选修课科学探索与发现 选修课中微型绿色化学实验的探索和实践

选修课中微型绿色化学实验的探索和实践

一、实验改进 1.氨气喷泉的微型实验 (1)设计意图 氨气的喷泉实验是高中化学的重要演示实验，教材中实验装置如图所 示。该实验操作要求老师课前预先收集好氨气，到时课堂再做演示，由于氨气易 扩散，如果当时制取氨气教室通风不好，容易泄露氨气，造成污染，如果将实验 改进成将氨气的制备和氨气的喷泉实验结合在一起的二合一微型实验装置，操作 简单，成功率100%，也非常适合于学生分组实验。

(2)改进的实验装置 (3)实验说明 ①装置中所用的仪器是医用一次性注射器，在去掉活塞的注射器针筒 中注入生石灰，用另一注射器吸入浓氨水，将注射器内的浓氨水注入针筒内，浓 氨水遇生石灰迅速产生氨气，将上部注射器活塞上推。

②用注射器吸入一定量酚酞试液，将注射器针头刺入含有大量氨气的 针筒内，尽可能将针头全部插入注射器，再轻推注射器活塞，将少量酚酞试液注 入注射器针筒内，针筒内很快就形成红色喷泉。

③该实验操作简单，现象明显，针筒不需干燥，适合学生的分组实验使用。

2.空气中氧气含量的测定 (1)设计意图 空气是学生从化学角度认识的第一种物质，了解空气的成分并通过实 验探究空气中氧气的体积分数是《化学课程标准》的重要内容之一，引导学生认 识和探究身边的化学物质，了解化学变化的奥秘，激发化学学习的兴趣，是初中 化学教学的重要内容。按照人教社初中化学课本上的实验装置测定空气中O2含 量时，如图，存在以下问题：容器较大，容积5等分存在一定误差;所需红磷较多;
水位上升位置误差较大。为了简化实验操作，减小误差，可对该实验作如下改进。

(2)改进的实验装置 (3)实验说明 ①用试管作反应容器，磷的燃烧均在密闭容器里进行，可防止白烟污 染空气。用20mL注射器(活塞事先处在10mL刻度处)测量磷燃烧消耗的氧气体积。

②操作：A.检查装置的气密性。B.装药品，连好仪器。C.夹紧弹簧夹， 加热白磷，观察现象。D.燃烧结束，试管冷却后松开弹簧夹，可以看到活塞慢慢 左移到2mL刻度处，说明空气中氧气的体积分数为1/5。

3.铜与稀硝酸反应的实验 (1)设计意图 课本中的铜与稀硝酸反应的实验是在试管中进行的，其缺陷有：生成 的一氧化氮气体的无色不易观察;无色气体变为棕色的界限不清。如果将注射器 引入实验中，可以让装置密封，气体不能外逸，便于学生观察NO为无色气体， 一氧化氮的生成与一氧化氮的转化可以(即生成二氧化氮)分阶段进行。

(2)改进的实验装置 (3)实验说明 ①拔下注射器内的活塞，向注射器的玻璃筒内放入少量已绕成螺旋状的细铜丝。

②装上注射器的玻璃活塞，推动活塞排尽玻璃筒内的空气，吸入少量 的稀硝酸。并让学生观察实验现象。

③待注射器玻璃筒内的无色气体的体积约为2ml时，取下橡皮塞，拉 动活塞吸入少量的空气后再迅速在注射器的针头部位塞上事先配好的橡皮塞。并 让学生观察实验现象，会看到有红棕色气体产生，现象明显。

④将氢氧化钠吸入注射器内，将剩余溶液和有毒气体除掉。

4.Fe(OH)2的制备 (1)设计意图 氢氧化亚铁的制备原本是教师演示实验，教材演示实验中出现的违反 常规的操作(即滴管插入液面下)肯定会引起学生的疑惑，这恰恰正是探究的绝佳 素材;而且按照教材中的要求制备氢氧化亚铁，很难观察到理想的实验现象，白 色沉淀中往往夹杂着灰绿色，几乎分辨不出。教材由此要求学生推理出氢氧化亚 铁很不稳定，很快被空气中的氧气所氧化，这难以使学生信服，影响了学习效果。

此实验若采用注射器来完成，则效果明显。

(2)改进的实验装置 (3)实验说明 ①用甲注射器吸入约10mlFeSO4溶液，并将针头插入胶塞封闭。

②用乙注射器吸入约10ml氢氧化钠溶液。

③将乙注射器中的氢氧化钠溶液慢慢推入甲注射器中，可看到甲注射 器内生成白色沉淀。

④拿掉乙注射器，将甲注射器活塞左移，吸入一定量空气，可观察到 白色沉淀变为灰绿色又变为红褐色的现象。

5.氯气喷泉的微型实验 (1)设计意图在教学中对于Cl2在有机溶剂中的溶解性教材中没有说明，通过Cl2 能与无水乙醇和NaOH溶液形成喷泉微型实验，使学生亲身体验并认识到Cl2易溶 于有机溶剂，同时加深对Cl2与碱溶液反应的化学性质的理解。

(2)改进的实验装置 (3)实验说明 ①装置中所用的仪器是医用一次性注射器，在去掉活塞的注射器针筒 中加入约0.1gKClO3粉末塞上橡胶塞，在另一注射器中吸入少量(约0.5mL)的浓盐 酸，将注射器内的浓盐酸注入加入KClO3粉末的针筒内，KClO3遇浓盐酸迅速产 生Cl2气体，将上部注射器活塞上推，片刻后拔出针头和注射器。

②用注射器吸入一定量无水乙醇，将注射器针头刺入含有大量Cl2的 针筒内，尽可能将针头全部插入注射器，再轻推注射器活塞，将少量无水乙醇注 入针筒内，针筒内很快就形成喷泉。

