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第7章 中学化学演示实验(3)

③不要求学生如何做,而是在学生演示的过程中,由下面的同学去积极指正。如果全体学生都未能有较好的方法和步骤,或者得出的结论有很大误差时,则教师适当启发,分析一下。

④将每一个实验分解成许多问题,由学生通过实验得出答案或解释原因,写出化学方程式。经过群体讨论后,很自然地圆满完成实验。

⑤在课前,教师应使学生明确实验器材的摆、收、藏等一定规则,以便学生做实验时互相督促是否正确,教师应注意将演示实验所需仪器药品准备两至三套,以备学生在一次不能成功时,有再实验的机会。

在教学迁移开始的几次实验中,学生必然会慌乱而不知所措,也不会有很好的实验效果。但学生一般都有很强的表现欲和求胜心,几次过后,学生们则会在课前自觉地预习实验,并且大部分能分解实验,剖析出重点难点,上台演示时即能成竹在胸,有条不紊。下面的同学也积极参与,课堂上兴趣盎然。

通过这种演示实验的教学迁移,学生们由于课前的预习和思考,加之教师课堂上有着重点的讲解,理论知识自然掌握牢固;而让学生自己上台操作,也培养了学生的动手能力,活跃了课堂气氛,增进了师生感情。

通过这种实验教学方式的改革,教师在遵循实验原则的基础上,充分赋予学生探究实验的自由度,也在实验中互相矫正了不良实验习惯,对于实验理论和结论的记忆也深刻难忘。最主要的是培养了学生的实验思维能力,明白了实验中的科学道理,以后解决实验问题时就可以将实验信息(包括现象、步骤、方法、结论)按内在联系,抽象归纳,总结成规律,并进行推理与想象,从而大大地提高学生的实验素质。

如何优化实验方案

①首先要明确实验的主要目的及所属类型,确定要观察的主要现象和要说明的问题。

②在现有的实验室条件(如仪器、药品)下,用教材介绍的方法,进行预备实验。在大多数情况下,这些方案都能达到实验的主要目的,但仍须通过试验,找出最佳操作方法和条件(如温度、浓度、反应物的量、操作顺序等)。

③若经过反复试验,教材上的方案均不能达到很好的效果,则应查阅资料,收集各种改进方案,用前述几个标准衡量比较,找出最佳方案,并通过试验加以确定。

④如果仍不满意,可进一步分析各种方案的优缺点,在此基础上,扣紧实验的主要目的,设计几种新的改进方案,再经过多次反复试验,简化,直到获得满意的效果。

⑤记下实验的仪器装置、药品、操作步骤等。课堂演示时,严格按照这样的操作方法和条件,避免发生偶然的失败。

下面用两个实例具体说明不同情况下,优化实验方案做法:

例一:电解水实验

本实验的目的是使学生了解水在直流电的作用下,能分解成氢气和氧气。要求观察的主要现象是:通电后电极上有气泡产生;正极玻璃管中汇集的气体比较小,经检验是氧气;负极玻璃管中汇集的气体比较多,经检验是氢气。

按照课本介绍的方案:使用1∶10稀硫酸溶液,接通6伏直流电源后,电解反应即开始进行。但此种方案反应速度很慢,因此尝试提高硫酸浓度,采用1∶5,反应加快。继续提高浓度,变化逐渐不明显。采用浓度为1∶5的稀硫酸,提高电压至12伏,反应进一步加快,7分钟可以收集到10毫升氢气(氧气体积接近5毫升)。这样就基本上能满足课堂演示实验的需要,确定实验条件为:硫酸浓度1∶5,电解电压12伏。

例二:氨的催化氧化

本实验的目的是使学生了解在催化剂存在下,氨能被空气氧化成一氧化氮。一氧化氮进一步被氧化生成二氧化氮,这是一个物质性质的实验。要求观察的主要现象是空气和氨的混合气体和热的催化剂接触后,有红棕色的二氧化氮气体生成,因为是放热反应,停止加热时催化剂仍然保持红热。

