我们在进行化学实验教学与研究时

我们在进行化学实验教学与研究时，不可避免的会遇到下面的一些问题：1.怎样做才能确保实验的成功？2.实验失败了怎么办？3.该实验有没有不完美的地方？如何改进？4.实验出现了意外现象怎么办？5.对于困惑我们的一些问题是消极等待还是主动探究？6.对权威结论是深信不疑还是有所怀疑？若是怀疑，能否去实验验证？。以上几个问题既是我们遇到的实际问题，也是实验研究的方向问题。近几年来，本人在以上几个实验问题上进行了一些探索，得到了几点认识。现与大家一起交流、讨论，不妥之处敬请批评指正。对中学化学实验教学与研究的几点认识浙江省杭州市西湖高级中学夏立先[e-mail]美定量才能准确意外蕴含价值质疑发现错误探究获取真知手段需要现代一、细节决定成败二、改进才会完美三、定量才能准确四、意外蕴含价值五、质疑发现错误六、探究获取真知七、手段需要现代在科学史上，有一些科学家由于重视细节而获得了一些发现或发明，而有一些科学家由于未重视细节而与成功失之交臂。相信大家都知道“李比希的教训”。德国著名化学家李比希在做海藻提取碘的实验时，发现在试管底部沉淀着一种棕红色液体，他没有对这种液体进行任何分析便贴上了ICL（氯化碘）的标签。四年后，即1826年法国科学院审查、法国药学家、化学教授巴拉在做了同样的实验发现它根本不是ICL而是单质Br2（溴），巴拉因此而获得了诺贝尔化学奖。李比希因为自己的不细心、想当然而错过Br2的发现，与诺贝尔化学奖失之交臂，遗憾终生。1785年，英国科学家卡文迪许通过实验发现，把不含水蒸气、二氧化碳的空气除去氧气和氮气后，仍有很少量的残余气体存在。这种现象在当时并没有引起化学家的重视。一百多年后，英国物理学家雷利测定氮气的密度时，发现从空气里分离出来的氮气每升质量是1.2572克，而从含氮物质制得的氮气每升质量是1.2505克一、细节决定成败。经多次测定，两者质量相差仍然是几毫克。可贵的是雷利没有忽视这种微小的差异，他怀疑从空气分离出来的氮气里含有没被发现的较重用其它方法从空气里也得到了这样的气体。经过分析，判断该气体是一种新物质。由于这气体极不活泼，所以命名为氩同样，我们在做一些演示实验或学生实验时，有时成功有时失败，其原因往往在于一些细节。例如：1.蔗糖与浓硫酸的面包实验2.乙烯的制备实验3.钠与硫酸铜溶液的反应4.过氧化钠、棉花与水的燃烧实验5.铁上镀锌的实验6.钠镁铝分别与水的反应中学化学教材中的一些实验并不完美，会存在这样或那样的问题，这需要我们去完善去改进。改进实验应遵循以下原则：①科学性原则②简约性原则③安全性原则④明显性原则。例如：1.对乙酸乙酯水解实验的改进2.对钠在空气中燃烧实验的改进3.对钠与水反应实验的改进4.对焰色反应实验的改进5.巧妙改进压强对化学平衡的影响6.中和热测定实验的改进二、改进才会完美评述：经多次试验该实验效果不理想，特别是第二支试管里与第一支试管里乙酸乙酯的气味差不多。不仅如此，该实验设计有明显缺点：(1)取用的乙酸乙酯的量太少，加上水浴加热温度太高导致乙酸乙酯(沸点为77.1℃)挥发，实验误差大。(2)用闻气味的方法判断水解的程度是不准确的。因为3滴乙酸乙酯与4滴乙酸乙酯的气味差不多，所以只加水与加稀硫酸的气味差不多，不好作出判断。(3)所加的酸(H+)与碱(OH-)的浓度不同，实验的结论缺乏科学性。一、人教版(化学第二册2003年6月第l版)实验实验：在3支试管里各加入6滴乙酸乙酯。向第一支试管里加蒸馏水5.5mL；向第二支试管里加稀硫酸(1：5)0.5mL、蒸馏水5mL；向第三支试管里加入30％的氢氧化钠溶液0.5mL、蒸馏水5mL。振荡均匀后，把三支试管都放入70℃~80℃的水浴里加热。