例谈重视化学实验的细节问题

毛杨林

摘要：实验探究是新课程倡导的化学教学的主要方式，准确把握化学实验的每一个细节，是实验成功的关键。通过日常实验教学和听课观察，分析了若干演示实验失败的细节处理过程，指出了尚未引起广大教师注意的化学实验的细节问题，如反应温度、药品准备时间、试剂的滴加顺序、振荡操作、金属的厚度与宽度、试剂用量、观察思维等，以期引起同行的关注和重视。

关键词：实验细节；反应温度；滴加顺序；振荡操作；试剂用量

文章编号：1005–6629（2015）1–0071–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

实验探究是新课程倡导的化学教学的主要方式，一个规范、完整、成功的实验探究，几乎涵盖了提出问题、作出假设、设计方案、实验操作、获得数据、分析推理、得出结论等要素，对于培养学生的科学素养起到非常重要的作用。现在，绝大多数教师都十分重视化学实验，也能将课本中的大多数实验做得很成功，但也不乏有些教师做演示实验时可能是随性而至，信手拈来，常常由于一些实验的细节不够严谨，无法获得预期的、真实准确的实验现象或数据，从而造成实验缺憾甚至失败，得不出正确的实验结论，给学生自主建构化学知识造成障碍，更对学生科学素养的培养产生不利影响。因此，准确把握化学实验的每一个细节，养成良好的实验操作习惯，是实验成功的关键。在日常实验教学和听课观察中，发现了尚未引起广大教师注意的若干化学实验细节问题，现择其典型实例加以阐述，以期引起同行的关注和重视。

1 反应温度

温度是影响化学反应速率的重要因素，但在实验操作中，我们时常并不在意温度的高低，从而遭遇实验失败的尴尬。

1.1 蔗糖在浓硫酸中脱水炭化实验

这是一个非常有趣的实验。有一年笔者接连上两个平行班，在第一个班做演示实验很成功：在200mL的烧杯中放入20g蔗糖，加入1～1.5mL水，搅拌均匀，再加入15mL浓硫酸，迅速搅拌，可以看到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成一种海绵状的炭，并放出刺激性气味的气体。但在第二个班做演示实验时却意外地失败了，只看到蔗糖变成黑褐色的稠状物却不膨胀。这是什么原因？后来才发现原来是下课时，笔者把烧杯中的海绵状炭倒出并用水冲洗干净后，烧杯中残留有部分水，导致升温不足。可见，本实验中水的量会影响温度的高低，直接影响实验的成败。

1.2 过氧化钠、棉花与水的燃烧实验

为了提高过氧化钠与水反应实验的趣味性，教师常常用脱脂棉花包住约0.2g过氧化钠粉末，置于石棉网上，往脱脂棉上滴水，可观察到脱脂棉剧烈燃烧起来。该实验本来是很容易做成功的，可有一年冬天，一位应聘教师在我校招聘面试时做这个实验却未能成功，让他很懊恼。下课时，笔者随他到化学实验室用热水滴到包有过氧化钠的脱脂棉上，结果实验很成功。原来是冬天的水温太低，而导致实验失败。

1.3 铜-锌原电池使小灯泡发光实验

在铜-锌原电池实验中，如何使小灯泡发光是一直难以解决的问题。现行苏教版教材[1]采用灵敏电流计测电流来代替小灯泡发光实验，也有教师采用发光二极管代替测电流，以此判断是否形成原电池。浙江宁波有位教师经过一系列的对比实验后发现：选用6 mol·L-1 H2SO4、电极板浸入表面积为10cm2、电极板间距5cm、对铜片表面加热30s左右等反应条件进行实验，小灯泡会奇迹般地亮起来。

2 药品准备时间

有一次，笔者的两位同事同课异构上汇报课，课题是苏教版“镁的提取与应用”。两位同事不约而同地补充了镁与水反应的演示实验。

教师1实验：现场擦除镁条上的氧化镁，投入蒸馏水中产生的气泡几乎看不到，加热后有少许气泡产生，溶液中滴入酚酞后出现浅红色。实验很成功。

教师2实验：在实验室提前一天擦除镁条上的氧化镁，放置在提篮中，上课演示时直接将镁条投入蒸馏水中，几乎没有气泡，加热后气泡仍然很少，溶液中滴入酚酞，不出现浅红色。实验失败。

