化學實驗改進與創(chuàng)新

初中化學實驗創(chuàng)新大賽熱烈歡迎大家參加濟寧十三中初三化學備課組2021/6/2712021/6/272

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，化學教學離不開化學實驗。實驗教學的主要目的是幫助學生更好地理解所學理論知識，并通過實驗操作來培養(yǎng)學生的動手能力，訓練學生學會合作和進行實驗探究，讓學生認識如何通過實驗的方法來解決問題，從而將理論知識與實踐密切聯(lián)系起來。2021/6/273實驗大賽交流內容一、新教材中個別實驗的改進二、拓展和趣味性實驗三、儀器展示四、與大家進行實驗交流2021/6/274一、新教材中個別實驗的改進

新教材的亮點之一，就是教材設計了豐富的可供教師演示和學生自主進行的實驗。實驗類型多樣化，體現(xiàn)化學實驗的多種教育功能。減少了驗證性的內容，具有較強的探究性。有利于培養(yǎng)學生的探究意識、觀察能力、思維能力和實踐能力。同時，新課程化學教學呼喚實驗創(chuàng)新，教師在教學中，遇到教材中不理想的實驗設計，就需要自己動手，進行實驗創(chuàng)新和改進。2021/6/275一、新教材中個別實驗的改進進行實驗設計時，要遵循以下四個基本原則：⒈科學性——實驗原理、實驗操作程序和方法必須正確。⒉安全性——盡量避免使用有毒藥品和進行具有一定危險性的實驗操作。⒊可行性——儀器和藥品易得、易操作、現(xiàn)象明顯，能說明問題。⒋簡約性——方案簡單易行，應采用簡單的實驗裝置，用較少的步驟和藥品，并能在較短的時間內完成實驗。2021/6/276

濃硫酸與銅反應

1、改進實驗名稱：濃硫酸與銅反應的實驗改進“濃硫酸與銅反應”實驗，如果按照教材的裝置進行，氣密性不好影響課堂效果。由此實驗得到啟發(fā)，能否設計一個實驗裝置氣密性好，實驗現(xiàn)象明顯，可控制藥品用量，減少對環(huán)境的污染。于是，我對實驗裝置進行改進，找出最佳方案。一、新教材中個別實驗的改進2021/6/2772、實驗的原理：

2H2SO4(濃)+CuCuSO4+2H2O+SO2↑

3、實驗改進目的：

使實驗在一個可吸收尾氣的裝置中進行，可節(jié)約藥品，實驗現(xiàn)象明顯，避免SO2對空氣的污染。一、新教材中個別實驗的改進2021/6/278一、新教材中個別實驗的改進4、實驗儀器及藥品：具支試管、玻璃管、鐵絲、銅片、棉花、膠塞、濃H2SO4、NaOH溶液等。5、操作步驟及現(xiàn)象分析⑴連接好儀器（如圖3-2所示），并檢查裝置的氣密性。2021/6/279圖3-1改進前濃硫酸與銅反應裝置一、新教材中個別實驗的改進圖3-2改進后的濃硫酸與銅反應裝置2021/6/2710⑵

向具支試管里加入3ml濃H2SO4。⑶將一段鐵絲穿過帶玻璃管的膠塞。鐵絲在玻璃管中的部分纏繞有侵入NaOH溶液的棉花，在鐵絲末端掛上銅片并伸入到具支試管里，塞上帶玻璃管的膠塞。拉動鐵絲銅片與濃硫酸液面接觸，觀察到試管中反應液體呈藍綠色。說明濃硫酸與銅發(fā)生了氧化還原反應，銅被氧化生成硫酸銅，硫酸被還原成二氧化硫。一、新教材中個別實驗的改進2021/6/27116、實驗結論⑴實驗在可吸收尾氣的裝置中進行，實驗現(xiàn)象明顯。改進后的實驗裝置，在課堂進行演示實驗教學后，大家反映實驗效果好。⑵實驗驗證了濃硫酸具有氧化性，濃硫酸與銅發(fā)生氧化還原反應，反應除生成硫酸銅外，還生成二氧化硫和水，實驗安全易操作。⑶通過改進實驗裝置，可控制藥品用量，避免了生成的二氧化硫對師生及環(huán)境的危害。一、新教材中個別實驗的改進2021/6/2712二、拓展和趣味性實驗

