高中化学探究性实验研究

高中化学探究性实验研究

一、探究实验的概念及其指导思想

探究性实验是指探索研究对象的未知性质，了解它具有怎样的组成，有哪些属

性和变化特征，以及与其他对象或现象的联系等的一种实验。其特征是实验在前结

论在后，一般在中学阶段是由教师给出实验课题，提供实验器材，提出实验要求，

让学生自己根据实验的目的，利用已知的、外加的因素去干扰或扰动研究对象，看

它会发生什么样的变化，出现什么样的现象，产生怎样的结果，从而发现“新”的

化学现象，总结出他们原来并不知道其规律性认识的实验。

探究实验，就是创设一个良好的问题情境，引起学生认知结构上不平衡，造成

学生心理上的悬念，从而唤起学生的求知愿望，激发起学生的学习兴趣。而要达到

这种目的，就要求探究实验设计首先要足够“新颖”。正是这种“新颖”的刺激，才

会激发学生对探索的兴趣，才能引起学生探索的欲望，才使得它与主体原有的“定

势”相矛盾、相对立，才能产生认识上的不协调和冲突。例如，在讲高一化学《。2

的性质》一节时，可以设计“新制氯水中各成分的检验”的实验，要求学生自己设

计方案、步骤，观察现象，得出结论。又如在讲到NH3极易溶于水时，要求学生利

用所学化学知识，结合物理知识（虹吸）设计一个“永久喷泉”的实验。这比教材

上的实验新颖得多。

简言之，探究实验的设计指导思想应该是新颖、适度。

二、高中化学探究性实验的设计

1、探究物质性质

实验一：由氯气溶于水形成氯水，探究氯水的成分和性质，推测可能的化学反应。

①观察氯水的颜色，小心闻其气味。

推测1：氯水中含有C12分子。

实验：将氯水滴入KI-淀粉溶液中，出现特殊的蓝色。（教师提示：有12析出）

②用PH试纸或蓝色石蕊试纸测氯水的酸碱性。

推测2：氯水呈酸性可能有盐酸生成。

实验：在氯水中滴加AgN03溶液，析出白色沉淀。再滴入数滴稀HNO3,白色沉淀

不溶解。

③发现蓝色石蕊试纸在氯水中先变红后变白。

推测3：氯水可能有漂白作用，氯水具有氧化性。

实验：a.将红色布条投入干燥的氯气中，无明显变化；氯水滴在红色布条上，布条

褪色。

b.将氯水慢慢滴入少量含酚献的NaOH溶液中至pH。，溶液褪色；上述溶液中反滴

NaOH至过量，溶液不变红。说明氯水的漂白是氧化作用。按氯水的组成和已有HC1

生成的事实推测，有可能生成了具有氧化性的HQO。

④日光照射盛满氯水的倒置的圆底烧瓶，有气体生成。

推测4：HC1O在光照条件下分解，放出难溶于水的。2。

实验：取漂白粉［Ca(C10)2］或其它次氯酸盐适量，加稀盐酸，生成HC1O溶液。继而

做光照实验，与氯水比较。氯水加入NaOH溶液，做漂白性试验。

结论:氯水中含Cl2分子,具有氧化性;氯气溶于水发生化学反应，生成HC1和HCIOo

实验二：探究铝与弱碱的反应情况及产物。

铝能和NaOH等强碱反应生成比和A1O2,那么铝与弱碱的反应情况及产物又

如何呢？

操作1：铝与浓氨水的反应

①纯净的铝片与浓氨水发生反应，刚开始有较多气泡产生，用排水法收集气体，经

检验为H2O

②取少量澄清溶液，逐滴加入Imol/LNaOH,无现象。

③另取少量澄清溶液，逐滴加1：5的硫酸，溶液由无色逐渐转为白色絮状沉淀，继

续滴加沉淀消失，溶液变澄清。

④取③中澄清液逐滴加2%氨水，又会出现白色絮状物，最终白色絮状物不会消失。

操作2：铝与2%稀氨水的反应：

实验步骤与“操作1”相同，发现每一步操作的实验现象也与“操作1”的现象

相同。

结论：常温下时，铝能与浓氨水、稀氨水反应，产物都是AIO2一和H2,另外，也说

明A1(OH)3与NH3•H2O不反应。

2、探究实验条件

由于实验条件的不同，往往得到不同的现象或不同的产物。

实验三：相同浓度的三氯化铁与硫化钠溶液的互滴反应。