教师2准备实验很认真，很充分，可是实验还是失败了，课后重做了几次还是不成功，他心中一阵迷茫。笔者提醒他用现场擦拭的镁带试试，结果成功了。看来药品准备的时间也很讲究。

3 试剂滴加顺序

AlCl3溶液与NaOH溶液、NaAlO2溶液与稀盐酸、Na2CO3溶液与稀盐酸、AgNO3溶液与氨水等反应，其试剂的滴加顺序不同，实验现象也不同，这是我们所熟知的。但中学阶段还有一些反应，其实验现象也与试剂的滴加顺序有关。

3.1 浓溴水与苯酚溶液反应实验

在苯酚稀溶液中逐滴加入浓溴水，可以清楚地观察到有白色沉淀生成。但有一次上课做演示实验时却意外地观察到生成淡黄色沉淀，令人错愕！后来笔者查阅了相关资料[2]才发现，由于实验时不在意试剂的滴加顺序，错将苯酚滴加到浓溴水中：浓溴水过量，三溴苯酚会继续被溴水（HOBr）氧化生成淡黄色的2，4，4，6-四溴-2，5-环己二烯酮：

因此，做苯酚与溴水反应的实验应注意：在苯酚稀溶液中逐滴加入浓溴水，当出现白色沉淀时，立即停止滴加溴水。

3.2 加热Cu（OH）2制CuO实验

向盛有NaOH溶液的烧杯中滴加几滴CuSO4溶液，确保在生成Cu（OH）2过程中NaOH过量，加热就有黑色CuO生成。若向盛有CuSO4溶液的烧杯中滴加NaOH溶液，也可以产生蓝色沉淀，但是对该沉淀进行加热有时就看不到黑色CuO生成。原因是：当碱液不足时，Cu2+离子转化为Cu2（OH）2SO4沉淀而不是Cu（OH）2沉淀，从而观察不到Cu（OH）2的受热分解现象；当碱液过量时，Cu2+离子转化为[Cu（OH）4]2-，而[Cu（OH）4]2-受热易分解为黑色氧化铜沉淀[3]。

4 振荡操作

有关气体溶于水的实验，盛放气体的容器是否振荡、摇动或晃动，实验效果大不相同。

4.1 SO2溶于水实验

SO2在20℃时易溶于水，在1L水中能溶解40L气体，按理说充满SO2的试管倒立在水槽中时，水面应立即上升并充满整个试管。但在实际操作中会发现，试管中的水面常常只上升一个很小的高度，就不会再上升了。为什么？我们通常给学生解释为收集到的SO2不纯，混有一部分空气的缘故。但有一次笔者让学生上讲台做该演示实验，当液面不再上升时，学生不经意间轻轻晃动试管，结果发现水面会随之上升，直至充满整个试管。这个实验现象说明充满SO2的试管倒立在水槽中，试管中的水面只上升一个很小高度的主要原因，不是气体不纯，而是试管中SO2与水接触面小，使局部达到了饱和状态，试管中其余的气体不能再继续溶解，从而使液面无法上升。轻轻晃动试管可使上层SO2饱和溶液与下面的水进行混合，这样SO2就可以继续溶解了。另外，CO2等气体溶于水也有类似情况。

4.2 HCl或NH3的喷泉实验

HCl、NH3常温下在水中的溶解度为1：500、1：700，1胶头滴管的水约1～2mL，用于做喷泉实验的烧瓶容积通常为500mL，按理说1胶头滴管的水完全可以溶解烧瓶中所有的气体，但有些教师在做HCl或NH3的喷泉实验时，即使在装置的气密性良好、气体收集很满的情况下，将胶头滴管中的水挤入烧瓶中，打开止水夹，也常常不能产生喷泉。为什么？是收集到的HCl或NH3不纯吗？不是，根本原因是由于烧瓶中的气体没有被水充分接触溶解。笔者做该演示实验时，先将胶头滴管中的水挤入烧瓶，然后将烧瓶从铁圈上取下，倒转两次，使烧瓶中的气体与挤入烧瓶中的水充分接触，再将烧瓶固定在铁架台上，打开止水夹，每次都能产生美丽的喷泉。

