中學(xué)化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)研究

1、中學(xué)化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)研究摘要：8周寧懷.群策群力，加快微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的推廣應(yīng)用A.第三屆全國(guó)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研討會(huì)論文集C.大連:大連理工大學(xué)出版社，1993:1-3.,10錢(qián)貴晴.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與M.L.儀器的研制J.化學(xué)通報(bào)，1999,(1).,ContemporaryAbstractAlgebraM.DCHeathandCompany,1990.摘要：微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是體現(xiàn)綠色化學(xué)理念，培養(yǎng)創(chuàng)新人才的一種有效方法，也是化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的改革。通過(guò)常規(guī)銅與微型銅分別與濃/稀硝酸反應(yīng)的比較，可以發(fā)現(xiàn)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有試劑用量少，效果明顯，實(shí)驗(yàn)安全，對(duì)學(xué)生吸引力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，并可提高教學(xué)效果。本文對(duì)通過(guò)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)鍛

2、煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、自主創(chuàng)新、自主探究能力和完善學(xué)生的思維品質(zhì)進(jìn)行了初步探討。關(guān)鍵詞：中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化實(shí)驗(yàn)改革微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是20世紀(jì)80年代崛起，國(guó)際上公認(rèn)的能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的一種化學(xué)實(shí)驗(yàn)的新技術(shù)和新方法1。它是指在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，其試劑用量是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的十分之一至千分之一2?？v觀近代化學(xué)發(fā)展的歷史，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的試劑和樣品的用量是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)儀器精確程度的提高而逐漸減少的3。與此同時(shí)，在化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中也存在著逐漸減少試劑用量的趨勢(shì)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)以使用盡可能少的試劑為主要特征，而采用微型化的實(shí)驗(yàn)儀器裝置是微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的第二特征4?；谶@兩個(gè)基本特征可以看出微型實(shí)驗(yàn)具有

3、節(jié)約藥品、節(jié)省時(shí)間、減少儀器損耗、便于攜帶、提高實(shí)驗(yàn)安全程度等優(yōu)點(diǎn)。此外，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)(M.L.)在中學(xué)教學(xué)中的推廣，是為了提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，在教學(xué)中打破“照方抓藥”的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑菍?duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的大幅度調(diào)整和充實(shí)，將實(shí)驗(yàn)微型化，著力培養(yǎng)學(xué)生良好的環(huán)保意識(shí)、資源意識(shí)、安全意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)，形成以學(xué)生自擬實(shí)驗(yàn)方案的啟發(fā)性、探索性為主的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不但有較好的教學(xué)效果，而且能極大減少實(shí)驗(yàn)三廢，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體體現(xiàn)5。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。從推進(jìn)素質(zhì)教育的角度來(lái)說(shuō)，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，樂(lè)于動(dòng)腦動(dòng)

4、手、勤于實(shí)踐的意識(shí)和習(xí)慣，切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力6。從培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)需要的高素質(zhì)國(guó)民的高度來(lái)看，認(rèn)識(shí)推廣微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義更加深遠(yuǎn)。因此，推廣微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究和開(kāi)發(fā)必將是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要方向7。我們應(yīng)該利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，充分發(fā)揮其在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及化學(xué)科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要功能，積極開(kāi)展、研究設(shè)計(jì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)。所以說(shuō)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)已成國(guó)際趨勢(shì)，應(yīng)引起化學(xué)教師的重視8。然而，現(xiàn)階段中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)也存著不足之處。從儀器方面來(lái)看，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器目前還不能通用，不能實(shí)現(xiàn)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)連貫教學(xué)，因而普及和推廣有一定的困難。常規(guī)實(shí)驗(yàn)的原有儀器還不能完好地改進(jìn)過(guò)渡為微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器