按照课本方案,优点是装置简单、操作方便,但实验结果通常只能看到铂丝保持红热,或有少量的白烟产生,很难明显地看到有红棕色气体生成。

查阅资料,收集到20多种不同的改进方案。为简便起见,分项进行分析、比较:

(1)氧气来源

①用空气,虽然催化氧化反应较难,但与教材及工业生产实际比较一致;②用纯氧,反应较容易,但与教材及生产实际一致性差,且有发生爆炸的危险。

(2)氨的来源

①把空气鼓入氨水里,形成混合气,空气跟氨的比例容易控制;②加热铵盐跟碱的混合物,空气和氨的比例不易控制。

(3)催化剂的选择

①铂丝或铂石棉,效果好,但价格昂贵;②三氧化二铬,用加热重铬酸铵制得,效果良好,价格较便宜;③铜丝,容易取得,效果比三氧化铬差;④氧化铁,用铁丝或铁屑在空气中加热氧化,来源方便,但效果不稳定;⑤钴、银等催化剂,加热硝酸钴或硝酸银等制得,效果很好,但准备过程比较麻烦,且价格稍高。

(4)实验装置

①按照课本直接在氨水液面上反应,很难看到明显的红棕色气体生成;②混合气体通过垂直的反应管(如具支试管),装置简单,但催化剂被气流翻动,温度不容易上升;③混合气通过水平反应管,若选用直径20毫米长200毫米硬质玻璃管,装置稍复杂,但反应产生的热量较多,催化剂红热现象较明显;若选用直径6~10毫米长150毫米硬质玻管,装置很简单,加热的热量集中,节省实验时间,但催化剂保持红热的现象不如用粗玻璃管明显;④反应管前加干燥管,反应管后加吸收剩余氨的装置,实验操作比较容易掌握,但装置更复杂,且增加不安全因素,若控制好空气鼓入速度,可省掉这些装置。

(5)加热方式

①酒精灯,温度稍低,但可利用反应热使催化剂进一步提高温度;②喷灯,温度高,可缩短加热时间,效果好,但反应管容易变形;③电热式加热,安装仪器装置较麻烦,但效果好;直热式电热装置用电阻丝既当电热丝又当催化剂,比较简便。

根据实际条件,经逐项试验筛选后,确定采用下列方案(见图4)效果较好。

图4

装置:反应管为直径6毫米长150毫米硬质玻管,中段放入由加热重铬酸铵制得的三氧化二铬,略压紧,长约40毫米,两端塞紧玻璃丝或石棉。

操作方法:用酒精灯加热反应管的催化剂部分约1~2分钟,然后慢慢鼓入空气,约3分钟烧瓶里出现红棕色气体后,撤火,继续鼓气,催化剂呈暗红,几分钟后,烧瓶里已充满浓红棕色气体。这时,向烧瓶里倒入少许紫色石蕊试液,振荡几下,试液立即变红。

观察化学演示实验“六要”

一要先预习

课本上对于演示实验都有简要说明,应认真预习,做到心中有数,同时可学习用化学语言描述实验过程。

二要看仔细

对于实验仪器、药品色态、操作步骤、现象要看清楚,不应忽视细微末节。如拿试管是“一把抓”还是“三指夹”;现象是“火星”还是“火焰”等等。

三要重点看

每个实验都有重点。观察时,应认真听老师讲解,对重点内容要着意观察。如这一次重点是酒精灯的使用,下一次重点是过滤的操作等等。

四要多问几个为什么

观察时,应边看、边听、边想,做到知其所以然。如:为什么漏斗管口要伸入液面以下?为什么导管要伸到集气瓶底?等等。有时可举手提问。

图5

五要记笔记

一般可写补充笔记,一种是写在课本的空白处,如在重要的字句下画横框或波线,在图示旁加上未注明的现象等等。再一种是作简图笔记,如许多试管实验,课本上没有图示,可在笔记本上用简图表示实验过程。如H2SO4滴入BaCl2溶液中(见图5)。

