对中学化学实验教学与研究的几点认识和实践 (2)

1、对中学化学实验教学与研究的几点认识和实践 我们在进行化学实验教学与研究时，不可避免的会遇到下面的一些问题：1.？2.实验失败了怎么办？ 3. 该实验有没有不完美的地方？如何改进怎样做才能确保实验的成功？4.实验出现了意外现象怎癦办？5.对于困惑我们的一些问题是消极等待还是主动探究？6.对权威结论是深信不疑还是有所怀疑？若是怀疑，能否去实验验证？。以上几个问题既是我们教学中遇到的实际问题，也是实验研究的方向问题。近几年来，本人在以上几个实验问题上进行了一些实践、探索，得到了几点认识。现与大家一起交流、讨论，不妥之处敬请批评指正。一、细节决定成败在科学史上，有一些科学家由于重视细节而获得了一些发现

2、或发明，而有一些科学家由于未重视细节而与成功失之交臂。 相信大家都知道“李比希的教训”。德国著名化学家李比希在做海藻提取碘的实验时，发现在试管底部沉淀着一种棕红色液体，他没有对这种液体进行任何分析便贴上了ICl（氯化碘）的标签。四年后，即1826年法国药学家、化学教授巴拉在做了同样的实验发现它根本不是ICl而是单质Br2（溴），巴拉因此而获得了诺贝尔化学奖。李比希因为自己的不细心、想当然而错过Br2的发现，与诺贝尔化学奖失之交臂，遗憾终生。1785年，英国科学家卡文迪许通过实验发现，把不含水蒸气、二氧化碳的空气除去氧气和氮气后，仍有很少量的残余气体存在。这种现象在当时并没有引起化学家的重视。一

3、百多年后，英国物理学家雷利测定氮气的密度时，发现从空气里分离出来的氮气每升质量是1.2572克，而从含氮物质制得的氮气每升质量是1.2505克。经多次测定，两者质量相差仍然是几毫克。可贵的是雷利没有忽视这种微小的差异，他怀疑从空气分离出来的氮气里含有没被发现的较重用其它方法从空气里也得到了这样的气体。经过分析，判断该气体是一种新物质。由于这气体极不活泼，所以命名为氩 。同样，我们在做一些演示实验或学生实验时，有时成功有时失败，其原因往往在于一些细节。实践案例：1.乙烯的制备实验 2007年我在给高二做乙醇与浓硫酸制乙烯的实验时，第一个班就失败了。当时温度只能上升到140左右，没有制得乙烯，这令

4、我很困惑。因为这个实验以前我做过多次，而且很容易成功，所以课前没有预先做一下。明明很容易做的实验，为什么会失败呢？我突然想起了原因。因为2007年之前，高二用的是人教版，该实验是在夏季或秋季来做，气温比较高，用酒精灯加热时温度很快能上升至170，从而产生大量乙烯；而现在用的是苏教版，该实验是在冬季来做，气温比较低，用酒精灯加热时热量散失多，温度上升慢，主要得到的是乙醚而不是乙烯。问题找出来了，我用铁片做了一个灯罩，减少了热量散失，该实验就成功了。这是外界温度对化学反应影响的一个典型案例。2.铁上镀锌的实验苏教版化学实验教材有一个铁钉上镀锌的实验，我们按照教材的要求去做，结果铁钉上镀的锌呈灰色并

5、且很疏松，用手一擦就会脱落下来。我们调低电压和浓度，结果还是不理想。后来我们把铁钉换成铁片，电镀液浓度及电压等按教材要求不变，结果实验大获成功，制成光亮的银白色镀层，而且附着的非常牢固。用铁钉失败的原因在于，铁钉的表面积小，当大量的锌在铁钉表面析出时，锌来不及规则排列，从而使铁钉上镀的锌呈灰色并且很疏松。当改为铁片后，增大了表面积，析出的锌能够规则排列，从而使铁钉上镀的锌光亮且附着牢固。二、改进才会完美90年代以前流行一种说法：“罐头好吃，盖难开”。原来那时的罐头盖，都是用镀锡铁皮通过挤压封闭的，吃的时候要用螺丝刀、大剪刀等工具才能打开，否则眼看着罐头吃不上。后来，通过改进就成为现在这个样子了