在教學中，為了讓學生更好的理解化學知識，感悟化學的魅力，教師在教學中除了做好教材上的演示實驗，還要補充一些趣味性較濃的化學演示實驗。如：二氧化硫的漂白作用及酸雨模擬實驗。在設計實驗時，應盡可能使實驗現(xiàn)象明顯、安全、成功率高、污染少、易操作。

2021/6/2713實驗名稱：二氧化硫的漂白作用及酸雨模擬實驗二氧化硫的漂白作用是由于二氧化硫與某些有色物質直接化合，生成不穩(wěn)定的無色物質而造成的。當此無色物質在受熱或遇到強氧化劑時即分解，如：二氧化氮或發(fā)煙硝酸或氯氣等氧化劑都能使被漂白物質又恢復原色。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27142、裝置：鐘罩里的二氧化硫與水反應生成亞硫酸(模擬酸雨) SO2+H2O?H2SO3

因此，培養(yǎng)皿里的水（人工降雨的雨水）加入石蕊試劑顯紅色，證明此溶液顯酸性。二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2715圖1-1二氧化硫的漂白作用及酸雨模擬試驗裝置圖

二、拓展和趣味性實驗

水2021/6/27163、操作：⑴如圖1-1所示，取多半藥匙硫粉，放入蒸發(fā)皿里，加熱蒸發(fā)皿，使硫粉融化、燃燒到有藍色火焰時，放入紅色的鮮花的鐘罩里，鐘罩下接一培養(yǎng)皿的蓋，使盛硫粉的蒸發(fā)皿和插入鮮花的坩堝都在密閉的鐘罩里。這時可觀察到鐘罩里有大量白霧，片刻后可看到紅色的花瓣逐漸變白，說明SO2的漂白作用。二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2717⑵打開膠塞，用小噴壺給鐘罩里噴入蒸餾水，模擬人工降雨。⑶取培養(yǎng)皿里人工降雨的雨水，放入一支小試管里，另取一支小試管，加入噴壺里的蒸餾水做對比實驗，分別給這兩支小試管里加入石蕊試劑，觀察到盛雨水的試管溶液變紅，盛蒸餾水的試管溶液無明顯變化。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2718⒋通過下面三個實驗可以證明無色物質遇到氧化劑時即分解。⑴取一個小培養(yǎng)皿，把漂白的花瓣放入干燥的培養(yǎng)皿里，在培養(yǎng)皿里放入一小片銅，滴入幾滴濃硝酸，蓋上蓋可觀察到有二氧化氮氣體生成，片刻后，觀察到白花瓣逐漸變紅，小心地給培養(yǎng)皿里加入氫氧化鈉溶液，吸收二氧化氮氣體。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2719⑵把漂白的花瓣放到發(fā)煙硝酸瓶口，可觀察到白花瓣逐漸變紅。⑶把漂白的花瓣放在氯氣瓶口一會兒，可看到白花瓣逐漸變紅。以上三個實驗證明了二氧化硫的漂白作用是由于二氧化硫與某些有色物質直接化合，生成不穩(wěn)定的無色物質，而這種無色物質遇到強氧化劑時即分解，能使被漂白物質又恢復原色。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27205、說明⑴通過此實驗學生可以直觀地看到SO2漂白作用和SO2形成的酸雨。⑵方便、省時、省藥、直觀，一次可以看到幾個實驗結果。⑶污染小，一般學校實驗室都可以做。⑷此裝置還可以做氮的氧化物酸雨模擬實驗。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27211、趣味實驗名稱：雙噴泉實驗氨溶于水的噴泉實驗可以拓展成雙噴泉實驗。實驗裝置圖二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27222、噴泉實驗的基本原理氣體在液體中溶解度很大,在短時間內產(chǎn)生足夠的壓強差(負壓),則打開活塞后,大氣壓將燒杯內的液體壓入燒瓶中,在尖嘴導管口形成噴泉。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27233、雙噴泉實驗過程：①分別制取干燥的NH3和HCI氣體各一瓶。②用三通管將兩燒瓶和裝有石蕊試劑的燒杯連接。