化学实验思考.doc

新教材中几个实验问题的思考

新教材中的化学实验在形式与内容上有了很大的改革和创新。但对某些实验的科学性、安全性和简约性关注不足，笔者对其中的几个问题进行了反思，提出了自己的一些观点。

新编高中化学教材（下称“新教材”）中的化学实验在形式与内容上有了很大的改革和创新，如几乎每个实验都以图示的形式展示其全部操作过程；充实了不少新实验如“家庭小实验”、“选做实验”；合理改进了老教材的实验；每项学生实验内容前有“导入语”、后有“问题和讨论”等。既体现了实验是学好化学的基础，又鲜明地突出了实验的指导思想、科学方法及实际运用，为教师的教学和学生的学习留下了更多、更广阔的空间，符合全面发展人的能力和社会科技发展的要求。但新教材对某些实验的科学性、安全性和简约性关注不足，笔者对其中的几个问题进行了反思，现提出自己的一些观点。
一、实验方法要科学严谨　

新教材“学生实验三（一）4、燃烧钠制取过氧化钠”的操作，如图一。此实验的设想是，当钠开始燃烧后，热气体从玻璃管上方排出，新鲜的空气从下口进入，形成对流以期给反应提供充足的氧气。但笔者经反复试验后发现存在如下问题： 图一
当钠开始燃烧后，钠熔化而粘在玻璃内壁上。如倾斜玻璃管并加热金属钠，玻璃管确实可起到一定的“烟囱”作用，形成一定的空气对流，钠表面完全燃烧。但贴着玻管内壁的那部分钠的产物往往是灰色的，如将其取出置于水中有钠和水反应的明显迹象，说明燃烧产物中还含有一定量的金属钠，不全是过氧化钠，实验效果并不理想。
试用流体力学原理可以解释上述现象，当空气进入管道时由于气体分子间的摩擦而产生粘滞现象，管内中心部分的气体分子运动得较快，可使钠获得充足的氧气而生成过氧化钠；贴近管壁的气体分子运动速度几乎为零。因难以获得充足的氧气，粘在管壁的钠只有部分被氧化。在狭长的玻璃管内形成的对流效果远不如在敞开环境中好。实际上，制取过氧化钠最好的方法就是把钠放在蒸发皿中燃烧，操作简便，效果明显；且取用过氧化钠也方便，可避免钠球在玻璃管内未燃烧前滚落、玻管在燃烧及冷却时易破裂等毛病。
作为教材中的化学实验，其方法更要严谨，整个实验原理、实验操作程序和方法必须与化学理论知识和化学实验方法相一致，而且把科学思想与科学方法渗透到其中。
二、实验材料要安全可靠
新教材“实验2－4钠与水反应产物氢气检验”的材料，采用生活中很容易找到的塑料瓶，如图二。
此法虽然突出了教材中“家庭小实验”灌输给学生“开动脑筋，到生活中广泛收集实验材料，为我实验所用”的思想，但忽略了材料的性能是否符合安全要求。笔者认为这个实验主要存在以下不安全隐患： 图二
⒈塑料瓶熔点低，不能做高温反应容器。实验中因钠与水反应的剧烈放热，使金属钠很快熔化而脱离大头
针，浮到瓶子上方的水面在不停地游动。无序快速运动中的钠球接触塑料瓶壁时，会熔化塑料瓶壁，钠球就极有可能喷射而出。笔者在演示实验时发生过，射出的钠球险些击中学生的眼睛。有人认为钠的熔点低，熔化的钠球本身的温度不会太高，这可能是一种错觉。因为反应放出的大量热，熔化了钠球甚至可以点燃所产生的氢气，足见钠球本身的温度是很高的，而用做塑料瓶材料的聚乙烯熔点只有110—115℃，故钠球完全有可能熔穿塑料壁激射出来。
⒉塑料瓶的弹力容易吸入空气而形成氢氧混合气，点燃可能发生爆炸。该实验完美的设想是，通过外力挤压使水刚好充满瓶口而排净空气，塑料瓶预留出一定空间，然后塞上带有金属钠的瓶塞，通过钠与水反应产生的氢气来填充原有的空间。由于实验中空间的预留与钠块大小的选取，都是凭经验估计的，有较大的随机性，实际上每次要做到两者完美的匹配很难。反应产生的氢气，太多了易冲出瓶塞，导致下一步无法操作；太少了不能使瓶子复原，拨出瓶塞后因瓶子原有的弹力而吸入一定量的空气，此时点燃的可能是氢氧混合气。笔者反复试验（设有保护屏），出现过多次爆炸，塑料瓶被炸得碎片四溅。
高温的钠球固然不会每一次将塑料瓶壁熔穿，点燃的气体也不见得每一次都会发生爆炸，但只要有一次危险发生就会可能造成严重的后果。化学实验，尤其是教材推荐的各类实验，在材料和方法上必须做到万无一失，确保绝对安全。同时，选择的实验条件和要求不能过于苛刻，应当相对宽松，要充分考虑到教师和学生在实际操作中可能出现的偏差，最大限度地避免事故。在不违反科学性的前提下，我们认为实验材料的安全性是实验设计时首先要考虑的。

