渗透微型实验探究 助力高中化学教学

吕春华 广西南宁市邕宁高级中学

实验探究能激发学习者的兴趣，增强其对所学知识的理解。为获得良好的实验探究效果，应注重对实验内容进行适当创新，通过微型实验的渗透，在巩固所学的同时，更好地锻炼学习者分析问题能力以及探究能力。教学实践中应做好对实验原理的认真分析，在对教学经验认真总结的基础上，通过实验器材的合理选取组装，创设情境新颖的微型实验，更好地吸引学习者的注意，真正地达到激活高中化学课堂，顺利完成教学目标的目的。

一、渗透Cl2相关的微型实验

Cl2是高中化学中的重要物质，其中Cl2的性质是学习者必须掌握的内容。Cl2能够与金属单质、非金属单质、水、碱等发生反应。另外，氯气具有较强的氧化性，可氧化很多物质。实践中为使学习者更好地理解与掌握Cl2与其他物质氧化性的强弱关系，应注重相关微型实验的渗透，课堂上通过展示微型实验，引导学习者认真分析实验现象，探究实验结论。

例如，课堂上可按照如图1所示装置组装实验器材，开展微型实验以制取Cl2，并探究Cl2性质。已知Cl2氧化性强于HIO3，要求学习者认真观察实验操作，分析实验现象，开展探究活动。

图1

（1）加入浓盐酸的仪器还可使用______代替。

（2）加入浓盐酸后试管中发生的化学反应方程式为______。

（3）将浓盐酸缓慢加入试管中，将b关闭，将c、d、e打开，使产生的Cl2缓慢充入上方Y型管，看到的实验现象是_____；关闭c打开b，使Cl2缓慢进入右侧Y型管中，实验现象是_____。

（4）实验中若通入的氯气较多，淀粉-KI试纸逐渐变为无色，原因可能为_______。

（5）该装置_____（填写“能”或“不能”）证明氧化性Cl2＞Br2＞I2，原因为____，为防止污染空气，实验结束时的操作为_______。

制取Cl2依据的化学原理为2KMnO4+16HCl（浓）2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O，用分液漏斗向试管中加入浓盐酸，当生成Cl2时，打开c、d、e，关闭b，因Cl2具有漂白作用，可使潮湿的红布条褪色。同时，Cl2具有较强氧化性，可发生反应Cl2+Na2S2NaCl+S↓，2Cl2+FeCl22FeCl3，因此，含有硫化钠溶液的棉花中出现黄色固体，而浸有FeCl2和KSCN溶液的棉花变红。当关闭c打开b时，因发生反应Cl2+2NaBr2NaCl+Br2，使得滤纸呈现红棕色，Cl2与水生成HCl和HClO，使得蓝色石蕊试纸先变红后褪色。Cl2+2KI2KCl+I2，I2遇到淀粉呈现蓝色。当进入Y型管中的Cl2变多，Cl2继续和I2发生反应生成HIO3，试纸逐渐变成无色。由实验现象可知，该微型实验可得出Cl2的氧化性较溴、碘强，但无法证明溴的氧化性强于碘。实验结束后，为防止多余的Cl2污染空气，应将关闭b，打开a、c，挤压气球，让NaOH溶液吸收Cl2。

该微型实验既制取了Cl2又检验了Cl2的性质，而且兼顾尾气处理，一举多得。因该微型实验情境新颖，很好地激发了学习者的探究欲望，达到了预期的课堂教学效果。

二、渗透浓硫酸相关的微型实验

浓硫酸具有吸水性、脱水性、强氧化性等性质，是硫元素非常重要的化合物。因该部分内容较多，为使学习者更好地掌握浓硫酸的性质，并能根据相关的化学反应现象正确判断浓硫酸对应的化学性质，教学实践中注重为学生展示相关的微型实验，激发学习者思考探究，更加牢固地掌握所学知识。

例如，课堂上采用图2微型实验装置探究浓硫酸和蔗糖的碳化产物，并要求学习者思考相关问题，其中a、b都是气球，已知CO气体通入氯化钯溶液，溶液变为黑色。

图2

实验步骤：其一，检验装置气密性；其二，将滴有酸性高锰酸钾溶液的滤纸、滴有品红溶液的滤纸、浸有氯化钯溶液的滤纸和浸有溴水的滤纸分别放入到①②③④处；其三，夹好止水夹K，向蔗糖上滴加3～4滴蒸馏水，加入浓硫酸发生反应，其中③中的滤纸变成了黑色；其四，将K打开，使气体缓慢进入B和C中，一段时间后④处滤纸颜色无变化，C中澄清石灰水变浑浊。