③將滴管中的水擠入NH3的燒瓶中，依次打開NH3與HCI的通道，（a、b止水夾），可看到盛NH3的瓶中，放開a、b處的止水夾后有白煙（NH3溶于水，瓶內壓強減小，使HCI進入，生成NH4CI所致）。二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2724④打開連接石蕊的止水夾C處，立即出現(xiàn)雙噴泉現(xiàn)象，盛HCI的燒瓶中呈紅色（酸使石蕊變紅）、盛NH3的燒瓶中呈藍色（堿使石蕊變藍）。上述這個實驗是把二個實驗合為一個實驗，是在原實驗的基礎上作簡單改進，卻獲得了更佳的實驗效果，減少了對環(huán)境的污染，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維有一定幫助。更加激發(fā)了學生，學習化學的興趣。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2725噴泉實驗的基本原理氣體在液體中溶解度很大,在短時間內產(chǎn)生足夠的壓強差(負壓),則打開活塞后,大氣壓將燒杯內的液體壓入燒瓶中,在尖嘴導管口形成噴泉。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27262.氨與氯化氫的反應可以拓展成魔術——空瓶生煙方法：取兩個集氣瓶分別倒入少許氨水和鹽酸,蓋入橡膠塞，反應時，去掉橡膠塞將兩瓶口相對，瞬間可以看到集氣瓶內濃煙滾滾。此魔術即展示了知識的形成過程，又激發(fā)了興趣、啟迪了學生的思維。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2727濃、稀硝酸與銅反應的實驗1、改進實驗名稱：濃、稀硝酸與銅反應的實驗改進化學課上，教師在做人教版全日制普通高級中學教科書（必修加選修）《化學》第二冊16頁[實驗1-7]硝酸的氧化性演示實驗。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27282、實驗原理：根據(jù)濃、稀HNO3的氧化性不同，它們分別與銅片反應，還原產(chǎn)物各不相同：有關化學方程式為：Cu+4HNO3(濃)=Cu（NO3)2+2NO2↑+2H2O3Cu+8HNO3(稀)=3Cu（NO3)2+2NO↑+4H2O2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO↑二、拓展和趣味性實驗

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該實驗需要在兩個相同裝置中進行，分別給兩支試管各加入一小塊銅片，并且要分別加入濃、稀HNO3，用NaOH溶液做好兩個實驗尾氣的吸收工作，實驗裝置（如圖3-1所示）。二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2730圖3-1改進前銅與硝酸反應二、拓展和趣味性實驗

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該實驗現(xiàn)象明顯，充分證明了濃、稀硝酸的氧化性不同，它們分別與銅片反應，還原產(chǎn)物各不相同。但實驗是在兩個裝置中進行，費時、不好控制藥品的用量。由此實驗得到啟發(fā)，能否設計一個實驗裝置同時完成兩個實驗內容呢？于是，將設想好的幾種實驗裝置反復進行試驗，找出最佳方案。二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27323、實驗改進目的將兩個實驗裝置改進成一個密閉的裝置，使實驗在一個密閉的裝置中進行，可節(jié)約藥品，避免NO、NO2對空氣的污染，改進裝置如圖3-2所示。二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2733圖3-2改進后濃、稀硝酸與銅反應演示器二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27344、實驗儀器及藥品