操作a：将硫化钠滴入过量三氯化铁溶液中，局部产生黑色沉淀；震荡后黑色沉淀

消失，但仍有淡黄色浑浊现象；有红褐色絮状沉淀，闻到轻微的臭鸡蛋气味。

操作b：将三氯化铁滴入过量硫化钠中，产生黑色沉淀；振荡后，黑色沉淀不消失,

同时可以闻到轻微的臭鸡蛋气味。

实验分析：Na2s溶液与FeCb溶液的互滴反应，互滴的顺序不同，产生的现象和产

物也不同。操作a混合前氯化铁水解呈酸性，硫化钠水解呈碱性，硫化钠滴入三氯

化铁溶液中时，局部主要反应为2FeCb+3Na2s=2FeSI+SI+6NaCL振荡后的反应

为FeS+2HCl=H2st+FeCl3,同时还发生3Na2S+2FeCl3+6H2O=2Fe(OH)31+3H2st

+6NaCl；操作b将三氯化铁滴入硫化钠溶液中时•，局部发生的主要反应为：

2FeCb+3Na2s=2FeSI+SI+6NaCl,由于硫化钠溶液具有碱性，所以振荡后生成的

硫化钠不会溶解；在反应时还有下列反应，3Na2S+2FeC13+6H2O=2Fe(OH)3I+3H2s

t+6NaClo从上述反应方程式可以看出，应该有淡黄色的硫和红褐色的氢氧化铁絮

状沉淀，为什么看不到呢，主要是黑色硫化亚铁遮盖了它们。

3、探究实验装置

新编高中化学教科书中虽然已对大量的实验做了改进，但有些实验仍存在装置

复杂、实验费时费药，实验现象不够明显和实验不够环保等问题。因此，我们对某

些实验做了进一步的改进。如铜和浓硫酸的反应，虽然新教材对原实验装置做了一

些改进，但实验过程中有大量的二氧化硫气体放出，污染室内空气，严重地损害师

生健康.为此我们做了如下改进，改进的实验操作简单现象明显，并且几乎无二氧

化硫气体泄漏。

实验四：铜和浓硫酸反应。

装置见图I铜与硫酸的反应：1、铁架台2、铁夹3、酒精灯4、浓硫酸溶液

5、细铜丝6、具支试管7、胶塞8、粗钢丝9、带一段铁丝的胶塞10、品红试纸11、

玻璃管12、塑料袋。带支管的试管一只（2X18厘米），一

段长约10厘米、内径2厘米玻璃管，一个不漏气的塑料袋,

铁架台，酒精灯，一段长20厘米的粗铜丝（或铁丝）一个

3号胶塞，一个4号胶塞，一段长4厘米的铁丝.浓硫酸，

细铜丝一束（约5厘米长），品红试纸一片（L5X1厘米）。

首先按装置图安装仪器，安装仪器时，在支管胶塞的铁

PH钢与餐酸的反应丝构上挂一片品红试纸。向试管中加入约10毫升的浓硫酸,

加热，（在加热浓硫酸时，把粗铜丝向上提，细铜丝先不要伸入浓硫酸中），当加

热至沸腾时，把粗铜丝向下按，使细铜丝完全浸入浓硫酸中，反应即刻发生。

当细铜丝接触浓硫酸时，有大量的白雾状气体放出（白雾状气体是由于二氧化

硫气体与水结合形成亚硫酸小液滴缘故）并沿支管口喷在品红试纸上，使品红试纸

的红色开始褪色，而且原来无色硫酸溶液开始变绿（变绿的原因是因为浓硫酸中含

水少，如果把此溶液稀释后变蓝），当品红试纸完全褪成白色后，把粗铜丝向上提

使细铜丝离开浓硫酸溶液，反应马上停止。

我们对乙酸乙酯的实验装置也作了改进，并用普通酒精和37%醋酸代替无水乙

醇和冰醋酸，实验效果良好，药品价廉易得，操作简便安全。

实验五：制取乙酸乙酯的实验的改进。

实验装置如图n所示，1.石棉瓦2.酒精+浓硫酸+37%醋酸3.滴有酚醐的饱和

碳酸钠溶液。

在25mL刻度试管里加入1滴酚献试液和15mL饱和

碳酸钠溶液，将其固定在铁架台上，把球形干燥管插在

刻度试管管口上，在硬质试管里先加入2mL酒精，然后

一边摇动一边缓慢地加入2矶浓硫酸、5mL37%醋酸和2

粒小沸石，按图装置好。用酒精灯加热试管底部的石棉

图II刚备乙幡乙版的装*

网，L5min后，可见到刻度试管中有无色透明的油珠上

浮到饱和碳酸钠溶液面上，约5niin后，当饱和碳酸钠溶液由玻璃管逆流上升时，证

明乙酸乙酯已基本蒸镭完毕，即拔去干燥管上单孔塞，停止加热，拿走干燥管，刻