几分钟后，第三支试管里乙酸乙酯的气味消失了；第二支试管里还有一点儿乙酸乙酯的气味；第一支试管里乙酸乙酯的气味没有多大变化。二、苏教版(实验化学2006年2月第l版)实验实验步骤：(1)取三支试管，编为l、2、3号，分别注入4mL蒸馏水、4mL2mol•L-1H2SO4溶液、4mL4mol•L-1NaOH溶液。在试管1、2中各滴加一些甲基橙指示剂，试管3中滴加一些石蕊溶液，使三支试管中溶液的颜色分别为橙色、红色和蓝色。(2)在三支试管中各加入2mL乙酸乙酯，振荡后将三支试管同时插入热水浴(约60℃)中，加热约5min(加热过程注意不要振荡)。观察现象，比较各试管中无色乙酸乙酯层剩余体积的大小。评述：和人教版实验相比，该实验最明显的改进是将闻气味改为比较乙酸乙酯层剩余体积的大小。但经多次试验该实验效果仍不理想，特别是1、2号试管的乙酸乙酯层剩余体积的大小基本一样。不仅如此，该实验设计还有明显缺点：(1)水温太低(约60℃)，反应太慢；(2)加热过程中由于不准振荡，导致反应物接触面积太小，实验现象很不明显；(3)没有考虑乙酸乙酯在水中和电解质溶液中溶解度的差异。三、思考与探索问题：为什么苏教版实验加热过程中不准振荡呢?如果振荡会怎么样呢?为此，我们进行了实验：实验步骤同前，只是在加热过程中同时振荡三支试管。结果实验现象出现了异常，乙酸乙酯层剩余体积的大小是2号(硫酸溶液)1号(水)3号(NaOH溶液)。仔细观察还会发现1号试管下层溶液很浑浊，而2号、3号试管下层溶液澄清。我想这就是为什么该实验加热过程中不准振荡的原因。是不是出现的反常现象跟1号试管下层溶液很浑浊有关?溶液浑浊是不是因为溶解了乙酸乙酯?如果将水改为食盐水会怎么样呢?为此，我又进行了实验：实验步骤同前，只是将水改为食盐水，并且加热过程中同时振荡三支试管。如果1号试管下层溶液不再浑浊，乙酸乙酯层剩余体积的大小是NaCl溶液H2SO4溶液NaOH溶液。但是，该实验反应太慢。四、实验改进1．实验步骤(1)取三支同规格试管，编为1、2、3号，分别注入4mL4mol•L-1NaCl溶液、4mL4mol•L-1H2SO4溶液、4mL4mol•L-1NaOH溶液。在试管l、2中各滴加两三滴甲基橙指示剂，试管3中滴加两三滴石蕊溶液，使三支试管中溶液的颜色分别为黄色、红色和蓝色。(2)在三支试管中各加入2mL乙酸乙酯，振荡后将三支试管同时插入热水浴(约70℃～75℃)中，加热约5min一10min(加热过程中每间隔1min～2min，可同时取出三支试管并用力振荡3—5次，再放入水浴中继续加热)。观察现象，比较各试管中无色乙酸乙酯层剩余体积的大小。2．改进说明我们是在苏教版实验的基础上进行了如下改进：(1)将蒸馏水换成4mol•L-1NaCl溶液，目的是减小乙酸乙酯在水中的溶解度，使实验的结果更准确。(2)将水温由60℃改为70℃～75℃，加快了反应速度。(3)由加热过程中不振荡试管改为振荡试管，增大了反应物间的接触面积，不同反应间的差异得以充分体现，实验现象差异更为明显。(4)三支试管中除乙酸乙酯外其溶液呈黄、红、蓝色，更便于观察未水解的乙酸乙酯的体积。3．改进效果改进后的实验效果非常好，剩余乙酸乙酯的高度(体积)有明显不同，即NaCl溶液H2SO4溶液NaOH溶液。科学史一再证明，一门学科要想成为科学，必须由定性走向定量。中学化学中对一些知识的描述或结论是定性的、没有定量化，这种模糊处理是不妥的，会带来科学性错误。例如：1.氯水与石蕊试液的变色反应2.苯酚与石蕊试液的变色反应3.用氯化钙溶液区分碳酸钠溶液与碳酸氢钠溶液4.浓硝酸与石蕊试液的变色反应5.钠与硫酸铜溶液的反应三、定量才能准确在科学史上，有许多发现或发明缘于意外，弗莱明发现青霉素、石蕊遇酸的反应等。