學科教育論文-高中微型化學實驗的實踐 .doc

學科教育論文-高中微型化學實驗的實踐1微型化學實驗(MicroscaleLaboratory，ML)崛起于20世紀80年代的微型化學實驗是國際公認的一種在微型化的條件下對化學實驗創(chuàng)新性變革的新技術和新方法。簡單地說，就是以盡可能用少的藥品來獲取最有效的實驗信息，具體講就是藥品用量少(一般為常規(guī)量的1/101/1000)、儀器容量小、基本無污染、操作簡單、方便省時、實驗現(xiàn)象直觀明顯的化學實驗。微型化學實驗因其具有減少污染、現(xiàn)象明顯、快速、節(jié)約、安全等優(yōu)點，并以其良好的教學功能和教學效果，在化學實驗教學改革等領域扮演著重要的角色，引起世界各國化學界的高度重視。中學微型化學實驗就是把微型化學實驗的理念應用于中學化學實驗中，其基本特征是：（1）儀器微型化，藥品用量少；（2）微型化學實驗不是常規(guī)化學實驗的簡單縮微或機械減量，而是在微型化的條件下對實驗重新設計與探索，達到以盡可能少的藥品來獲取盡可能多的、最為有效化學信息的目標，是在微型化的條件下對常規(guī)化學實驗的創(chuàng)新性變革。2高中微型化學實驗的一些實踐與探索近年來，結(jié)合中學微型化學實驗的研究與實踐課題筆者主要開展了以下四個方面的一些實踐與探索。21減量（Reduce）減量主要是減少藥品的用量，主要是以下2方面：（1）利用小試管、點滴板、多用滴管、井穴板等微型化的儀器，如高一的氯、溴、碘的性質(zhì)氯離子的檢驗、同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變、濃硫酸的性質(zhì)硫酸根離子的檢驗，高二的鎂、鋁及其化合物的性質(zhì)、乙烯的制取和性質(zhì)、鐵及其化合物、化學反應速率化學平衡等實驗中均以1270mm的小試管來代替常規(guī)試管。在乙烯的制取和性質(zhì)的實驗中，改換反應容器后使得乙醇與濃硫酸的混合液由書上的18ml降為23ml。在我們回浦中學高一有24個班、高二有24個班、高三有18個班，每班每次實驗分成28組。按現(xiàn)有的高二有18個班來計算，每組能節(jié)約混合液15ml，每班至少可節(jié)約420ml，高二年級就可節(jié)約10080ml。耗時方面，原來按書本上要求做，完成性質(zhì)實驗的全過程一般需十多分鐘。現(xiàn)在只需三分鐘左右即可。由此，還可大大節(jié)約作為能源的乙醇的消耗。在濃硫酸的性質(zhì)硫酸根離子的檢驗實驗中以6穴點滴板代替常規(guī)試管，尤其在硫酸根離子的檢驗中以黑色6穴點滴板代替常規(guī)試管做，由于黑色背景，現(xiàn)象就更明顯，實驗效果也就更好。（2）降低試劑的濃度，如同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變這一實驗中的氯水、溴水、碘水的濃度沒有明確規(guī)定。而高濃度的氯、溴對人身有較大的毒害。因此，我就把氯水、溴水的濃度盡可能降低，如溴水的外觀由棕紅色稀釋至淡黃色。此外，酚酞、石蕊、品紅、甲基橙等指示劑均適當降低濃度，如酚酞、石蕊原濃度為0.51.0，可減少到0.10.25，也可以相應減少酒精的用量。而硫氰酸鉀、三氯化鐵溶液的濃度則可由0.01mol/L降為0.005mol/L。以上實驗藥品的減量都增強了實驗效果。因此，在保證獲取最有效實驗信息的前提下，應盡可能地降低實驗藥品用量，減少藥品損耗，預防環(huán)境污染。22回收（Recycle）回收主要包括：（1）回收未反應的原料、副產(chǎn)物(含“三廢”)，如用KMnO4制取O2所得到的剩余物質(zhì)中主要含有MnO2、K2MnO4和未反應掉的KMnO4，這三種物質(zhì)的混合物均可用來加入濃鹽酸制取氯氣。