度试管中呈现两层颜色不同的液体，即上层是无色透明具有果香味的油状液体乙酸

乙酯，其体积为2.3mL,下层是玫瑰红色的水溶液。

4、探究实验方法

如乙烯制取实验改进，针对乙烯制取实验中存在产生乙烯的温度较难控制；制

取过程中存在副反应，使得到的乙烯纯度不高；实验较费时，效果也不够理想等问

题，我们做了一些有关反应机理的探究，从反应机理分析可知：浓硫酸的催化作用

主要表现在提供质子（H，）,而质子的提供物有很多，具有较强酸性的物质基本上

都可担当此任，如五氧化二磷甚至比浓硫酸的脱水性还要强。因此我们根据以上研

究思路进行了替代物的寻找工作。通过许多次实验探索，发现用五氧化二磷代替浓

硫酸具有意想不到的效果。

实验六：乙烯制取实验

在一圆底烧瓶内放入3—5g五氧化二磷，分液漏斗中盛约15mL无水乙醇。开始

进行实验时滴入无水乙醇6一8疝，同时用酒精灯加热至80—90C之间，这时可发现

有较多乙烯生成，经实验检验其乙烯纯度很高。如果温度超过90c时，反应会十分

剧烈，此时可移去酒精灯，并滴加乙醇，使温度迅速降至80—90C。

此实验设计经反复检验具有稳定性和可靠性。由于该改进实验反应温度较低

（80℃左右），所以不会出现炭化现象，副反应少，自始至终产生的乙烯很纯，且

乙烯气量大，试管内的水溶液不会出现倒流现象；在做乙烯的性质实验时现象明显,

点火时，火焰长且明亮，且无熄灭现象。

5、探究微型实验

微型实验是近20年发展较快的一种新的化学实验，微型实验节约药品，节省时

间，操作安全，污染少，学生可以自己动手自制仪器，自行实验，积极参与，激发

兴趣，培养创新精神。

实验七：氯气的性质实验。

取6孔井穴板按右图HI所示向第一孔穴中加入高

M»OKEfaw

镒酸钾固体（垫上锡箔防氧化）、5ml针筒中吸入浓

盐酸用来制取氯气，第二孔穴中放入鲜花、第三孔穴

图川偶气的性质实验

中加入浓硫酸溶液用于干燥气体、第四孔穴中放入干花、第五孔穴中加入较稀的浪

化钠溶液、第六孔穴中加入较稀的碘化钾溶液、最后接尾气吸收装置，然后将各孔

穴连接好。实验时将5ml小针筒中的浓盐酸压入井穴中，观察鲜花、干花的颜色变

化和淡化钠溶液、碘化钾溶液的颜色变化。

实验八：实验室制取硫化氢气体及其性质。

同理，如图IV所示实验室制取硫化氢气体及其性质的实验，也会造成硫化氢气

体外逸会危及师生的健康。因此，我用如右图所示的

微型实验装置来做实验，由于试剂用量少，因而污染

少，而现象却很明显。

我们还可以利用微型实验开辟第二课堂，在现有

条件下，利用周边的物品，自行设计一些装置。例如，

图IV破化氢性质实验

学习碘的性质时，让学生做肉肠、馒头、米饭中淀粉

的检测。用带一胶盖的小瓶，内放入半个大米粒大小的碘粒，利用碘升华的物理性

质及碘遇淀粉变蓝的特性，使学生感受到生活中存在的化学，对化学产生浓厚的兴

趣。

6、探究生活中的实验

化学实验要贴近生活、贴近社会，探究生活、社会中的化学问题，解释、解

决日常生活中的实际问题，拓宽化学实验的功能，培养学生创新能力。

实验九：摄影中的化学变化。摄影术中利用了许多化学反应，如卤化银的光分解：

AgNO:)(aq)+NaCl(aq)==AgCl(s)I+NaNO:i(aq)

2AgCl(s)==2Ag(s)+Cb(g)

实验步骤及现象：制作一张照片：在一支大试管中，将10mL10%的AgNCh溶液

和10mL饱和食盐水混合，制成白色的氯化银沉淀。在生成沉淀处，立即在试管外壁

裹上一张摄影底片。放在充足的阳光下晒二小时。取下底片，可以看到底片在试管

壁上留下黑白相间的影像，因为光使底片透光部分下的氯化银分解产生了黑色的银,

而底片不透光部分下的氯化银仍为白色。

三、高中化学探究性实验的内容设计(详见表1、表2、表3、表4)