5、，還需要一段時(shí)間9。同時(shí)，因?yàn)槭褂梦⑿蛯?shí)驗(yàn)儀器而忽視或放棄原有常規(guī)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范操作的問(wèn)題也有待解決。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)就是以盡可能少的化學(xué)試劑來(lái)獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)。但是，我國(guó)目前還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出現(xiàn)成的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，我們可以嘗試?yán)矛F(xiàn)有簡(jiǎn)單的化學(xué)儀器和醫(yī)用注射器、輸液管、藥瓶等常見(jiàn)物品組合設(shè)計(jì)成微型實(shí)驗(yàn)裝置10,同樣可以收到很好的效果。下面結(jié)合微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和原則介紹幾個(gè)微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，它們不僅體現(xiàn)了綠色化學(xué)理念，而且達(dá)到了很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。1 常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的比較常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課要求規(guī)范統(tǒng)一，往往是一堂實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生用一種方法做同一實(shí)驗(yàn)，這種千篇一律的實(shí)驗(yàn)課抑制了學(xué)生的個(gè)性化

6、和創(chuàng)造思維的發(fā)展。而微型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法靈活多樣，裝置簡(jiǎn)單易操作，且取材方便，學(xué)生有較大的自主發(fā)揮空間11。同時(shí)，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)上有特殊的功效。1.1 常規(guī)銅與稀硝酸的反應(yīng)儀器：集氣瓶;玻璃片;止水夾;U型管;鐵架臺(tái);導(dǎo)管藥品：銅片（北京試劑廠）;硝酸（上海試劑廠）實(shí)驗(yàn)步驟：（見(jiàn)圖1）（1） 在單孔塞上固定一段狹長(zhǎng)的銅片，塞緊單孔塞;打開(kāi)止水夾向U型管中注入稀硝酸;至水平B處，使酸液充滿(mǎn)U型管，不殘留空氣。加熱使反應(yīng)開(kāi)始，等有大量氣泡時(shí)，撤去酒精燈，產(chǎn)生的一氧化氮將酸液壓入U(xiǎn)。（2） 關(guān)閉止水夾，在U型管A處用酒精燈加熱，在U型管右側(cè)銅片處形成一段無(wú)色氣柱（當(dāng)

7、氣柱不斷加長(zhǎng)，酸液脫離銅片時(shí)反應(yīng)自動(dòng)停止），溶液變?yōu)樗{(lán)色。（3） 打開(kāi)止水夾，無(wú)色氣體進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi)的空氣氧化為紅棕色的二氧化氮，證明原無(wú)色氣體為一氧化氮。1.2 微型銅與稀硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)步驟：（見(jiàn)圖2）（1） 向錐型瓶?jī)?nèi)加入10ml20%的氫氧化鈉溶液。（2） 往試管中加入一塊銅片。（3） 用一支滴管取硝酸溶液1ml注入試管中，立即用小橡皮塞塞緊試管口，接著將帶試管的單孔塞塞緊錐型瓶口?，F(xiàn)象及結(jié)論:稀硝酸與銅的反應(yīng)激烈，銅片斷面上連續(xù)產(chǎn)生小氣泡，過(guò)一會(huì)兒試管中出現(xiàn)很淺的紅棕色（這是反應(yīng)生成的無(wú)色NO被試管中的空氣氧化成NO1.3常規(guī)銅與濃硝酸的反應(yīng)儀器:試管;分液漏斗;雙孔膠塞;導(dǎo)氣管;杯藥品

8、:濃硝酸（上海試劑廠）;銅片（北京化工廠）;紫色石蕊試液（江蘇年沙化學(xué)廠）;氫氧化鈉（北京化工廠）操作及方法（見(jiàn)圖3）：（1） 先往試管里放入3g銅片，塞緊帶有液漏斗及導(dǎo)氣管的雙孔膠塞，往分液漏斗里加入濃HNO（2） 調(diào)節(jié)分液漏斗活塞滴入適量的濃HNO儀器及藥品:1) J型滴管(自制);2.Y型試管;a濃硝酸；b一束銅絲；c紫色石蕊溶液(稀)實(shí)驗(yàn)步驟:(1)按圖4裝好儀器12。2) )向Y型試管b端裝入一束約1cm長(zhǎng)的銅絲，c端加入2ml石蕊水溶液。(3)用J型滴管吸取約1ml濃硝酸，將其插入Y型試管中，用裝在J型滴管上的膠塞塞緊管口(如圖4)。(4)擠壓膠頭向b端逐滴滴加濃硝酸(滴加量視演示