再如濃硫酸的性質(zhì)硫酸根離子的檢驗實驗中學生稀釋的硫酸還有剩余，這時就要求學生將所剩硫酸集中倒到講臺上的燒杯里。還有像在乙烯的制取和性質(zhì)實驗中，由于最后的混和液中尚有相當?shù)臐饬蛩?，就要求學生集中倒在指定的廢物桶中，處理后再排放。（2）回收催化劑等非反應試劑，如化學反應速率化學平衡的催化劑對化學反應速率的影響實驗中，MnO2是H2O2分解生成O2的催化劑。在實驗結(jié)束時，要求學生將小試管中的H2O和MnO2一起倒入指定的回收容器（燒杯等）中，以便集中回收MnO2。23重復使用（Reuse）重復使用主要是將上一個實驗步驟中剩余的藥品以及回收來的化學藥品用到下一個實驗步驟中或用到其他的實驗中去。如前面提到的濃硫酸稀釋后，不是直接倒掉，而是用到后面的濃、稀硫酸的性質(zhì)比較實驗中去。再如回收的MnO2、K2MnO4和KMnO4用于濃鹽酸制取氯氣的實驗中。這樣，大大減少了藥品用量，提高了藥品使用效率。24盡可能密閉可控、處理尾氣制備H2S、SO2、Cl2、NO與NO2等氣體，在Cu與硝酸、濃硫酸的反應實驗中，往往會有有毒氣體進入空氣而毒化教室、實驗室的空氣，又直接影響師生健康。以銅和濃硫酸反應為例，如按照教材上的要求，每個實驗小組取2ml濃硫酸，每實驗小組產(chǎn)生417mlSO2氣體，以每班分28個實驗組為計，全班一次實驗就排放出11.68LSO2氣體。按實驗室平均面積為50m2計算，實驗期間，實驗室內(nèi)SO2氣體的質(zhì)量濃度為3.68mg/m3約是我國規(guī)定居民區(qū)大氣中SO2平均最大允許質(zhì)量濃度0.15mg/m3的28倍。而每個年級有一、二十個平行班，連續(xù)做實驗，實驗室里SO2的濃度會更大。因此，在這類實驗中除了安裝尾氣處理裝置外，還要盡可能使整個裝置密閉可控。在高中微型化學實驗的實踐中，我深深地覺得微型化學實驗主要優(yōu)點有：（1）有利于向?qū)W生傳播綠色化學的觀點，幫助學生學會減量、減廢、回收等防治污染的重要方法，使他們樹立綠色化學觀念、保證人類生存質(zhì)量的責任感。正確引導并妥善處理化學實驗的廢棄物（回收、無害化處理），既提高了實驗的科學性、實驗操作的規(guī)范化，又培養(yǎng)了學生良好的實驗習慣。（2）有利于學生把握藥品的實際用量，培養(yǎng)學生的規(guī)范化操作，提高實驗的科學性和實驗效果，從而培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度和科學的實驗方法。（3）有利于激發(fā)學生學習興趣、實現(xiàn)人人動手實驗、強化動手能力的訓練、全面提高學生科學素質(zhì)、樹立提高實驗教學效益，強化化學實驗教學中的素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)造能力人才?？傊袑W微型化學實驗不是常規(guī)實驗的簡單微縮，也不是對常規(guī)實驗的補充，更不是與常規(guī)實驗的對立，而是在整個實驗過程中貫穿了綠色化學的思想，有效實現(xiàn)“盡可能小劑量實驗、省資源、少污染、減成本”，還增強學生的環(huán)境保護意識，是對中學化學常規(guī)實驗進行的改革和發(fā)展。讓我們每一位中學化學教師都為此作出新的、更大的貢獻！【參考文獻】1周寧懷，等第四屆全國微型化學實驗研討會論文集C杭州：19982周寧懷微型無機化學實驗M北京：科學出版社20003周寧懷微型有機化學實驗M北京：科學出版社19994朱清時.綠色化