化学探究性实验教学的尝试

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文章编号：1005－6629(2007)09－0006－03中图分类号：G633.8 文献标识码：C

化学探究性实验教学的内容主要包栝：对重点知识或难点知识的发生、发展进行探究；学习新知识时，质疑困难处探究；在解决实践问题上的探究；在知识求异、求变上的探究；在实验装置上进行探究，等等。

1对新知识实验机理的探究

1.1镁粉与溴水反应机理的探究

在学习《从海水中提取重要元素》设计了镁粉与溴水反应机理的探究课题，探究过程如下：

（1）提出假说

学生明确要探索的课题后，经过讨论形成两种假说。①镁粉直接与单质溴反应，因为溴单质的氧化性较强。②镁粉与溴水中的酸反应，因为溴水中存在反应：Br2+H2OHBr+HBrO

（2）设计方案

针对提出的假说，学生设计了如下方案：将镁粉放入溴水中，观察溴水是否褪色，有无气泡产生。如果溴水褪色且无气泡产生，证明反应过程为假说①；如果溴水褪色且有气泡产生证明反应过程为假说②。

（3）探究验证

按设计的方案进行实验，将镁粉放入溴水中，结果发现镁粉能使溴水褪色，但只是开始产生少量的气泡。实验结果与学生的两种假说相冲突。

（4）修改假说和方案

针对上述现象，有的小组认为反应过程为①、②并存，有的小组认为反应过程为①，理由是：若反应过程为②，气泡将持续产生，直到溴水褪色。为证明反应过程为①，学生将镁粉放入液溴中，结果无明显现象。于是指导学生分析液溴和溴水不同之处，学生很快想到向含有镁粉的液溴中滴加几滴水，结果发现溴的红棕色很快褪去。

（5）得出结论

学生根据实验结果，对照假说，分析归纳出结论。镁粉与溴水的主要反应过程为： Mg+Br2 MgBr2，水在反应过程中起催化作用。与Zn+I2 ZnI2水在反应过程中起催化作用一致。

1.2乙醛与溴水反应机理的探究

在学习乙醛知识时，在溴水中加入足量乙醛溶液，观察到溴水褪色现象。引导学生提出问题产生上述现象的原因是什么 ?

（1）提出假说

①溴水可能与乙醛发生取代反应 ；

②由于乙醛中有不饱和键，溴水可能与乙醛发生加成反应；

③由于乙醛有还原性，故乙醛可能与溴水发生氧化反应。

（2）设计方案

方案一：检验褪色后溶液的酸碱性。取代反应会产生HBr，溶液酸性会增强。

方案二：测定反应前溴水中Br2的物质的量和反应后Br-的物质的量。假设测得反应前溴水中Br2 的物质的量为a mol；若测得反应后n(Br-)=0mol，则说明溴水与乙醛发生了加成反应 ；若测得反应后n(Br-)=amol，则说明溴水与乙醛发生取代反应；若测得反应后n(Br-)=2a mol 则说明溴水与乙醛发生了氧化反应。

（3）修改假说和方案

若为取代反应，方程式为：CH3CHO+Br2BrCH2CHO+HBr；若为加成反应方程式为CH3CHO+Br2CH3CHBrOBr；若为氧化反应方程式为CH3CHO+H2O+Br2CH3COOH+2HBr 。由于假说①③都有HBr产生，所以测褪色后溶液的酸碱性不恰当。所以只能采取方案二。

（4）实验探究

按物质的量之比为1∶5配制1000mL KBrO3―KBr 溶液，该溶液在酸性条件下完全反应可生成0.5 mol Br2。 取该溶液10mL, 加入足量乙醛溶液使其褪色，然后将所得溶液稀释为100mL。准确量取其中的10mL，加入过量 AgNO3溶液，过滤、洗涤、干燥后称量得到固体0.188 g 。

（5）解释与结论

已知CH3COOAg 易溶解于水。根据上述实验数据, 通过计算Br2的物质的量为0.5/1000=0.0005mol，n(Br-)= 0.188/188=0.001mol， n(Br2)∶n(Br-)=1∶2。判断溴水与乙醛发生了氧化反应。只有CH3CHO+H2O+Br2CH3COOH+2HBr正确。

通过上述活动，充分体现了学生的主体地位，使学生亲身体验到类似于科学家发明、发现的过程，不仅有利于学生进行科学方法训练，培养学生的创新精神和实践能力，而且有利于创新个体的形成和发展。

2对化学知识质疑的实验探究

2.1质疑氯化钙与碳酸氢钠有沉淀生成的实验探究

在设计碳酸钠与碳酸氢钠溶液的鉴别实验中，有一种方案是向碳酸氢钠溶液和碳酸钠溶液中分别加入氯化钙溶液，碳酸钠溶液有沉淀，碳酸氢钠中没有沉淀。然而在实验中发现氯化钙与碳酸氢钠溶液反应也有沉淀产生。于是引导学分析可能的原因。

（1）提出假说

①碳酸氢钠药品本身不纯混有碳酸钠。②由于温度较高时碳酸氢钠会分解(2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2)，推测碳酸氢钠中混有碳酸钠。

（2）设计方案

①取分析纯碳酸氢钠，配成溶液，加入氯化钙观察是否有沉淀。

②查阅资料0.1mol/l NaHCO3溶液pH值为8.4，配制的0.1mol/l的碳酸氢钠溶液，测其pH值是否为8.4，排除碳酸氢钠分解产生碳酸钠的可能。

（3）实验探究

实验发现取分析纯碳酸氢钠配成溶液，加入氯化钙还是有白色沉淀生成；配制的0.1mol/l的碳酸氢钠溶液，测其pH值是等于8.4，排除了碳酸氢钠分解产生碳酸钠的可能。

