把握實驗創(chuàng)新與改進的靈活性

把握實驗創(chuàng)新與改進的靈活性

化學是一門以實驗為基礎的科學，而化學實驗是進行科學探究的重要方式，要求學生具備基本的化學實驗技能，這是學習化學和進行探究活動的基礎和保證?；瘜W實驗的創(chuàng)新與改進，一方面要注重基本操作上的規(guī)范性，以保證實驗的成功，培養(yǎng)學生的實驗操作技能，培養(yǎng)學生的嚴謹、求實的科學態(tài)度。另一方面，更應遵循科學性、可行性等基本要求而注重其靈活性，使學生通過實驗的創(chuàng)新與改進，能綜合運用所學知識，積極主動地去思考化學實驗的實施過程，從實驗創(chuàng)新中深化和發(fā)展知識，并通過對學生進行理性思維方法的訓練，提高學生分析問題和解決問題的能力，進一步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。一、教材實驗科學的規(guī)范與靈活對于化學教材中的實驗案例梳理匯總，見表1。在教材實驗的探究過程中，既關注了基本儀器、基本操作的規(guī)范要求的目的與意義，更考慮了實驗個案的特殊性，兼顧了規(guī)范與靈活，使特殊的教材實驗得以順利完成。二、高考實驗科學的規(guī)范與靈活高考對中學化學教學起著指揮棒的重要引導作用，高考命題要遵循兩個有利的原則，“既要有利于高校選拔新生，又要有利于中學素質教育”?，F(xiàn)以課程改革走在中國前列的上海高考試題為例?！景咐?】（2008年上海A卷類26）如圖1所示，將甲、乙2個裝有不同物質的注射器用導管連接起來，將乙筒內(nèi)的物質壓到甲筒內(nèi)，進行表2的不同實驗（氣體在同溫同壓下測定）。試回答下列問題（表2）：三、注射器應用的典型案例【案例2】“甲烷的氯取代反應的改進”實驗。如圖2所示進行實驗：2.將注射器放置于鐵架臺上，距離注射器7～8cm處，用高壓汞燈照射。片刻之后，可以觀察到注射器內(nèi)出現(xiàn)白霧，氣體體積縮小，幾分鐘后白霧消失，氣體體積不再縮小，停止照射。3.打開止水夾，將膠管插入滴有幾滴紫色石蕊試液的飽和食鹽水中，飽和食鹽水被吸入注射器中，溶液顏色變紅，溶液的表面有少量的油滴。4.將反應之后的剩余氣體推入NaOH溶液中，進行尾氣處理。改進實驗的優(yōu)點：一是注射器的使用使實驗中需要控制氣體體積的因素變得容易精準控制；二是一次分別收集好和，可以做多次實驗，適應多個班級的連續(xù)教學；三是有毒的收集方便、尾氣處理徹底無污染?！景咐?】“乙醇分子結構測定的改進”實驗。1.教材實驗的剖析如圖3（教材裝置）所示，通過實驗，我們發(fā)現(xiàn)教材實驗存在如下不足：（1）使用儀器偏大，中學化學實驗室難以做到（能夠量1120mL的量筒、大于1120mL的集氣瓶），不便于實際操作。（2）教材使用分液漏斗，儀器內(nèi)壁沾附乙醇較多（尤其是分液漏斗具有的長頸部）。（3）250mL的圓底燒瓶做反應容器，氣體的熱脹冷縮明顯，并且是間接測量氣體體積，存在較大誤差。（4）至少2.4的活潑金屬鈉，6mL無水酒精，200多毫升空氣混在一起，存在安全隱患。我們在實驗中出現(xiàn)了炸裂燒瓶的情況。因此，我們覺得教材實驗在中學化學實驗室中較難順利完成。