教材演示实验的思维演变.doc

教材典型演示实验的思维演变
胡杨胜
（武汉六中 430016）
实验考查既是高考命题的重点，又是高考试题的难点，尤其是新课程计划的实施，使实验考查得到进一步加强，在高考试题中所占总分的比例也在逐年提高。分析历年高考实验不难发现，实验素材往往来源于教材的某个实验，然后加以适当的改变和提高，体现常规中的不常规，平凡中的不平凡，熟悉中的不熟悉，此类题目立意比较新颖。所以分析历年高考实验试题，以课本实验为基础，加以挖掘和创新，应是高考化学实验复习的主旋律。本文仅就高中化学中几个典型实验进行一定的创新和演变，以期抛砖引玉。
1.喷泉实验装置的设计
在学习氨气的喷泉实验时，理解喷泉实验的本质是形成压强差而引发液体上喷，为此可以引导学生将知识类比、迁移、演变设计多种不同的操作(如用其他易溶于水的气体、热敷或冷敷、发生气体体积减小的反应等)来使喷泉产生。

高考回顾：2002年普通高等学校招生全国统一考试
制取氨气并完成喷泉实验（图中夹持装置均已略去）。
（1）写出实验室制取氨气前化学方程式：2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O

（2）收集氨气应使用向下排空气法，要得到干燥的氨气可选用做碱石灰做干燥剂。
（3）用图1装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。该实验的原理是氨气极易溶解于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小。
（4）如果只提供如图2的装置，请说明引发喷泉的方法。
打开夹子，用手（或热毛巾等）将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉。或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶中。
2.Fe(OH)2的制备操作装置的设计
Fe(OH)2是一种白色沉淀，在空气中或在含有氧气的水溶液中被氧化而变色，难以观察到它的本来颜色。在教材演示实验中是采取了反常规操作将胶头滴管深入液面以下来制备纯净的Fe(OH)2。为此我们可以采取以下一些演变：

高考回顾：2003年普通高等学校招生全国统一考试
用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。
方法一：用不含Fe3＋的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。
（1）用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入稀H2SO4 、 铁屑。
（2）除去蒸馏水中溶解的O2常采用煮沸的方法。
（3）生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液， 插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是避免生成的 Fe(OH)2沉淀接触O2
方法二：在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。
（1）在试管Ⅰ里加入的试剂是稀 H2SO4 、铁屑。
（2）在试管Ⅱ里加入的试剂是NaOH溶液。
（3）为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度。当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹。
（4）这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入。
3.氨气的制备
氨气的制备有实验室和工业制备两种。在实验室制备中是用固态氯化铵与氢氧化钙混合加热，当然也可以将此思维演变成加热浓氨水或浓氨水加碱石灰等方法。氨气的工业制备也可以把其演变为简单的实验室制备。
高考回顾：2004年天津普通高等学校招生全国统一考试
I. 合成氨工业对化学的国防工业具有重要意义。写出氨的两种重要用途制化肥、制硝酸
II. 实验室制备氨气，下列方法中适宜选用的是②④。
① 固态氯化铵加热分解 ② 固体氢氧化钠中滴加浓氨水
③ 氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热 ④ 固态氯化铵与氢氧化钙混合加热
III. 为在实验室利用工业原料制备少量氨气，设计了如下装置（图中夹持装置均已略去）。

[实验操作]
① 检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。在A中加入锌粒，向长颈漏斗注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气发生。在F出口处收集氢气并检验其纯度。
② 关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a，将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。
③ 用酒精灯加热反应管E，继续通氢气，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。
回答下列问题：
（1）检验氢气纯度的目的是排除空气，保证安全。
（2）C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是锌粒与酸脱离，防止了实验装置中压强过大。此时再打开弹簧夹b的原因是尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率，C瓶内气体的成份是N2 H2。
（3）在步骤③中，先加热铁触媒的原因是铁触媒在较高温度时活性增大，加快氨合成的反应速率。反应管E中发生反应的化学方程式是。
附：启普发生器的操作原理是利用气压知识使固、液接触或脱离，控制气体反应随即产生或停止，使之控制反应的发生。为此我们可以采取以下一些演变：

4.铁与水蒸气的反应
在常温下，铁与水不反应，但红热的铁能与水蒸气反应。在教材中是用以下装置反应并收集得到的氢气。

高考回顾：1996年全国普通高等学校招生考试
在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应,可以得到铁的氧化物.该氧化物又可以经过此反应的逆反应,生成颗粒很细的铁粉.这种铁粉具有很高的反应活性,在空气中受撞击或受热时会燃烧,所以俗称"引火铁".请分别用下图中示意的两套仪器装置,制取上述铁的氧化物和"引火铁".实验中必须使用普通铁粉和6摩/升盐酸,其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去).
填写下列空白:
(1)实验进行时试管A中应加入的试剂是普通铁粉(或铁粉);烧瓶B的作用是作为水蒸气发生器(或用来产生水蒸气)烧瓶C的作用是防止水倒吸(或用作安全瓶);在试管D中收集得到的是氢气
(2)实验时,U型管G中应加入的试剂是固体NaOH(或碱石灰、CaO等碱性固体干燥剂);长颈漏斗H中应加入6摩/升HCl
(3)两套装置中,在实验时需要加热的仪器是(填该仪器对应的字母) A、B、E.
(4)烧瓶I中发生的反应有时要加入少量硫酸铜溶液,其目的是加快氢气产生的速度.
(5)试管E中发生反应的化学方程式是. Fe3O4+4H2=====3Fe＋4H2O
(6)为了安全,在E管中的反应发生前,在F出口处必须检验氢气的纯度;E管中的反应开始后,在F出口处应点燃氢气.
附：在某些实验中，由于溶液的倒吸，会对实验产生不良的影响，如玻璃仪器的炸裂，反应试剂的污染等。为此我们可以采取以下一些措施及演变：

对于尾气处理也可以采取一系列演变的装置。如灼烧式可用于除尾气CO；吸收式可用于除Cl2、H2S等；切断式可用于吸收极易溶于水的气体；收集式可用于收集有毒气体。

参考文献
[1]王后雄 化学教育 2004（4） 36
[2]宗汉 中学生理科月刊(高中版) 2003(3)