6、。其实，改进用的是迁移法，即将罐头口处改为螺丝状、罐头盖改为塑料罗母状,，食用时逆时针旋转即可打开。同样，中学化学教材中的一些实验并不完美，会存在这样或那样的问题，这需要我们去完善去改进。改进实验应遵循以下原则：科学性原则简约性原则安全性原则明显性原则。实践案例：1.对钠在空气中燃烧实验的改进教材实验：取一块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，切一块黄豆粒大小的钠，放到石棉网上，然后用酒精灯对石棉网加热，观察现象。实验缺点：金属钠燃烧时产生大量白烟，污染环境；生成的过氧化钠留在石棉网上的很少，不易观察到过氧化钠的颜色。改进实验：取一块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，切一块黄豆粒大小的钠，放到铁片（或铜

7、片）上，然后用酒精灯对铁片加热，待钠开始燃烧时，立刻撤离酒精灯，观察现象。实验现象：金属钠从一点开始缓缓燃烧，不断向其它地方扩展，伴有少量白烟产生，燃烧完毕，铁片上留下淡黄色、菜花状固体。实验优点：污染少、现象明显。2.对钠与水反应实验的改进教材实验：切一块绿豆大的钠，用铝箔（事先用针刺一些小孔）包好，再用镊子夹住，放在试管口下，用排水法收集气体，如下图所示。等试管中气体收集满时，小心地取出试管，把试管口向下移近酒精灯火焰，检验钠与水反应生成的氢气。实验缺点：检验方法比较麻烦，需要用铝箔包好，还得用镊子夹住等等，而且要想观察钠与水反应的现象还得另做实验。改进实验：取一个150mL或125mL烧

8、杯，向其中加满水，然后倒出40-50mL水，把一块黄豆大的钠（经测量约为1g,标准状况产生氢气约为50mL）投入剩余烧杯水中，迅速用玻璃片（要比烧杯口大）盖在烧杯口上，观察现象。待钠完全反应后，将玻璃片向一侧平移（用左手捏牢），使烧杯露出2-3cm的空隙，然后迅速将已燃烧的火柴棒插入烧杯中，观察现象。最后向烧杯中滴入几滴酚酞，观察现象。实验现象：钠浮在水的上面，迅速熔化成银色的小球，四处游动，不断变小，最后消失。将已燃烧的火柴棒插入烧杯中，听到尖锐的爆鸣声。向烧杯中滴入几滴酚酞，观察到溶液变红。实验优点：（1）简单方便。改进后的方法，不仅简单而且将观察钠与水反应的现象以及检验反应后的生成物（氢

9、气和氢氧化钠）方便地结合在一起。（2）安全可靠。由于产生的氢气量较少、烧杯口又比较大且玻璃片已用手捏牢，故实验很安全。（3）现象明显。该实验现象很明显。三、定量才能准确科学史一再证明，一门学科要想成为科学，必须由定性走向定量。因为只有通过定量研究才能更深刻、更准确地揭示自然事物和自然现象内在的规律性。否则，一切科学理论的建立和理论研究的精确化就难以实现。马克思曾指出：“一种科学只有当它达到了能够运用数学时，才算真正发展了”。这正如我国数千年的传统中药，因其药效及有效成分没能达到定量研究的程度，因而其发展迟缓。当今世界各主要国家都在对中国的中药进行定量分析研究，某些中药已被它国制成精品并拥有专利

10、权向我国倾销，这充分体现了定量研究的重要意义。中学化学中对一些知识的描述或结论是定性的、没有定量化，这种模糊处理是不妥的，不仅不准确，甚至会带来科学性错误。实践案例：1。钠与硫酸铜溶液的反应当向50ml2%的硫酸铜溶液中，投入黄豆粒大小的金属钠，看到有蓝色(氢氧化铜)沉淀生成。当向50ml10%的硫酸铜溶液中，投入黄豆粒大小的金属钠，看到有蓝色（氢氧化铜）及黑色（氧化铜）沉淀生成。当向5ml饱和硫酸铜溶液中（最好放入蒸发皿中），投入黄豆粒大小的金属钠表面，看到有黑色（氧化铜）及红色（铜）固体生成。因此，认为“钠与硫酸铜溶液的反应，只能生成氢氧化铜”的观点是错误的。2.用氯化钙溶液区分碳酸钠溶液

11、与碳酸氢钠溶液当分别向2ml 0.1molmL碳酸钠溶液、2ml 0.1molmL碳酸氢钠溶液中，加入2滴（约0.1mL）0.1molmL氯化钙溶液时，二者都有白色沉淀。当分别向2ml 0.1molmL碳酸钠溶液、2ml 0.1molmL碳酸氢钠溶液中，加入2滴（约0.1mL）0.01molmL氯化钙溶液时，二者都有白色沉淀。当分别向2ml 0.1molmL碳酸钠溶液、2ml 0.1molmL碳酸氢钠溶液中，加入2滴（约0.1mL）0.001molmL氯化钙溶液时，前者有白色沉淀，后者无沉淀。因此，用用氯化钙溶液区分碳酸钠溶液与碳酸氢钠溶液时，要严格控制溶液的浓度和用量，否则是难以区分的。（已

