí),使學(xué)生獲得正確、系統(tǒng)的知識和實(shí)驗(yàn)技能。準(zhǔn)確熟練駕馭實(shí)驗(yàn)的綜合教學(xué)能力,是中學(xué)化學(xué)教師的必備能力。改進(jìn)某些有一定缺陷的實(shí)驗(yàn),朝著節(jié)能少耗,高效無污染方向發(fā)展,使相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)更完善,同時(shí)讓化學(xué)學(xué)科觀念和思想在學(xué)生的觀察、思考、分析、總結(jié)歸納中潛移默化地構(gòu)建,這才是教師費(fèi)心改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的初衷。
參考文獻(xiàn):
[1]李自修.借助儀器裝置培養(yǎng)創(chuàng)造思維能力[J].化學(xué)教學(xué),1997(3).
[2]李繼文.談?wù)勗O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的嚴(yán)密性——與《濃硫酸和木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)》商榷[J].化學(xué)教學(xué),2002(12).
[3]劉寶國.濃硫酸和木炭反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué),2002(6).
[4]萬平.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].中國石化出版社,2009.
責(zé)任編輯? 鐘春雪