9、效果而定)，將b端反應(yīng)液倒入c端，停止反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：由上述操作后可以看到反應(yīng)劇烈，反應(yīng)液漸漸變?yōu)樗{(lán)色，產(chǎn)生的紅棕色氣體充滿(mǎn)Y試管，c端液體逐漸從紫色變?yōu)榧t色，直至完全變紅。反應(yīng)停止后，Y型試管中的紅棕色逐漸變淺，不一會(huì)兒紅棕色完全消失。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，不僅完成了銅與濃硝酸的反應(yīng)，而且驗(yàn)證了NO上面列舉了關(guān)于銅與濃稀硝酸反應(yīng)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)和微型實(shí)驗(yàn)，下面用圖表的方式來(lái)對(duì)比一下。通過(guò)對(duì)比我們不難發(fā)現(xiàn)，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單微縮，也不是對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，更不是對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的對(duì)立，它是在綠色化學(xué)思想下用預(yù)防化學(xué)污染的新實(shí)驗(yàn)思想，新方法和新技術(shù)對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革和發(fā)展的必然結(jié)果13。2微型化學(xué)實(shí)

10、驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則概括起來(lái)，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本原則:2.1 科學(xué)性原則科學(xué)性原則是微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的首要原則。所謂科學(xué)性，首先是指實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作程序和方法的正確性，即必須與化學(xué)理論知識(shí)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法相一致。其次，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要具有科學(xué)思想和科學(xué)方法的教育因素14。如果在設(shè)計(jì)中缺乏科學(xué)態(tài)度和方法，往往稍有疏忽就會(huì)出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤。2.2 可行性原則可行性是指設(shè)計(jì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)所運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)原理和方法在實(shí)施中切實(shí)可行，所選用的實(shí)驗(yàn)藥品、儀器、設(shè)備和方法在現(xiàn)有條件下能夠得到滿(mǎn)足。2.3 簡(jiǎn)約性原則所謂簡(jiǎn)約性是指要盡可能采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)裝置，用較少的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)藥品，在較短的時(shí)間

11、內(nèi)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)15。更具體地說(shuō)，就是裝置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯、節(jié)約藥品、節(jié)約時(shí)間、安全可靠、不產(chǎn)生污染，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程盡可能少受干擾，學(xué)生能將精力集中在操作、觀察和探究上。2.4 安全性原則實(shí)驗(yàn)儀器裝置的取材要盡量簡(jiǎn)易安全；藥品的使用盡可能不用危害品或減少用量、循環(huán)使用、回收利用、減少三廢、提高實(shí)驗(yàn)的安全程度;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)包括對(duì)有毒物質(zhì)進(jìn)行無(wú)害處理的設(shè)計(jì)操作口6。2.5 創(chuàng)新性原則微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不是對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單縮小，而是根據(jù)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的目的、原理和要求進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新口7。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中盡可能采用一些最新的科學(xué)知識(shí)和技能，運(yùn)用科學(xué)的方法和手段解決設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)顯示

12、出一定的創(chuàng)造智慧和策略，要敢于標(biāo)新立異，具有新穎性18。2.6 實(shí)踐性原則要善于把微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)運(yùn)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和解決實(shí)際化學(xué)問(wèn)題的研究之中;必須親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在做中想，在做中學(xué)，反復(fù)推敲，不斷完善自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);要因地制宜，因時(shí)制宜，就地取材，綜合應(yīng)用19。3 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容一個(gè)相對(duì)完整的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案所涉及的方方面面，即為微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，主要包括實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)用品、實(shí)驗(yàn)裝置圖、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄及結(jié)論。4微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維方法為了使微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的順利實(shí)施，要對(duì)該項(xiàng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及的一系列具體問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真的分析和周密的思考，其

13、方法如下:(1) 對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的化學(xué)原理、對(duì)參加化學(xué)反應(yīng)的各種物質(zhì)的性質(zhì)要有較全面、較深入的了解和認(rèn)識(shí)20。要盡可能估計(jì)到在什么樣的實(shí)驗(yàn)條件下，可能有什么樣的化學(xué)反應(yīng)以及產(chǎn)生什么樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使有關(guān)化學(xué)反應(yīng)向著實(shí)現(xiàn)化學(xué)目的的方向發(fā)展。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易啟普發(fā)生器用來(lái)制備氫氣。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該明確3個(gè)方面的問(wèn)題21:必須是較活潑金屬跟稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)方可制取氫氣，而用活潑的金屬如堿金屬是達(dá)不到目的的;含有雜質(zhì)的金屬可同時(shí)發(fā)生原電池反應(yīng)，能加快氫氣的制??；啟普發(fā)生器的工作原理。在弄清上述三個(gè)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，就可以合理地選擇實(shí)驗(yàn)試劑(鋅、稀硫酸、少量硫酸銅)和實(shí)驗(yàn)儀器(如微型漏斗、特制具支試管、止水夾等