12、知CaCO3 Ksp= 510-9 ， H2CO3 Ka1=4.310-7 Ka2=5.610-11）四、意外蕴含价值在科学史上，有许多发现或发明缘于意外，如石蕊的发现。300多年前，英国著名物理学家、化学家波义耳在向烧瓶中倾倒盐酸时，一不小心将酸液溅出了少许，而这酸液又恰巧滴到了紫罗兰的花瓣上，波义耳叹息之余立即将紫罗兰拿到水中去冲洗，发现 紫罗兰转眼间变成了“红罗兰”，这惊奇的发现立即触动了科学家那根敏锐的神经：“盐酸能使紫罗兰变红，其它的酸能不能使它变红呢？”当即，波义耳就和他的助手分别用不同的酸液试验起来。实验结果是酸的溶液都可使紫罗兰变成红色。酸能使紫罗兰变红，那么碱能否使它变色呢？

13、变成什么颜色呢？紫罗兰能变色，别的花能不能变色呢？由鲜花制取的浸出液，其变色效果是不是更好呢？经过波义耳一连串的思考与实验，很快证明了许多种植物花瓣的浸出液都有遇到酸碱变色性质，波义耳和助手们搜集并制取了多种植物、地衣、树皮的浸出液。实验表明，变色效果最明显的要数衣类植物-石蕊的浸出液，它遇酸变红色，遇碱变蓝色。 自那时起，石蕊试液就被作为酸碱指不剂正式确定下来了。我们在做实验时有时会出现一些意外现象，这些意外现象往往蕴含着巨大的科学价值或教育价值，所以我们非常有必要去进行探究或挖掘利用。实践案例：1.铜与稀硫酸的实验2003年，我给高一学生上硫酸的性质这节课时，给学生补做了铜与稀硫酸是否反应

14、的实验（说明：浙江省初中用的是科学教材，化学知识系统性不强），结果实验出现异常。将铜片放入稀硫酸后，居然有气泡产生，当时我感到很惊讶，略作思考后我明白了其中的原因。于是，我让第一排靠近讲台的两个同学观察铜片表面有气泡，这两个同学观察后说“有”，结果课堂一片混乱，质疑声不断，后排有一个同学居然讲脏话，我快速跑到该同学面前，让他仔细观察铜片表面有无气泡，他仔细观察后大声说“有”，此后短时间内课堂一片寂静。我又向稀硫酸中加入了一块铜片，让更多的同学观察到了铜片表面确实有气泡产生。此时学生满脑子困惑，急于找出答案。这时我让同学们对刚才的实验现象作出解释，结果同学们议论纷纷，有的说铜不纯含有活泼性金属杂

15、质；有的说铜表面被氧化，有一层氧化铜，话刚说完马上有同学反对，说氧化铜跟稀硫酸反应不可能冒气泡；还有的说铜表面产生了一层碱式碳酸铜。我让同学们先安静，再来观察刚才放入稀硫酸中的铜片还冒不冒气泡，学生发现已没有气泡，然后将铜片取出后用水洗干净、擦干，跟未用过的铜片比较，发现从酸中取出的铜片表面光亮、呈紫红色，未用过的铜片表面暗淡、有暗绿色斑，反应过的稀硫酸中加入足量氢氧化钠溶液，看到有蓝色沉淀。至此，原因找到了，是由于铜表面产生的一些碱式碳酸铜引起的。原来这些铜片是去年做该实验时剩余的，实验过后一直放在烧杯中，结果在空气中被腐蚀。实验异常现象虽然得到了圆满解释，但一些同学们的表现让我觉得有必要对

16、学生进行思想教育。于是，我对同学们讲：我们一定要有实事求是的科学态度，不惟书，不惟上，只惟真。要相信眼前的事实，不要主观臆断，实践是检验真理的唯一标准。要明白物质世界（包括化学反应）的复杂性，对实验出现的异常，不能视而不见，更不能随便解释，要弄清其中的原因。通过实验及教育，老师和同学们都感到收获多多。2.苯中加入溴水的实验今年5月20号，我给高一学生在课堂上做了“苯中加入溴水”的实验，当时实验结果正常。即苯中加入溴水后液体分层，苯在上方、浅黄色的溴水在下方；振荡后，下层液体变为无色，上层液体呈黄色，溴水没有褪色。做完该实验后，我没有立即将该混合液倒掉，而是用一个小橡皮塞将试管口塞牢后放到了试管