（4）修订假说

引导学生分析，在碳酸氢钠溶液中存在以下电离NaHCO3Na++HCO ，HCOH++CO，由于溶液中存在碳酸根离子，与钙离子结合生成碳酸钙沉淀。

（5）再次实验探究

将产生的沉淀过滤，洗涤，尽可能排除碳酸氢根离子的干扰，然后加入盐酸，发现有气体产生，产生的气体通入澄清石灰水产生浑浊，说明是产生的沉淀是碳酸钙。

（6）解释和结论

不能选用氯化钙溶液鉴别碳酸氢钠、碳酸钠溶液。查阅资料 Ksp（CaCO3）=2.8×10-9, 当溶液中[Ca2+]和[CO ] 乘积达到溶度积常数就可以产生沉淀。 根据碳酸的二级电离常数可以计算出0.1mol/L NaHCO3溶液中[CO ]约为1.1×10-3 mol/L。假设在10ml 0.1mol/L NaHCO3溶液中， 滴加1滴（约0.05ml）0.1mol/L CaCl2[Ca2+]=0.1mol/L×0.05ml/10ml=5× 10-4mol/l 所以[Ca2+]×[CO ]=1.1×10-3×5×10-4=5.5×10-7>2.8×10-9，所以仍然有沉淀。2NaHCO3+CaCl2CaCO3+CO2+2NaCl+H2O

2.2质疑铝片与稀硫酸几乎不反应的实验探究

在讲到铝一章时，实验中发现铝片跟稀盐酸反应现象非常明显，而跟稀硫酸却几乎不反应。这和课本上的内容“铝能跟稀盐酸或稀硫酸起反应生成氢气”不一致。

为了寻找原因，学生重新用分析纯浓盐酸和浓硫酸配制了一定浓度的溶液，然后加入0.1×10×25mm纯度≥99.5%的铝片验证是否确实存在上述现象，实验结果如下表：

（1）提出多种猜想。

①Cl-能促进金属铝中跟H+的反应；②SO 对H+跟金属铝的反应起阻碍作用。

（2）验证化学假说。

加入NaCl、Na2SO4等其它含Cl-、SO 离子的中性盐来进行验证。实验方案为：

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（3）解释结论

由于实验C现象说明假说②SO 对H+跟金属铝的反应起阻碍作用不成立。由于实验A现象说明假说①Cl-能促进金属铝跟H+的反应成立，其中实验B是A的对比实验排除Na+的干扰。

3对实验装置改进的探究

在学习《测定1mol气体体积》一节时，让学生设计各种装置。

第一类装置：直接测气体的体积法(见图1～3)：

分析不足：量筒不能收集气体，并且收集后测定体积不准确。气球和针筒收集的气体由于内外压强不同而有误差。

怎样解决？引导学生分析测定气体的体积，必须保证等温等压。如何控制等温等压？还有什么装置，既可用作量气管，又可控制等压。联想：物理学中的联通器原理。有一组学生设计出了如图4的实验装置，两根50毫升碱式滴定管之间用橡皮管连接，做联通器控制等压。

此装置优点：能控制等压。缺点：用碱式滴定管作量气管，量气管体积较小，影响测定精确度。用一个漏斗作贮水器代替装置中左侧的滴定管。

改进后装置(见图5～7)。

第二类装置：通过测定液体的体积来测定气体的体积。

如图8用镁跟足量的稀硫酸反应制得H2，并通入短进长出的锥形瓶，用气体将液体压入量筒中收集，流入量筒中液体的体积就是产生氢气的体积。

引导同学们考虑一下量筒中液体的体积恰好是生成的气体体积吗？（应该是量筒中液体体积减去注入硫酸的体积）。图8缺点：该装置锥形瓶和量筒之间的导管中有水柱有误差；

图9中间装置是新教材中提供的实验装置。可以解决上述的部分缺点。储液瓶和液体量瓶之间的导管中水柱的误差可以减小。由于储液瓶和液体量瓶之间的液面高度无法相同，压强不同，测出体积仍存在一定误差。可以再进行改进成图10装置。

第三类装置：测气管既作发生装置又做测气装置

图10装置简易可行，操作步骤：先向50mL测气管中加入10mL 2mol/L的硫酸，再向测气管中沿管壁缓缓注入水至管口；将已称量好的镁条用细铜丝系住再浸入管口的水中，部分细铜丝留在管口外，加上单孔橡皮塞使铜丝固定住，孔中注满水；用手指抵住橡皮塞孔，倒转测气管，将其浸在500ml烧杯的水中，将测气管固定在铁架台上；反应结束后， 放置10分钟， 冷却至室温，调节测气管深入水中的高度，使管内、外的水面相平齐。读出氢气体积。

启普发生器是一种较好的气体发生装置，能做到气体随开随用，随关即停。让同学讨论其存在的不足，然后用实验室常见的普通仪器开动脑筋设计出各种简易装置(见图11～14)。

通过对启普发生器的改进，同学们至少学会了三种创造技法，即：缺点列举法、联想发明法、逆向思维法。它不仅为学生的创新实践提供了工具，更重要的是培养了他们的创新意识和创新勇气。

以上案例说明，化学实验是一种重要的科学活动，可以把观察、实验控制、收集事实、分析和统计结果等科学方法融于一体。在实验中,应引导学生逐步掌握科学研究的方法。通过化学探究实验,可以培养学生实事求是、严谨求实的科学精神,一丝不苟的科学态度和团结协作的科学作风。

参考文献：

[1]陈进前.改进化学实验教学，培养科学探究能力[J]. 化学教学,2004, 4.

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