中学教材中金属燃烧实验的改进.pdf

2023 年第7期实验改进与创新中学教材中金属燃烧实验的改进张莎莎1，李周平2（1.山东省博兴第二中学，山东滨州 256500；2.首都师范大学附属滨州中学，山东滨州 256600）摘要：中学教材中金属燃烧实验的不足分别是：铁和铝在氧气中燃烧的实验需要较高的温度，难以点燃；铁和铜在氯气中燃烧时，氯气逸出会对环境造成污染；铁在硫中燃烧时副产物较多，同时也会污染环境。对教材中的实验进行改进，用尽可能少的试剂来获得明显的实验效果，在增强实验趣味性的同时，培养了学生的创新思维能力。关键词：金属；燃烧实验；高温；污染环境；创新思维；微型化DOI：10.19935/ki.1004-2326.2023.07.020新教材中学生探究性实验越来越多，但在实际教学中，许多教师并没有让学生完成探究实验，而是在上课的过程中讲实验或者通过视频看实验，讲实验和听实验并不能培养学生的动手能力和创造能力。笔者通过问卷调查，发现有些落后的地区实验条件差，学校现有的实验条件无法完成学生的探究实验；有教师认为，在课堂上让学生完成学生实验，会影响正常的教学进度。根据以上情况，笔者对教材中金属的几个燃烧实验进行了改进，收到了良好的教学效果。1铝在氧气中燃烧实验的改进山东教育出版社出版的化学九年级下册教材中铝粉燃烧实验方案：取少量的铝粉，均匀地铺在滤纸上，再将滤纸卷起来，用坩埚钳夹持，在酒精灯上点燃，迅速伸入盛有氧气的集气瓶中，铝粉在氧气中剧烈燃烧。1.1教材实验的优点铝粉在氧气中剧烈燃烧，实验现象明显。1.2教材实验的不足（1）由于该实验需要在氧气中点燃，所以实验前需要收集氧气。（2）在点燃滤纸时，会有部分铝粉从滤纸中脱落，进而影响实验效果。（3）卷在滤纸里面的铝粉不能充分燃烧，影响学生对产物的观察。1.3铝粉在氧气中燃烧实验的改进方案（1）方案1：把点燃的酒精灯放在石棉网上，在胶头滴管中吸入少量的铝粉，用胶头滴管的尖嘴对准酒精灯的火焰喷洒金属粉末，瞬间看到铝粉末剧烈燃烧。（2）方案2：在蒸发皿（或小瓷碗）中加入约1 mL无水乙醇溶液，点燃无水乙醇溶液，在胶头滴管中吸入少量的铝粉，用胶头滴管的尖嘴在火焰的上方喷洒金属粉末，瞬间看到铝粉末剧烈燃烧。（3）方案3：取1支白色粉笔，用小刀在粉笔上刻出一个凹槽，把刻好的粉笔在无水乙醇溶液中浸泡20 s，取出粉笔，使其凹槽朝上固定在铁架台上，取少许铝粉放在粉笔的凹槽中，点燃粉笔后铝粉立即剧烈燃烧。1.4改进优点（1）操作简单，现象明显。（2）药品用量少，节约药品。（3）仪器容易获得，安全环保。（4）在空气中燃烧，不需要制备氧气，实验的可视度高，便于学生观察产物和实验现象。（5）实验的趣味性较强，实验仪器可以反复使用。（6）实验成功率非常高，适合课堂演示实验和学生分组实验。（7）以上装置适用于所有活泼金属在氧气中的燃烧实验。2铁在氯气中燃烧实验的改进山东科学技术出版社出版的化学必修第一册教材中铁、铜与氯气反应的方案是：用坩埚钳夹住一束铁丝（或铜丝），燃烧后立刻放入充满氯气的集气瓶中，观察发生的现象，然后把少量的水注入集气瓶中，用玻璃片盖住瓶口，振荡，观察溶液的颜色。57SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第7期实验改进与创新2.1教材实验的优点铁丝和铜丝在氯气中剧烈燃烧，实验现象明显。2.2教材实验的不足（1）由于该实验过程中需要打开集气瓶，会使部分氯气逸出，污染环境。（2）在加热铁丝或铜丝时，加热时间短，温度低，金属不易燃烧；加热时间长，金属与氧气反应，在金属表面产生氧化膜，进而影响实验的效果。（3）金属伸入集气瓶中，玻璃片不能完全盖住瓶口，产生的烟会有部分逸出。（4）反应结束后，集气瓶中可能还有未反应的氯气，缺少对氯气尾气的处理装置。2.3铁在氯气中燃烧实验的改进方案（1）方案1：在硬质玻璃管中央加入含有铁粉（或铜粉）的石棉绒，在硬质玻璃管两端分别塞上橡胶塞，在右端橡胶塞上插入一支玻璃导管，而玻璃导管的另一端插入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中。用注射器从玻璃导管的左侧向玻璃管中注入10 mL氯气后，用酒精灯加热玻璃管中的铁粉（或铜粉），20 s左右在玻璃导管中观察到有棕红色（棕黄色）的烟产生。当反应结束后，用吸耳球从玻璃管的左端吹气，使玻璃管中未反应的氯气全部被氢氧化钠溶液吸收。（2）方案2：按图1所示装置检查气密性后，装好药品，把一端呈螺旋状的铁丝穿到橡胶塞中后，把螺旋状铁丝的一端在酒精灯火焰上烧至红热，从三颈烧瓶左口伸入瓶中后，立即挤压胶头滴管，使氯气进入三颈烧瓶中，观察实验现象。