（1）盛浓硫酸的仪器名称为_____，实验体现了浓硫酸的哪些性质：______。

（2）实验中向蔗糖上滴水的目的是______。

（3）若反应产物中两种碳的氧化物相同条件下具有相同的体积，则蔗糖碳化后发生的反应方程式为______。

（4）步骤四操作的目的是_____。

（5）若用滴加酸性高锰酸钾溶液的试纸替代B，且置于双通玻璃管后，分析其给实验带来的影响：_____。

观察微型实验装置可知，盛浓硫酸的仪器为分液漏斗，实验中浓硫酸和蔗糖发生反应，并且生成CO，体现了浓硫酸的吸水性、脱水性以及强氧化性。向蔗糖上滴水稀释浓硫酸时放出热，可增加反应速率，使得蔗糖快速脱水。实验中澄清石灰水变浑浊表明生成了二氧化碳气体，且CO和CO2在相同条件下的体积相同，根据氧化还原反应知识可得出对应的化学反应方程式为2C+3H2SO4（浓）。因产物中有SO2产生，因此，使其产物通过酸性高锰酸钾溶液，除去生成的SO2，得出生成的产物中确实含有二氧化碳的结论。若使用滴有酸性高锰酸钾溶液的试纸，因其含有高锰酸钾的量较少，无法保证将产物中的二氧化硫除尽，对二氧化碳的检验造成干扰。

该微型实验既进行了浓硫酸与蔗糖的反应，验证了浓硫酸的性质，又适当地拓展了教学内容，锻炼了学习者的探究与分析问题能力，教学效果显著。

三、渗透CuO相关的微型实验

CuO是学习者较为熟悉的铜的氧化物。高中化学教学中应注重围绕CuO开展相关的微型实验探究活动，从学习者熟悉的物质入手，逐渐地过渡到高中化学知识的学习与探究中，降低学习者学习陌生感，给学习者留下深刻的实验印象，使其更好地把握所学知识本质。

例如，在课堂上使用图3所示微型实验进行氢气还原氧化铜的实验。实验时将铜丝1下端弯曲一小圆环，并用铁锤锤击成带小孔的小匙。将铜丝2一端弯曲成螺旋状。已知乙醇、乙醛的沸点分别为78.5 ℃、20.8 ℃，铜作催化剂时乙醇被氧化的反应温度为550 ℃。而后要求学习者结合所学以及理解回答如下问题：

图3

（1）试管Ⅰ中先加入的试剂为____。

（2）Ⅱ中铜丝的具体操作为_____；Ⅰ、Ⅱ中实验现象分别为_____、______。

（3）实验处理铜丝1的目的是______、______，处理铜丝2的目的是_______。

（4）使用图4装置进行实验，其中X为乙醇，稍微加热，铜丝操作和铜丝2相同，发现铜丝由黑变红，过一会儿在干燥管内有乙醛生成；而如果持续进行加热，铜丝不按铜丝2操作，将光亮螺旋铜丝深入同样位置，等待较长时间后没有生成乙醛，可能的原因为_______。

图4

观察微型实验装置可知Ⅰ中的装置是制取H2，因使用Zn粒，因此，试管中应先加入稀硫酸或盐酸。为保证实验安全性，应待Ⅰ中的反应进行一段时间，将装置中的空气排净，而后将铜丝在酒精灯上加热至红热迅速深入到Ⅱ中。其中Ⅰ中的实验现象为Zn粒逐渐溶解，溶液中出现较多气泡；Ⅱ中铜丝由黑色逐渐变成亮红色。处理铜丝1的目的是铜和酸形成原电池，提高氢气产生速率，并且随时提高Zn粒终止反应，便于控制实验。将铜丝2弯曲成螺旋状，可提高铜丝局部温度，增强化学反应速率。若持续加热X，乙醇会将装置中的空气排净，无法生成CuO，不能进行氧化反应，因此，没有乙醛生成。

该微型实验以H2还原氧化铜为背景，结合高中化学知识对实验内容进行适当拓展，给学生带来似曾相识的感觉，驱使其主动地进行探究，既巩固了所学知识，又锻炼了分析问题能力。

四、渗透SO2有关的微型实验

SO2是重要的气体，相关知识点多且是测试的热门考点，掌握SO2的性质是学习的重点。教学实践中为防止学习者产生枯燥感，牢固掌握SO2的性质，应注重采用微型实验替代传统实验，以达到降低实验难度、节省实验药品的目的，提升实验教学效果。