17、架上。待我上完课准备清洗试管时，却发现上层的黄色褪掉了，呈乳色不透明状。怎么会这样呢？我突然想起来了，当时做该实验时，因为阴天一直开着日光灯。会不会苯与溴单质的混合液褪色与光照有关？带着这个疑问，我进行了实验探究。 【实验1】取2支试管，向其中一支加入约2ml浅黄色的溴水和约3ml苯，向另一支加入约2ml浅黄色的溴水和约3ml四氯化碳，同时振荡2支试管，待液体分层后，分别用塞子塞好试管口，放到日光灯下照射。观察实验现象，并记录光照时间。 实验现象：当光照约40分钟后，第一支试管中苯与溴的混合液黄色全部褪去，呈乳色不透明状。第二支试管中苯与溴的混合液黄色基本未变。 实验结论：苯与溴单质在光照条件

18、下发生了反应（应为取代反应）。 【实验2】取2支试管，分别向其中加入约2ml浅黄色的溴水和约3ml苯，同时振荡2支试管，待液体分层后，分别用塞子塞好试管口，同时放到暗处。一支过1小时后取出，观察实验现象。另一支过24小时后取出，观察实验现象。 实验现象：两支试管中苯与溴的混合液黄色都基本未变。 实验结论：苯与溴单质在没有光照条件下不易发生反应。实验新发现：苯与溴单质在光照条件下也可以发生反应（应为取代反应），而不是过去认为的“苯与溴单质只有在铁等作催化剂条件下才能反应”。五、失败同样精彩有人说：“错误是美丽的”，也有人说：“失败乃成功之母”， 当代科学家、哲学家波普尔曾说过：“错误中往往孕育着

19、比正确更丰富的发现和创造因素”。在人类的科学史中也有一些失败，但在这些失败中科学家却有着重大的意外收获，这些意外收获，为科学史添加了一份绚丽的传奇色彩，开出了科学史上一朵朵璀璨的意外之花。在我们的科学实验中也会有失败，也会有错误。面对这失败和错误，我们该用怎样的态度来对待呢？我觉得”错误是宝贵的教学资源”，可以利用好它并为我们的教学服务，让错误、失败成为教学中的精彩一笔。实践案例：1.我在市公开课上做1-溴丙烷碱性水解后溴离子的检验实验时，以为硝酸已经过量就加入了硝酸银，结果得到了褐色沉淀（氧化银），导致溴离子的检验失败。这时我并没有感到难堪，而是感到这是一笔宝贵的教学资源，应充分加以利用。我

20、让同学们分析讨论，为什么没有得到预期的现象。同学们积极性都很高，把原因给找出来了。然后，重新做了该实验，实验获得了成功，同学们脸上洋溢着幸福和满足。通过这次经历，同学们对溴离子检验时，一定要加入足量稀硝酸这一步骤留下了深刻印象，达到了意想不到的效果。感想：类似于失败的实验、让教师难堪的问题、令教师不知所措的突发事件等,其实也是非常重要的教学资源,而往往这些教学资源是非预设性的,是可遇而不可求的。所以这样的教学资源弥足珍贵,更值得教师去深入挖掘与好好利用。2.学生在做海带中是否含碘的实验时，有两组同学没有检验出碘，实验失败了。我没有批评他们，而是让他们自己去找原因，然后去重新做实验。他们终于把原

21、因找出来了，原来是氧化剂加多了导致的。通过这次失败，他们认识到实验的成功不是“随意的”，而是严谨准确的，同时他们还获得了新知：过量的双氧水能将碘单质氧化成碘酸根离子。感想：当学生面对失败的实验时，表现出来的兴趣比任何时候都大，他们充满着强烈的求知欲望，这是难得的教学机会，这时教师要及时引导学生寻找原因，重新开始试验，从中有所领悟，有所发现，从而培养学生不断探究的科学精神。 六、质疑发现错误对于一些书籍甚至教材中的某些结论不一定都正确，因为有些结论不是通过实验而是通过逻辑推理或主观臆断得来的。所以，我们不要相信权威，要相信实验事实。实验是最高法庭。在这方面温家宝总理已为我们做出了榜样。温总理到北