当实验结束后，用注射器从三颈烧瓶中间的口中注入NaOH溶液。氯气KCIO3固体NaOH溶液图1铁丝与氯气反应实验的改进装置2.4改进优点（1）药品用量少。（2）在密闭体系中完成燃烧实验，减少实验污染。（3）在持续加热的过程中反应，氯气反应充分。（4）铁粉与氯气的接触面积大，能加快反应速率。（5）未反应的氯气被吹出，全部被氢氧化钠吸收。（6）实验现象明显，适合课堂演示实验和学生分组实验。3铁与硫燃烧实验的改进山东科学技术出版社出版的化学必修第一册教材中铁与硫粉的反应方案为：把研细的硫粉和铁粉按照一定的比例混合均匀，放在石棉网上堆成条状。用灼热的玻璃棒触及一端，当混合物呈红热状态时移开玻璃棒，观察发生的现象。3.1教材实验的优点在空气中完成实验，可视度高，便于学生观察。3.2教材实验的不足（1）药品用量较多，造成浪费。（2）在硫与铁反应过程中，铁和硫都能与氧气反应，且副产物较多。（3）硫与空气中的氧气反应，生成的二氧化硫会污染环境。（4）灼热的玻璃棒与反应物的接触面积小，不容易引燃反应。3.3铁与硫燃烧实验的改进方案在广口瓶的瓶底中央放一只小烧杯，在小烧杯的底部铺一层细沙，在细沙上面放一小块白磷，在烧杯杯口放一张石棉网，在石棉网上放上铁粉和硫粉的混合物，实验装置如图2所示。用聚光灯引燃小烧杯底部的白磷，将带有橡胶塞的环形玻璃棒烧至红热，当白磷开始燃烧时，把烧至红热的玻璃棒伸入集气瓶中，恰好与铁粉和硫粉的混合物接触，塞好集气瓶的塞子，当混合物呈红热状态时向上提升玻璃棒，观察实验现象。丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈丈玻璃棒细沙铁粉与硫粉的混合物白磷石棉网图2铁与硫燃烧实验的改进装置3.4改进优点（1）因为白磷燃烧时消耗了氧气，所以减少了氧气对实验的干扰。（2）铁粉与硫粉反应时不会有副产物。582023 年第7期实验改进与创新二氧化碳密度探究实验的再改进康泽伟1，高倩2，王立3，徐琳4（1.天津市五十中学，天津 300110；2.天津市二十五中，天津 300110；3.南开区教育中心，天津 300110；4.山东省烟台第十四中学，山东烟台 264000）摘要：二氧化碳是初中化学学习的重要内容，其密度大于空气密度属于其重要物理性质，是课程标准要求掌握的内容之一。针对二氧化碳密度探究实验，分析现行多版教材和文献资料，总结利弊，提出新的改进方法，有效解决了“烟囱效应”、热气流冲散二氧化碳等问题的干扰。改进后的实验简单易操作，现象明显易观察。关键词：二氧化碳；密度；探究实验；烟囱效应DOI：10.19935/ki.1004-2326.2023.07.021CO2是初中化学需要学习的重要气体，其性质的探究实验也是必做实验，多版教科书中设置了CO2倾倒实验，借此验证CO2的密度比空气大。横观现行五版教科书，其中沪教版、粤科版和仁爱版三版教材采用带挡板阶梯蜡烛倾倒CO21；人教版使用无挡板阶梯蜡烛倾倒CO22；鲁科版无该实验。由于该实验在帮助学生学习二氧化碳的物理性质过程中具有重要作用，因此有必要对其再进行讨论和改进。1文献分析各版教科书中的实验设置思路基本相同，存在的问题为：烧杯内2支蜡烛燃烧产生大量的热，使热气流向上运动，冲散了向下倾倒的CO2气体，导致实验失败。针对这一问题，众多中学教师对该实验进行了改进3-5，部分改进方案如图1所示6。CO2CO2CO2底部悬空的挡板图1阶梯蜡烛倾倒CO2改进实验（3）密闭体系减少了污染。（4）白磷燃烧时放出大量的热，使体系的温度升高，有利于铁粉与硫粉的反应。（5）实验现象明显，创新性强，能培养学生的创新思维能力。化学实验是中学化学课堂的主阵地，一个新颖、有创意的实验，能够迅速吸引学生进入课堂教学之中，使学生把兴奋点集中到课堂上，集中到教学内容上，使教者轻松愉快，使听者心驰神往1。中学化学教材中有许多经典实验，其实验方法已经被长期传承和运用，但还有部分实验现象不稳定、成功率不高。在教学中，教师如果只按照教材中的设计方案完成实验，那么有些实验不一定能取得好的实验效果。对此，教师应对这部分实验进行探究，引导学生提出问题、设计出新的实验方案，让学生感受到探究的乐趣，既能锻炼学生的实验能力，又能开拓学生的思维，提升创造力，还能培养学生良好的环保意识、资源意识、安全意识和创新意识2。参考文献1 陈心忠.一次市化学优质课的案例评说 J.中学化学教学参考，2014（5）：63-65.2 李周平，张乐伟.改进教材中的实验增强实验趣味性 J.化学教育，2009（7）：59-61.59