具支試管、玻璃管、鐵絲、銅片、注射器、洗氣瓶、濃HNO3、NaOH溶液、蒸餾水等。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27355、操作步驟及現(xiàn)象分析⑴連接好儀器（如圖3-2所示），并檢查裝置的氣密性。⑵向具支試管里加入3ml濃HNO3，向洗氣瓶里加入NaOH溶液，向注射器里注入2ml蒸餾水（濃HNO3與水的比例為3：2）。二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2736⑶將一段鐵絲穿過玻璃管，鐵絲在玻璃管中的部分纏繞有侵入NaOH溶液的棉花，在鐵絲末端掛上銅片并伸入到具支試管里，拉動鐵絲銅片與濃硝酸液面接觸，觀察到試管中反應劇烈有氣體產(chǎn)生，氣體呈紅棕色，液體呈藍綠色。說明濃硝酸與銅發(fā)生了氧化還原反應，銅被氧化生成硝酸銅，硝酸被還原成NO2氣體。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2737⑷將注射器里的蒸餾水注入具支試管里，配成稀HNO3，使銅片與稀HNO3反應，生成NO氣體。觀察到，洗氣瓶中間的玻璃管氣體呈紅棕色，玻璃管外無色，片刻后，洗氣瓶內玻璃管外原來無色，現(xiàn)在呈淡紅棕色氣體，說明NO氣體不溶于水，遇到空氣中的氧氣反應生產(chǎn)NO2氣體

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/27386、實驗結論⑴

實驗在密閉容器中進行，實驗現(xiàn)象明顯，一次實驗可以看到兩個實驗結果，而且可以進行兩個實驗的對比，實驗效果好。⑵實驗綜合了濃、稀HNO3分別與Cu的反應，驗證了濃、稀HNO3都具有氧化性，且與Cu反應生成的產(chǎn)物不同，實驗安全易操作。⑶通過改進實驗裝置，縮短了實驗時間，可控制藥品用量，避免了生成的NO2和NO對師生及環(huán)境的危害。

二、拓展和趣味性實驗

2021/6/2739三、儀器展示學生探究實驗電解水裝置電極的制作2021/6/2740

改進與創(chuàng)新要能夠解決一定的實驗問題

我們改進與創(chuàng)新實驗的目的往往就是用以解決某些實驗問題。如果連這一要求都達不到，那就失去了它的意義。例如：啟普設計的啟普發(fā)生器解決了不需加熱條件下塊狀固體與液體反應制氣的隨控性問題。啟普發(fā)生器既方便了這類氣體的制取，又節(jié)約了化學試劑，因而一直引用至今。由于該儀器制作難度大，后人根據(jù)其原理制所作出具有同等功效的簡易氣體發(fā)生裝置同樣深受實驗者歡迎！2021/6/27412021/6/2742自制氣體發(fā)生器2021/6/2743四、與大家進行實驗交流

在中學化學實驗教學中，還有個別化學實驗，需要與各位老師共同探究。如：走進化學工業(yè)中的合成氨的反應原理

2021/6/2744

在一干燥的硬質試管中放入適量鐵絲絨，按圖4-1連接好實驗裝置。加熱試管中的鐵絲絨至紅熱后，用注射器抽取20mL干燥氮氣和60mL干燥氫氣，將混合氣體通入試管，并用濕潤的pH試紙置于導管出口處，觀察試紙的變化。四、與大家進行實驗交流

2021/6/2745圖4-1合成氨的實驗裝置

四、與大家進行實驗交流

2021/6/2746由氮氣與氫氣直接合成氨的化學原理為：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）（放熱反應）由于該實驗有危險老師們不敢做，用改進后的合成氨實驗裝置進行實驗，可以看到實驗現(xiàn)象，但是，控制不好氫氣的純度已爆炸。四、與大家進行實驗交流

2021/6/27471、改進與創(chuàng)新實驗應具有一定的創(chuàng)造性

任何一個實驗的改進與創(chuàng)新都是為解決某一具體問題而設計的，因此其必定融入改進者的理念，因而具有一定的創(chuàng)造性。而這一理念的來源恰恰是改進者對這一具體實驗的理解和分析。例如：取用粉末狀固體時用藥匙，而現(xiàn)有的藥匙與試管規(guī)格匹配程度不高，因此取用時常常與紙槽并用，這樣就增大了試劑取用的難度且操作繁瑣。根據(jù)這一取用操作特點，我設計制作出“取用固體的塑料槽”，這一改進便使該問題迎刃而解。2021/6/2748取用固體的塑料槽2021/6/2749