仔細剖析教材實驗裝置的功能，裝置左側部分是加入測量了體積的液體，并作為反應的場所；實驗裝置的右側部分是收集并測量生成氣體的體積?；谶@樣的分析我們設計了如下的改進方案。2.實驗改進的方案如下頁圖4所示，左邊的注射器甲是一只5mL的小注射器，起加注并測量加入液體體積的作用；右邊的注射器乙是一只100mL的大注射器（實驗時，用植物油充分地涂抹注射器的活塞，潤滑注射器減小摩擦力），作為反應的場所，收集并測量生成氣體的體積。（1）在右邊的注射器乙中放入一顆新切的鈉（切下的鈉塊稍微大一點，保證反應過程中鈉過量，尤其是表面要新、減少氧化，讓反應的起始瞬間能沖動注射器的活塞），并將活塞輕輕推入針孔處，使注射器乙內(nèi)幾乎沒有空氣。（2）左邊的注射器甲中吸入1.0mL的無水乙醇，如圖4所示連接好（體系一定要密封，兩注射器的對接處最好捆綁一下），將注射器甲的針管伸到金屬鈉上。（3）輕輕而緩慢地推動左邊的注射器甲，推入無水乙醇0.6mL（無水乙醇的密度是0.789g/mL），再仔細觀察注射器乙的刻度變化。（4）實驗完畢，推出，立即清洗注射器。3.改進實驗的創(chuàng)新（1）幾乎沒有與空氣接觸，并且藥品用量少，是教材實驗所需的，實驗安全無隱患。（2）借用注射器的巧妙組合（“大”100mL與“小”5mL的懸殊對比、兩對接的方式）完成實驗，富有趣味性。（3）重要的是加入乙醇直接到金屬鈉塊上，直接讀出加入乙醇的體積，直接讀取產(chǎn)生氣體的體積，操作直觀方便；現(xiàn)場展示，收集到110mL氣體，定量實驗的精確度達到了95.6%。四、注射器組合創(chuàng)新實驗【案例4】如圖5所示，在注射器中加入少許的晶體，并吸入適量濃硫酸（不接觸紙條）進行實驗。實驗完畢之時，用注射器吸入右燒杯內(nèi)的NaOH溶液，除去多余的、。該案例將的實驗室制法、的性質、的尾氣處理集中在1支注射器上，實驗方便簡潔而又環(huán)保。【案例5】如圖6所示，是銅與稀硝酸反應的兩個實驗裝置。裝置Ⅰ是銅與稀硝酸反應的常規(guī)裝置，不便于控制反應，容易生成多余的NO氣體而污染環(huán)境（試管的橡膠塞應該取下，有安全隱患）。用裝置Ⅱ進行實驗時，在燒杯中加入適量的稀硝酸，打開止水夾，用注射器慢慢抽取，稀硝酸沿著干燥管慢慢上升，直到充滿干燥管，停止抽拉注射器，關閉止水夾，實現(xiàn)銅與稀硝酸反應。反應停止后，打開止水夾，用注射器慢慢抽取干燥管的氣體（事先已經(jīng)將注射器內(nèi)的空氣推出），關閉止水夾后取下注射器，并再抽入一定量的空氣，使NO與反應。上述實驗完成后，將注射器內(nèi)的氣體通入到NaOH溶液中。銅與稀硝酸反應時，用裝置Ⅰ進行實驗，不僅不能隨意控制反應的發(fā)生與停止，而且會逸出而污染環(huán)境。而用裝置Ⅱ進行實驗，實驗完成后，將注射器內(nèi)的氣體通入到NaOH溶液中，使與NaOH反應，防止污染空氣。因為注射器的使用，將一個看似不能隨意控制的反應做到了隨意控制反應的發(fā)生與停止，并且操作簡單，裝置密閉而環(huán)保?！景咐?】注射器使用的其他典型案例。2.加注氣體并測量氣體的體積（圖8），如測定空氣中的含量等。誠然，塑料材質的注射器，用在涉及硝酸、氯氣、酸性高錳酸鉀溶液等強氧化性物質的實驗中是不合適的。但玻璃材質的注射器耐氧化、