三、实验过程要简约有效
新教材首次在学生实验中使用点滴板，突出了“可持续发展”的思想。但未能贯穿教材始终，实验中仪器容量偏大、药品用量偏多现象仍较为普遍。笔者以为教材选用的实验，其过程要简约有效。现有建议如下：
1、 只要能达到同样的效果，应合理采用微型实验。如新教材“实验4－4次氯酸的漂白作用”选用图三
的装置，而图四的装置显然更具优点。笔者并不认为所有的实验都得微型化，但操作复杂化或仪器容量过大，可能会延长实验时间或增加药品用量，造成实验效率低下。

2、实验选用的仪器要恰当，避免形成思维障碍。“实验3－8　配制一定物质的量浓度溶液”和“学生实验六　同周期、同主族元素性质的递变”，都用到了量筒。前一实验中教材的意思是用量筒准确量取一定体积的水用于溶解。实际上没有必要用量筒，因用于溶解的水量在适可范围内即可，多些少点对实验并无影响，烧杯本身固有的刻度即能满足要求。后一实验中不必按教材先用量筒量得50ml的水，而只需让学生在锥形瓶中注入约2cm高的水即可。在可用估计数处如果子刻板使用准(精)确值，必然会阻碍思维的变通和流畅。

3、给出实验最佳效果时实际用量的最小合理值。如乙醛的费林反应，按课本的用量加入0.5ml乙醛溶液往往使新制的氢氧化铜溶解而得不到红色沉淀，事实上只需加1-2滴乙醛溶液就有明显现象。新教材虽然强化了实验中 “量”的概念，但仍有许多试剂用量不甚合理，其结果可能会导致实验失败或反应现象不一致。教材如能给出实验最佳效果时实际用量的最小合理值，可以减少实验的盲目性而提高实验成功率，又能节约药品杜绝浪费，体现了化学实验的严谨性和人的环保意识。
4．学生实验课的内容应是有意义的且容量适度。课前提示和实验整理已占了一些时间，实验课如缺乏有意义的内容或课堂容量过于饱和，学生势必会忽略仔细观察与认真思考的过程，或为赶进度而影响实验教学的质量。故学生实验课的内容应是有意义的且容量适度，这样学生就有兴趣、有时间去观察与思考。如新教材“实验一　化学实验基本操作（一）”，一般是一课时。内容不多，但学生大部分的时间化在氢氧化铜的过滤、蒸发和分解上 ，使得许多人未制得氧化铜就到下课了，下面氯酸钾催化分解的实验就无法完成。若按教师用书建议开两课时，对每星期才两课时化学的高一，做一个并无多少实质性内容的实验似乎效率太低。
参考文献： 1、《全日制普通高中教科书 化学 第一、二册》，人民教育出版社，2001年6月版
2、 竺 凌：《从高一新教材看化学实验教学改革》，长沙水电学院《实验教学与装备》2000年第3期
3、 梁慧姝 郑长龙著，《化学实验论》，广西教育出版社，1996年11月版