一束普通的鲜花，一次偶然的机会。孕育了一个重大的发现一酸碱指示剂的发现这是发生在300多年前的一个真实的故事。英国著名物理学家、化学家波义耳平素非常喜爱鲜花，但他却没有时间去逛花园。于是，他只好在自己的房间里摆上几个花瓶，让园丁每天送些鲜花来以便观赏。一天，园丁送来几束紫罗兰。正准备去实验室的波义耳立即被那艳丽的花色和扑鼻的芳香吸引住了。他随手拿起一束紫罗兰，边欣赏边向实验室走去进了实验室后，他把紫罗兰往桌上一放，就开始了他的化学实验。就在他向烧瓶中倾倒盐酸时，一不小心将酸液溅出了少许，而这酸液又恰巧滴到了紫罗兰的花瓣上，波义耳叹息之余立即将紫罗兰拿到水中去冲洗，谁知这下却发生了一个意想不到的现象:紫罗兰转眼间变成了“红罗兰”，四、意外蕴含价值这惊奇的发现立即触动了科学家那根敏锐的神经：“盐酸能使紫罗兰变红，其它的酸能不能使它变红呢？”当即，波义耳就和他的助手分别用不同的酸液试验起来。实验结果是酸的溶液都可使紫罗兰变成红色。酸能使紫罗兰变红，那么碱能否使它变色呢？变成什么颜色呢？紫罗兰能变色，别这惊奇的发现立即触动了科学家那根敏锐的神经：“盐酸能使紫罗兰变红，其它的酸能不能使它变红呢？”当即，波义耳就和他的助手分别用不同的酸液试验起来。实验结果是酸的溶液都可使紫罗兰变成红色。酸能使紫罗兰变红，那么碱能否使它变色呢？变成什么颜色呢？紫罗兰能变色，别的花能不能变色呢？由鲜花制取的浸出液，其变色效果是不是更好呢？经过波义耳一连串的思考与实验，很快证明了许多种植物花瓣的浸出液都有遇到酸碱变色性质，波义耳和助手们搜集并制取了多种植物、地衣、树皮的浸出液。实验表明，变色效果最明显的要数衣类植物-石蕊的浸出液，它遇酸变红色，遇碱变蓝色。自那时起，石蕊试液就被作为酸碱指不剂正式确定下来了。以后波义耳又用石蕊试液把滤纸浸、晾干，切成条状，制成了石蕊试纸。这种试纸遇到酸溶液变红，遇到碱溶液变蓝，使用起来非常方便。我们在做实验时有时会出现一些意外现象，这些意外现象往往蕴含着巨大的科学价值或教育价值，所以我们非常有必要去进行探究。1.真假碘盐的鉴别2.稀硫酸与铜片的反应3.苯中加入溴水的实验4.对丁达尔实验的探究5.一次有意义的社会实践活动-----杭州市市场中海带、紫菜是否含碘的调查测定6.铜跟浓硝酸反应现象对于一些书籍甚至教材中的某些结论不一定都正确，因为有些结论不是通过实验而是通过逻辑推理或主观臆断得来的。所以，我们不要相信权威，要相信实验事实，实验是最高法庭。例如：1.浓硝酸受热易分解2.钠分别与乙醇、苯酚反应，后者反应更快3.除去乙酸乙酯中的乙酸不能用氢氧化钠溶液4.苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色5.这种检验食盐是否含碘的方法科学吗？五、质疑发现错误我们今天学习的大量化学知识从何而来？是前人通过探究、观察、思考、总结而来。而对于大量的未知化学知识怎么办？是消极等待还是主动探究？我想，我们应当主动探究，去获取原创性的知识。要在原创性的知识产权名录中，有更多中国人的名字。对于困惑我们的一些问题，我们要积极去探究。例如：1.钠与水反应本质的探究2.向水中加入固体体积如何变化？3.浓氨水与浓盐酸在空气中异常现象的探究4.二氧化氮通入一些液体有何现象5.蔗糖与浓硫酸的面包实验中加入几滴水的作用探究6.判断一种纯液体或水溶液比水轻还是重的经验公式六、探究获取真知随着科技的进步，出现了很多先进的技术、仪器和设备，如计算机技术、手持技术、激光技术、微波技术、光谱技术等。这些现代技术可以应用于化学实验中，完善实验手段、提升研究水平。例如：1传感器绘制乙酸加水稀释导电性与加水量关系曲线2.三极管放大器在原电池实验中的应用七、手段需要现代