例如，为探究SO2的性质，使用硬质玻璃管做如图5所示微型实验（夹持仪器已省略）。同时，要求学习者积极联系所学，回答以下问题：

图5

（1）写出反应中生成SO2的反应方程式：______。

（2）棉球a的实验现象为先变白，加热后变红，则其上蘸有的试剂为____，得出的结论为_____。

宁德市 （118°32’-120°43’E，26°18’-27°40’N）位于长江三角洲、珠江三角洲、台湾省三大经济区的中间位置，总面积1.35万平方公里，以山地、丘陵为主，海岸线长度1046公里，占全省域的27.88%，海域面积4.46万平方公里。2016年人口数 3.52×106人，国内生产总值（GDP）1.62×1011元。全市生态环境质量保持优良水平，2017年环境空气质量达标天数比例97.7%，饮用水水源地水质达标率为100%，断面功能率达标100%。由白水洋、太姥山、白云山三大景区组成的“宁德世界地质公园”被联合国教科文组织正式列入世界地质公园网络名录。

（3）棉球b蘸有含酚酞的NaOH溶液，则对应的实验现象为____，发生的离子方程式为_____。

（4）棉球c蘸有I2和淀粉的混合溶液，对应的实验现象为_____，发生的化学反应为_____，得出的结论为_____。为了研究SO2的性质，需要首先制取SO2，根据微型实验装置中提供的试剂可知，该实验使用浓硫酸与亚硫酸钠固体反应，对应的化学反应方程式为H2SO（4浓）+Na2SO3Na2SO4+SO2↑+H2O。二氧化硫能够使品红溶液褪色，加热后又恢复原来的颜色，因此，棉球a蘸有的试剂应为品红溶液，得出的结论为二氧化硫具有漂白性；含酚酞的氢氧化钠溶液呈红色，但是当二氧化硫与氢氧化钠溶液发生反应，溶液碱性降低，棉球渐变为白色，对应的离子方程式为SO2+2OH-SO32-+H2O。二氧化硫因具有还原性可与碘发生反应SO2+I2+2H2O2HI+H2SO4，棉球c的蓝色逐渐变弱。

该微型实验使用的器材较少，但研究的内容并不少，既制取了SO2，同时又验证了SO2的漂白性、还原性以及与碱反应的性质。不仅如此，通过加装尾气处理装置，将剩余的SO2全部吸收，避免了空气污染。通过该微型实验开展教学活动，给学生留下深刻影响，使其搞清楚了SO2相关性质以及具体表现。

五、渗透电化学有关的微型实验

电化学是高中化学的重点知识。学习该部分知识的关键在于深入理解原电池以及电解池原理，并能够从氧化还原反应视角解释不同电极下发生的电极反应。教学实践中为使学习者更好地把握电化学的本质，抓住分析问题的关键，应结合教学内容在课堂上设计与展示相关微型实验，并预留相关空白时间，要求学习者积极思考与探究相关问题。

例如，课堂上使用如图6所示微型实验装置开展相关探究活动，实验时先将K1闭合，K2断开，两极均出现了气泡；一段时间后，将K1断开，K2闭合，电流表有偏转。据此回答问题：

图6

（1）将K2断开，K1闭合时，石墨为_____极，铜为_____极，两极产生的气体分别为___、______；总电极反应式为________；铜电极附近溶液pH_____（填写“不变”“变大”或“变小”）。

（2）将K1断开，K2闭合，石墨电极的电极反应式为______；电路中转移1 mol电子时，在____极，生成_____mol的H2O。

当K2断开，K1闭合时，电路中接入了直流电源显然属于电解池，即电解饱和食盐水。由电解池原理可得总的电极反应式为2H2O+2Cl-H2↑+Cl2↑+2OH-，此时石墨为阳极，产生Cl2，铜为阴极，产生H2，因其产生H2，导致附近溶液的OH-浓度增加，因此，对应的pH增大。当K1断开，K2闭合时为原电池，石墨电极为正极，铜电极为负极，石墨电极的电极反应为Cl2+2e-2Cl-，铜电极的电极反应为H2-2e-+2OH-2H2O，电路中转移1 mol电子在负极生成1 mol H2O。

该微型实验涉及电解池与原电池，通过探究相关问题能进一步加深学习者对原电池、电解池原理的理解，使其更加清晰地认识到两者之间的区别，进一步提高学习效率。

高中化学教学中渗透微型实验，给学习者提供探究机会，驱使其主动思考，加深印象，有助于其搞清楚化学知识的来龙去脉，更好地理解与掌握相关化学知识精髓，因此教学实践中应充分认识到微型实验的重要作用，结合具体教学内容，做好微型实验的设计与渗透，提升学习体验，激发学习潜力，促进课堂教学效率的有效提升。