14、)。(2) 按照化學(xué)反應(yīng)原理，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)條件的控制、發(fā)生反應(yīng)時(shí)可能產(chǎn)生的變化，來(lái)預(yù)選實(shí)驗(yàn)方法和手段。甚至對(duì)選用儀器的規(guī)格、儀器的聯(lián)結(jié)安裝方式都要仔細(xì)考慮，然后確定實(shí)驗(yàn)操作的程序和步驟22。(3) 實(shí)驗(yàn)者要對(duì)自身的化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)和理論水平、實(shí)驗(yàn)操作水平、現(xiàn)代化測(cè)量手段掌握的情況等做出全面的、切合實(shí)際的評(píng)價(jià)，充分估計(jì)自己是否有能力勝任該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)23。明確自己的不足，找到彌補(bǔ)的辦法，努力予以補(bǔ)救。(4) 對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的困難和克服的辦法，都要盡量做好思想準(zhǔn)備。甚至在一開(kāi)始就可以設(shè)計(jì)出兩套或多套不同的實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)幾種不同的實(shí)驗(yàn)方法去完成同一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)驗(yàn)方案，對(duì)它

15、們各方面的情況做出周密分析，并加以比較，從中確定一個(gè)較理想的實(shí)驗(yàn)方案，然后著手完成化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的書(shū)面材料24。參考文獻(xiàn)：1范杰.化學(xué)實(shí)驗(yàn)論M.太原:山西科學(xué)技術(shù)出版社，2001.323.2周寧懷，宋學(xué)梓.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)M.浙江科學(xué)技術(shù)出版社，1992.4.3北京師范大學(xué)無(wú)機(jī)教研室等編.無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)M.第二版.北京:高等教育出版社4M.k.schum:udstandingorganicchemistryO1987byMargotK.SchummISBN002-408200-7.5楊濤，樊宏偉.學(xué)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課也有污染N.文匯報(bào)，2000-12-20.6畢華林，傅尚奎，韓慶奎.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究M.青島

16、:青島海洋大學(xué)出版社，1998：153-158.：7F.A.Coney:Orgnicchemistry1992byMCGraw-Hill,INC.ISBN0-07-009934-0.8周寧懷.群策群力，加快微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的推廣應(yīng)用A.第三屆全國(guó)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研討會(huì)論文集C.大連:大連理工大學(xué)出版社，1993：1-3.9朱綺琴等.化學(xué)活動(dòng)課及微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐(中學(xué)微型實(shí)驗(yàn)分冊(cè))M.北京民主與建設(shè)出版社，1999.10錢(qián)貴晴.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與M.L.儀器的研制J.化學(xué)通報(bào)，1999，(1).11JosephAGallian.ContemporaryAbstractAlgebraM.DCHeathand

17、Company，1990.12劉國(guó)祥.銅和濃硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)J.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，1999，12:37.13薛慰靈.綠色化學(xué)對(duì)環(huán)境更友善的化學(xué)J.化學(xué)教育，1997，(9)：1-5.14劉知新.化學(xué)教學(xué)論(第二版)M.北京:高等教育出版社，1997.15YutzeChow.ModernAlgebraM.Prentice-Hall，IncEnglewoodCliffs，NewJersey，1992.16朱兵等.化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的新方向微型實(shí)驗(yàn)J.化學(xué)通報(bào)，1991，(9).17周寧懷.微型無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)M.北京:科學(xué)出版社，1999.18錢(qián)貴晴.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與與創(chuàng)新教育J.化學(xué)通報(bào)，1999，(5):48-51.1990 by wadsworth19JohnMcmurry:FundamentalsoforganicchemistryINC.ISBN0-534-12300-7.20周寧懷等編.微型無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)M.北京:科學(xué)出版社，20