1.基本概念、基本理论（见表1）

表1基本概念、基本理论

实验内容探究活动实验目的

比较电解质溶液的导电能力探究相同条件下盐酸、乙酸、了解不同电解质的水溶液的导电能

氢氧化钠、氯化钠溶液和氨水力。

的导电性。

硫酸铜与氯化钠、硫酸钢等探究实验变化及其产物了解电解质溶液相互发生反应时的

溶液的离子反应离子反应。

铝与盐酸，氢氧化钢晶体与探究反应中的能量变化了解化学反应中有能量的变化

氯化镀晶体反应

金属及其化合物的焰色反应探究实验现象了解不同金属或它们的化合物在灼

烧时，都会使火焰呈现特殊的颜色。

配置500ml0.4mol/LNaCl溶探究实验方法和步骤学习配置一定溶质物质的量浓度的

液方法

酸碱中和滴定探究实验方法和现象掌握中和滴定方法、步骤以及用已

知的酸（碱）测定未知的碱（酸）

碘升华实验探究实验现象了解升华的本质及碘的重要物理性

质

碘与淀粉反应实验探究实验现象了解显色反应及碘的重要物理性质

乙烯与液溪的加成反应探究实验原理和现象了解加成反应的概念和反应机理

酯化反应探究实验条件、装置、反应原掌握酯化反应的实质和反应条件

理和实验现象

水解反应探究实验条件和实验现象了解酯类水解的条件

2.元素、化合物（见表2）

表2元素、化合物

实验名称探究活动实验目的

钠的物理和化学性质实验探究金属钠与水、空气反应，掌握金属钠的物理性质和化学性

极其产物质。

过氧化钠与水的反应探究实验现象了解过氧化钠与水反应的产物及能

量变化。

碳酸钠、碳酸氢钠粉末与过探究实验现象比较碳酸钠、碳酸氢钠和过量盐酸

量稀盐酸的反应反应的速度大小及反应放出的二氧

化碳气体的多少。

碳酸氢钠的热分解探究实验现象比较碳酸钠和碳酸氢钠热稳定性大

小。

钾的物理化学性质实验探究金属钾与水、空气反应极掌握金属钾的性质。

其产物。

氯气与金属铜的反应探究实验现象及产物掌握氯气与金属铜的反应

氢气在氯气中燃烧探究实验现象了解氢气与氯气反应的现象和条件

氢气与氯气的混合爆炸实验探究实验现象了解氢气和氯气的光化学反应

氯水的漂白性实验探究干燥和湿润的氯气的漂掌握干燥的氯气和氯水是否均有漂

白作用的比较白作用

氯气的实验室制法探究氯气的实验室制备、收集掌握实验室制备氯气的方法，及氯

和尾气处理方法气的性质

cr的检验探究实验现象了解C「的检验方法

卤素单质的物理性质探究卤素单质的物理性质了解卤素单质的物理性质及其保存

方法

氯、漠、碘之间的置换反应探究实验现象掌握卤素单质的氧化性强弱

cr、Br\「的检验探究实验现象掌握卤素离子的检验方法

金属镁与水的反应探究实验方法和现象了解镁与水反应的条件及现象

镁和铝金属性的比较探究实验现象镁和铝的金属性强弱

氢氧化铝的两性实验探究实验现象了解氢氧化铝的两性

钠与氯气反应探究实验现象了解钠与氯气的反应现象及产物

SC)2与水的反应探究实验现象了解SO2的实验室制法和性质

S02的漂白性实验探究实验现象及其本质了解S02的漂白作用和机理

浓硫酸吸水性和脱水性实验探究实验现象了解浓硫酸的重要性质

浓硫酸与铜的反应探究实验现象了解浓硫酸的氧化作用

SO&2-的检验探究实验现象了解硫酸根离子的检验方法。

红磷与白磷的转变实验探究实验方法和现象了解白磷和红磷的物理化学性质及

其相互转变

氨与水的喷泉实验探究实验原理、方法和现象了解氨的物理化学性质及溶解性

氨与氯化氢的反应探究实验了解氨的碱性

氯化钱晶体的热分解探究实验现象了解氯化钱的热稳定性

氨的实验室制法探究实验原理、方法和现象掌握制取氨气的反应原理和常用实

验室制法

硝酸与铜片的反应探究不同浓度的硝酸反应现掌握浓、稀硝酸的氧化性强弱

象

盐酸、醋酸和大理石反应探究反应速度，现象掌握不同化学反应具有不同的反应

速率

盐酸与大理石反应探究实验现象掌握浓度对化学反应速率的影响

双氧水与二氧化锌反应探究实验现象掌握催化剂对化学反应速率的影响