③该实验操作简单，现象明显，适合学生的分组实验使用。

④NaOH与Cl2的喷泉实验步骤同上。

6.影响化学平衡的条件 (1)设计意图 教材中对于压强对化学平衡的影响，没有实验，不利于学生形成直观 的思维。此处如有实验，则便于学生理解。同时教材中浓度对化学平衡的影响的 演示实验又要用到NO2和N2O4，所以此处可将两个实验放在一起完成，增加课 堂教学效果。

(2)改进的实验装置 (3)实验说明 ①用一支注射器(50ml或更大些的)吸入约30ml二氧化氮和四氧化氮 的混合气体，并将针头插入胶塞封闭。

②将注射器活塞反复往里推和往外拉，可以观察到随压强变化对化学平衡的影响。当活塞往外拉时，混合气体的颜色先变浅又逐渐变深。应怎样理解 呢这必然是由于针筒内体积增大，使气体的压强减小，浓度也减小，颜色变浅。

后来颜色逐渐变深，这必然是由于化学平衡向着生成NO2反应的方向即气体体积 增大的方向(每1体积N2O4分解生成2体积NO2)移动了。当活塞往里推时，混合气 体的颜色先变深又逐渐变浅。这必然是由于针筒内体积减小，气体的压强增大， 浓度也增大，颜色变深。由于化学平衡向着生成N2O4的方向即气体体积缩小的 方向移动，因此混合气体的颜色又逐渐变浅了。

③将注射器分别浸入热水和冰水中，请学生仔细观察两次实验中的注 射内气体颜色的变化，并通过与原注射器内颜色相比，说明二氧化氮双聚成四氧 化氮是放热反应还是吸热反应。

二、开展微型绿色化学实验的意义 1.传播绿色化学理念 微型绿色化学实验具有重大的现实意义。用尽量少的试剂做实验，既 可节约开支，又能避免污染环境，同时又保证了实验的安全。微型化学实验使用 试剂为常规量的(十分之一——百分之一)，体现了绿色化学预防化学污染的原则， 也体现了化学实验由“粗放型”到“集约型”的发展趋势。

2.转变化学学习方式 开展微型绿色化学实验设计可以给学生提供更多的动手机会，有效增 强学生实验的参与度，促进学生学习化学方式的改变，借助微型化学实验这个平 台使学生亲身体验、在实验中提高、在交流中升华、在解决问题中提高能力、在 设计中体验创新。

3.落实新课改精神 微型实验既有助于解决实验仪器、药品的短缺问题，又可以培养学生 的创新精神和实践能力，使学生自觉养成节约意识和环保意识，从而更好地落实 新课标精神。

4.开展微型绿色化学实验要探究的问题 (1)由于微型化学设备的微型化，所用药品的微量化，导致了与常规实验在规范化操作上存在一定的差异。从培养学生基本操作技能的角度讲，微型 化学实验存在一定的局限性。

(2)由于微型化学实验与一般实验仪器差别很大，教师在指导微型化 学实验时一定要注意实验条件的探索。如微型塑料型仪器不能加热，塑料本身能 与一些化学试剂起反应而使其应用受到影响。

三、问题与讨论 1.存在的问题 (1)微型实验不适合作为演示实验 由于仪器、装置及实验规模都小，实验的可见度低，如果不采用投影 仪等放大实验现象的补救手段，其不适于用做演示实验。

(2)微型实验不适用于定量实验和对反应条件有一定要求的实验 微型化学实验的反应物及产物的量都小，沾附在容器壁上的药物占整 个反应物或生成物的比偏大，在制备实验、定量实验中因产率过低而使实验无法 得到准确的结果。另外，微型化学实验在搅拌、抽滤、分液、萃取、控温等实验 操作上难度较高，学生难以操作。

2.几点建议 (1)一定要注意实验的安全性 化学实验具有一定危险性，任何不当都可能造成不可挽回的损失，因 此，微型化学实验必须在有安全保障和教师的指导下进行。在实验的准备阶段：
问题的提出、实验课题设立，实验物质分析，都要进行必要的安全评估。以避免 学生利用微型化学实验手段进行探究时发生妨碍社会家庭生活的情况，如中毒、 放射性危险、仪器爆炸等不良后果。

(2)强化使用微型化学实验进行研究的目的性 没有目的的实验只是玩。教师不但要让学生学会利用实验进行研究， 还要教会学生查阅科学文献确定实验目的的方法，以及养成真实记录实验现象和 数据的科学习惯。这也是教师在微型化学实验教学中必须发挥的关键的作用。此外，还应重视对实验中得不到正确现象的失败原因的分析。化学实 验是失败的艺术，微型化学实验也是培养学生善于找到失败的原因，改进实验器 材和方案，这才是最大限度地发挥微型化学实验的作用的根本。

(3)教师应加强对中学微型化学实验的设计、方案的研究 微型化学实验替代常规实验，药品的用量、仪器设备的变化会引起试 剂浓度、仪器规格、实验条件的改变，因而不能完全照搬常规实验的条件和方法。

这就需要老师不仅在平时教学中作个有心人，还应多浏览学习《化学教学》《化 学教育》《中学化学教学参考》和《化学通报》等刊物上发表的有关中学微型化 学实验方面的设计、改进的方案。对素材逐一进行研究，不断优化，提出自己切 实可行的、科学的新思路、新方法、新方案。“他山之石，可以攻玉。”在可能的 条件下，也要研究国外的中学微型化学实验的设计、方案，探求人家的设计思路， 找出值得借鉴之处，丰富经验，开阔视野。

作者：蓝永红 来源：试题与研究·教学论坛 2016年12期