5 金属的厚薄与宽窄

每次教学“铝的性质”时，总想做一个铝箔在氧气中的燃烧实验，以便与镁在空气中燃烧作比较，但每次用常规市售的铝箔进行操作，实验都以失败而告终。如将2cm×5cm的市售铝箔一端固定在粗铁丝上，另一端裹一根火柴，待火柴快燃尽时，立即将铝箔伸入充满氧气的集气瓶中，铝箔不易点燃。若将铝箔放在酒精灯火焰上持续加热，则可看到铝箔融化，有一层薄膜兜住液体，使其不滴落，且呈现红热状态。然而有一次，在实验室操作台上看见有一包红双喜香烟壳放着，笔者随手取出香烟盒内层包装纸，平铺在桌面上，用手指轻轻摩擦除去纸层，将得到的干净铝箔一端固定在粗铁丝上，另一端裹一根镁条，待镁条快燃尽时，立即将铝箔伸入充满氧气（用排水法收集）的集气瓶中，可见铝箔猛烈地燃烧起来，放出耀眼的白光，产生大量白烟。实验成功率达到100%。因此，本实验的关键：铝箔一定要薄且鲜亮干净，氧气要纯。

另外，每次按课本做铁钉镀锌实验，效果总不理想，铁钉表面的镀锌层松散而易脱落，但将铁钉换成铁皮镀锌，效果就好得多。可见，金属的厚度、宽度、粗细等因素有时会影响实验的效果，故要合理选择。

6 试剂用量

6.1 银镜反应实验

有一次做银镜反应演示实验，漫不经心地在一洁净的试管中注入1mL AgNO3溶液，然后加入氨水至沉淀完全溶解，滴加几滴乙醛溶液，水浴加热，结果始终得不到光亮银镜。后来认真地按课本要求重新做实验：逐渐滴加氨水至沉淀刚好溶解为止，则现象明显。可见，氨水的量未控制好，也难以发生银镜反应，氨水过量越多，银镜反应效果越差。

6.2 1-溴丙烷的消去反应实验

按现行中学化学选修教材[4]实验方案做，该实验产生气泡耗时长，生成丙烯少，使酸性高锰酸钾溶液褪色慢。但将KOH乙醇饱和溶液与1-溴丙烷的体积比按4：1混合均匀，加热至70℃左右，则现象明显，1分钟后就产生大量气泡，酸性高锰酸钾溶液1分钟左右就褪色。

因此，不少化学实验的效果与反应物的量有关，实验时滴加试剂不能大意。

7 观察思维

钠与水反应“浮、熔、游、响、红”等实验现象可让学生终身难忘。透过现象看本质，教师常常会给学生解释“浮”说明钠比水轻。在高一，学生对教师的这种说法一般不会提出异议，但到高二，当学生在做钠与乙醇反应的实验时，会发现钠也会浮在表面，但投入瞬间钠会下沉，从而得出钠的密度比乙醇大的结论。这时学生会提出质疑：钠与水反应时由“浮”的现象得出钠比水轻的结论科学吗？这个问题提得很好，钠的密度为 0.97g/cm3，虽然实际上钠比水轻，但用“浮”的现象不足以说明这一点。因为钠与水反应产生的氢气不溶于水，附在钠的表面形成氢气泡层，产生了浮力。因此，做钠与水反应的实验，难以得出钠与水的密度谁大谁小的结论，应调整观察思维：钠投入水的瞬间是沉还是浮？

“天下之大事必作于细”（《韩非子·喻老》），实验教学上任何一次成功的尝试，都离不开许许多多闪光的细节。每个化学实验都有不同的细节问题，如浓度、纯度、压强、光照、介质、容器的大小和材质等，都会影响化学实验的效果甚至决定成败。化学实验失败的原因可能有多种，或许是教材的实验设计忽视了有关细节，或许是教师本身在实验操作时不经意间忽视了有关细节。当课堂教学遭遇化学实验失败时，不能搪塞，要把它当作重要的教学资源，与学生一起冷静地分析与研究，找出失败的原因，并提出改进的方案，从而提升实验教学的价值与魅力，不断地提高教育与教学的质量。

参考文献：

[1]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2 [M].南京：江苏教育出版社，2010：40.

[2]邢其毅，裴伟伟，徐瑞秋，裴坚.基础有机化学（第三版）（下册）[M].北京：高等教育出版社，2009：836.

[3]河北师范大学等合编.无机化学（下册）[M].北京：高等教育出版社，2006：596.

[4]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础[M].南京：江苏教育出版社，2010：62.