FeCb与KSCN的反应探究不同反应物浓度下的实掌握浓度对化学平衡的影响

验现象

NO?和N2O4转变实验探究不同温度下的实验现象掌握温度对化学平衡的影响

盐类水解实验探究实验现象掌握盐溶液的酸碱性及原因

铝的燃烧实验探究实验方法现象了解铝与氧气的反应现象

镁和铝与NaOH的反应探究实验现象了解镁和铝与强碱反应的现象和产

物

镁条与CO2的反应探究实验现象了解镁与CO2反应现象

铝热反应探究实验装置、原理和实验现掌握铝热反应的实验原理方法

象

A1(OH)3的制取探究实验方法，现象掌握氢氧化铝的制取，分解和具有两

性的性质

Fe与Cl2的反应探究实验现象和产物了解Fe能在C12中燃烧

Fe与热水的反应探究实验装置和现象了解Fe能与水在高温下反应

Fe(OH)3的制取探究实验条件和现象了解Fe(OH)3的制取

Fe(OH)2的制取探究实验条件和现象了解Fe(OH)2的制取，及其性质

F,+和Fe?+的检验探究实验现象了解Fe3+和Fe?+的检验,及Fe?+的

检验

CM,与KMnCU反应探究实验现象了解甲烷和酸性高镒酸钾能否反应

CH与CC反应探究实验方法、装置和实验现掌握甲烷与氯气在不同条件下取代

象反应得到不同的产物

乙烯的实验室制取探究实验方法、装置和实验现掌握乙烯的实验室制法，收集和物

象理性质

乙烯与滨水的反应探究实验想象掌握乙烯的加成反应

乙烯的燃烧实验探究实验现象掌握乙烯燃烧的现象

乙烯与酸性高锌酸钾的反应探究实验现象了解乙烯被高锦酸钾氧化

乙快的实验室制法探究实验方法和装置及现象了解乙快的实验室制法

乙快的燃烧实验探究实验现象了解比较乙快和乙烯燃烧的不同

乙快与酸性高锌酸钾反应探究实验现象了解不饱和烧能被酸性高镐酸钾氧

化

乙快与液漠的加成反应探究实验原理和现象了解乙快的加成反应

苯和苯的同系物与酸性高锅探究实验原理和现象了解苯及苯的同系物能否被酸性高

酸钾的反应钵酸钾氧化

石油分储实验探究实验原理和产物了解石油的成分和一些性质

漠乙烷与氢氧化钠反应探究实验原理和产物了解卤代燃的取代反应

乙醇与金属钠反应探究实验装置和原理及产物了解乙醇中一OH的活泼性

苯酚的溶解性和酸性探究实验现象了解常温下苯酚的溶解性和酸性

苯酚与碳酸的酸性比较探究实验现象掌握苯酚与碳酸的酸性强弱

苯酚与澳水反应探究实验原理和产物掌握苯酚和嗅水发生取代反应的条

件

苯酚与FeCb反应探究实验现象掌握苯酚与FeCh的显色的反应

银镜反应探究实验步骤和实验现象认识和掌握银镜反应原理

乙酸和碳酸钠反应探究实验现象了解乙酸和碳酸的酸性强弱

乙酸的酯化反应探究实验条件、装置、反应原了解酯化反应

理和实验现象

葡萄糖的银镜反应探究实验原理和现象了解葡萄糖分子结构中含有醛基，

能发生银镜反应

蔗糖水解探究实验原理和现象了解蔗糖的水解反应

淀粉水解探究实验原理和现象了解淀粉的水解反应

纤维素水解探究实验原理和现象了解纤维素的水解反应

蛋白质的盐析探究实验现象了解蛋白质的盐析过程

蛋白质的变性探究实验现象了解蛋白质在加热或重金属盐时表

现出来的性质

颜色反应探究实验现象了解蛋白质的颜色反应

高分子化合物的溶解性比较探究实验方法和现象了解不同结构的高分子化合物溶解

性的比较

3.生活中的实验（见表3）

表3生活中的实验

实验名称探究活动实验目的

检验含碘食盐中的碘探究实验方法了解食盐中碘的存在形式

测定雨水中的PH值探究实验方法了解酸雨PH值的测定

分子模型的制作探究实验方法通过实验加深对分子的几何构型的

理解

改变花的颜色探究实验原理和方法使学生初步了解植物内含有与常用

的酸碱指示剂相似的物质

水果电池探究实验原理及方法进一步了解原电池的工作原理和构

成原电池的几大要素

自制烷煌的分子模型探究实验方法巩固对有机物空间结构的认识和理

解引起烷烧同分异构现