22、京35中学听课指出了教材中的问题教材对我国地区的划分不清楚，甚至有错误，缺乏自然的或行政的依据，该书居然把陕西、甘肃划入华北地区。温总理偶然听一次课都能提出“质疑”，可我们的许多学校、许多教师却没有“发现”这个错误，原因何在？原因就是我们的许多老师缺少质疑精神。实践案例：1.浓硝酸受热易分解吗？中学化学教材是这样描述浓硝酸的热稳定性的：“浓硝酸对热比较稳定、受热不易分解”。果真如此吗？请看以下实验及结果。实验1.对约69%浓硝酸加热实验步骤：取3ml约69%浓硝酸放入试管中，然后放到酒精灯上加热，直到将浓硝酸蒸发完毕。观察现象。实验现象：浓硝酸不断沸腾，在试管口附近产生大量“白烟”，无红棕色气

23、体产生。实验结论：69%浓硝酸受热不易分解，对热比较稳定。实验2。对98%以上的浓硝酸（发烟硝酸）加热实验步骤：取15ml约69%浓硝酸放入曲颈甑中，向其中加入50ml98%的浓硫酸，混合均匀后放到酒精灯上加热蒸馏，收集蒸馏得到的发烟硝酸。取3ml发烟硝酸放入试管中，然后放到酒精灯上加热。观察现象。实验现象：收集蒸馏得到的发烟硝酸呈浅黄色。加热该发烟硝酸至沸腾，开始试管上方有少量黄色气体产生，后在管口附近有大量“白烟”产生。实验结论：发烟硝酸对热比较稳定，受热只有很少量硝酸分解。2.钠分别与乙醇、苯酚反应到底那个反应更快？当学习完乙醇和苯酚的性质后，就知道苯酚有酸性而乙醇没有，进而推知苯酚中的

24、羟基比乙醇中的活泼。据此，苏教版化学教材设计了钠分别与乙醇、苯酚反应实验，以此证明苯酚中的羟基比乙醇中的活泼。实验大意是：取大约体积相同的乙醇和苯酚，分别放入两只试管中，然后放入同一水浴中加热至苯酚熔化，同时加入形状、大小相同的钠。观察反应快慢。实验的预期现象是钠在苯酚中反应更快，但实验的结果却相反。为什么会这样呢？后来研究发现，液体苯酚的粘度比乙醇的大，钠在其中不能游动，钠表面的氢气不能及时逸出，形成气泡，阻碍了钠与苯酚的接触；另外，反应生成的苯酚钠不溶于苯酚，覆盖在钠的表面，使钠与苯酚接触不好（类似钠钙与水的反应比较）。通过该事例，我们明白了一个道理，即影响化学反应的因素很多，不能单纯根据

25、某一因素来下结论。七、探究获取真知我们今天学习的大量化学知识从何而来？是前人通过探究、观察、思考、总结而来。而对于大量的未知化学知识怎么办？是消极等待还是主动探究？我想，我们应当主动探究，去获取原创性的知识。要在原创性的知识产权名录中，有更多中国人的名字。对于困惑我们的一些问题，更要积极去探究。实践案例：1.向浓硝酸中通入二氧化氮中学化学教材讲，纯净的浓硝酸是易挥发的无色液体，但通常状况下由于溶解少量二氧化氮而呈浅黄色。如果溶解大量二氧化氮会是什么色？教材没有说明。为此，我们进行了实验探究。实验步骤：取3ml浓硝酸放入试管中，向其中通入二氧化氮气体，观察现象。将试管加热至沸腾，观察现象。实验现

26、象：浓硝酸先变黄色后变绿色。将试管加热至沸腾，溶液由绿色先变黄色后变无色,试管上方有大量红棕色气体生成。实验结论：浓硝酸溶解少量二氧化氮变黄色，溶解大量二氧化氮变绿色。2. 蔗糖与浓硫酸的面包实验中加入几滴水的作用探究实验1：取两只烧杯，分别向其中加入20g蔗糖和15ml98%浓硫酸，一只加3-5滴水，另一个不加。用玻璃棒同时搅拌。观察现象。实验现象：加水的蔗糖很快变黑，稍后体积不断膨胀，形成黑色的“面包”。不加水的慢慢变黑，经较长时间也不膨胀，不能形成黑色的“面包”。实验2：取一只烧杯，向其中加入20g蔗糖和15ml浓硫酸，用酒精灯对烧杯微微加热。观察现象。实验现象：蔗糖很快变黑，体积急剧膨胀，形成黑色的“面包”。 实