2、改進與創(chuàng)新的實驗應盡可能簡單明了且易于操作改進與創(chuàng)新的實驗應該簡潔明了，以便于實驗者、觀察者明白設計者的用意，并通過相對簡單的實驗操作去解決相應的實驗問題。例如：取用少量液體試劑時用膠頭滴管，如果液體的密度較大時，吸入液體后移動滴管時液體易滴落，這給實驗帶來安全隱患。根據(jù)這一情況，我設計的“S形尖嘴膠頭滴管”很好地解決了這一問題。2021/6/2750S形尖嘴膠頭滴管2021/6/2751

3、改進與創(chuàng)新的實驗應具有很好的安全性和規(guī)范性

化學實驗教學時，實驗的安全性應放在首位。為確保實驗者、觀察者的安全，確保實驗的可重復性，設計某些解決具有安全隱患問題的教具時，首先考慮的是安全。例如：點燃可燃性氣體與氧氣或空氣的混合氣體時，往往實驗者心理壓力較大。為了解決這一問題，我設計了遙控點燃氣體的裝置，消除了操作者的心里壓力。2021/6/2752五、化學實驗改進與創(chuàng)新的方法1、引入法

根據(jù)特定需要，靈活地把在其他方面成功的方法引入到實驗改進與創(chuàng)新中。運用此法的關鍵是要善于發(fā)現(xiàn)各類事物的類似性，再從中尋求啟發(fā)。例如：用作電子教鞭的激光筆用于丁達爾實驗的入射光源時，可在明亮教室里進行演示丁達爾現(xiàn)象，解決了丁達爾現(xiàn)象實驗只有在暗光條件下才能完成的問題。2021/6/2753

2、替代法

替代法是設計實驗時常用的方法之一，就是運用具有相同或相似功能的其他器材代替原來實驗所需器材。例如：用于分裝藥品膠囊的塑料板經(jīng)酸液或氫氧化鈉溶液處理、清潔后替代點滴板具有同樣效果，它還可以用于微型投影實驗。2021/6/2754點滴板與膠囊2021/6/2755

3、組合法

許多創(chuàng)造發(fā)明就是把現(xiàn)有的東西中各自要素分開，然后按照新理念加以重新組合，從而產(chǎn)生新事物或新方法。運用組合法改進實驗時，就是把整個實驗器材或全套裝置分解為若干部分，然后科學地組合，從而得到新的實驗裝置。例如：用棉花做成擺球放入容器中，向容器中倒入CO2氣體，棉球在容器中擺動起來，根據(jù)這一現(xiàn)象可知CO2密度比空氣大。此法比用杠桿做此實驗的方法要簡便的多！2021/6/2756驗證CO2密度比空氣大2021/6/2757

4、增減法

在一個裝置上添加一個組件或者把裝置中的器件重組并去掉不需要的部分，往往有可能轉變成具有新的功能的實驗裝置。例如：測定白磷燃燒前后質量變化情況實驗時，把原塞子改成帶導管的塞子，再用橡皮囊封住導管口。這樣，在實驗時就不會出現(xiàn)因容器內壓強增大掙脫塞子而使實驗失敗的情況。2021/6/2758防止內壓增大而沖突塞子2021/6/2759啟示：

當前，化學實驗的改進與創(chuàng)新中，使用的方法比例由高到低分別有：一物多用法（17.5%）、縮放法（16.2%）、移植法（15.0%）、組合法（15.0%）、簡化法（11.2%）、綜合法（10.0%）、替換法（7.5%）強化法（6.25%）、變換輸出法（1.25%）。研究者在該方面靈活運用了各種設計方法，但是各種方法比例不一。主要問題是設計與改進比例失調，創(chuàng)新永遠少于改進；裝置改進的重復研究過多；為改進而改進，反而使裝置復雜化！因此，實