六要作归纳

观察完后,在复习时应作归纳,以利巩固。如氢气还原氧化铜,可归纳为:试管口稍向下,导管伸入试管底,先通氢气后加热,黑色粉末变红热,结束撤灯再停气,红色铜块不变黑。

初中化学课本中物质的俗名

化学名称俗名(或简称)分子式

汞水银Hg

碳金刚石、石墨(同素异形体)C

磷红磷、白磷(同素异形体)P

甲烷沼气CH4

乙炔电石气C2H2

固态二氧化碳干冰CO2

三氧化硫硫酐SO3

氧化钙石灰、生石灰CaO

氢氧化钙熟石灰、消石灰Ca(OH)2

氢氯酸盐酸HCl

氯化钠食盐NaCl

氢氧化钠烧碱、火碱、苛性钠NaOH

碳酸钠纯碱Na2CO3

硝酸铵硝铵NH4NO3

硫酸铵硫铵(NH4)2SO4

碳酸氢铵碳铵NH4HCO3

磷酸二氢钙重过磷酸钙、重钙Ca(H2PO4)2

二水合硫酸钙硫酸钙晶体、石膏CaSO4·2H2O

五水合硫酸铜硫酸铜晶体、蓝矾、胆矾CuSO4·5H2O

七水合硫酸亚铁硫酸亚铁晶体、绿矾FeSO4·7H2O

十二水合硫酸铝钾明矾KAl(SO4)2·12H2O

中学化学演示实验中的七项禁忌

课堂演示实验是化学教师经常使用的教学手段,以此阐明化学反应的基本原理,揭示化学变化的本质和规律。为使演示实验更好地为教学服务,现总结进行实验时应注意以下禁忌:

一、忌不考虑安全

安全是化学实验的前提。我们在设计和操作演示实验时,切忌不考虑实验的安全。对易发生爆炸的实验要慎做或进行改进,如氢气和氯气的光合反应,实验不能用玻璃瓶做;对实验中产生的有害物质要进行必要的处理,如用二氧化锰和浓盐酸共热制取氯气,实验中要增加剩余氯气的吸收装置,防止氯气逸散使人中毒;实验中若需要电源,应用低压电源为佳,以免发生触电事故。

二、忌直观性差

演示实验必须使教室内最后一排学生能看清楚,这是对演示实验的基本要求。在实验时应禁忌只图操作方便,不考虑实验现象的明显与直观。做实验尽量使用大型仪器,取用的试剂量要足够多,仪器装置要放高些,对产生有颜色的气体、液体或沉淀,可用白色或黑色的板屏衬托,使物质的颜色能清楚的显示出来,如碱的溶液能使石蕊试液变蓝色,因石蕊试液原来的紫色与后来变成的蓝色,颜色相近,不易区分,实验时可用白色的纸屏放在试管的背面,也可用日光或灯光直接照射试管,学生能看出石蕊试液颜色的变化。

三、忌实验操作不规范

中学生的模仿能力很强,教师的每一个动作都会对学生产生潜移默化的影响。因此,教师的实验操作必须规范、准确和协调,切忌贪图省事,实验马虎。如演示洗涤玻璃仪器的实验,教师要按要求进行操作,先用洗涤液洗,然后用水洗,最后用清水冲洗几次至仪器干洁为止,不能图省事省掉中间的步骤。教师的演示实验必须一丝不苟,每步操作都要为学生作好示范。

四、忌不能合理的安排实验时间

一堂课的时间是有限的,既要安排演示实验,又要进行其他的教学环节。合理的安排好演示实验的时间是必要的。要忌课前不作充分准备,实验的成败心中无数,以致不能完成课堂教学任务。也要忌贪图省时,草率实验,以致演示实验达不到目的。

五、忌不启发学生的思维

在设计和操作演示实验时,首先要体现教育思想,有利于启发学生的思维,提高学生的学习兴趣,切忌只做实验,不启发学生的思维。如讲到氢气或一氧化碳的还原性时,为了较好地启发学生的思维,调动学生的学习积极性,可以这样设计演示实验:先照课本中的实验演示,然后提出不用酒精灯加热,能否完成实验,经过学生的思考、讨论后,教师用“Y”形导管把气体发生装置中产生的氢气或一氧化碳一分为二,一部分气体通入盛CuO的试管,另一部分气体点燃,用于加热CuO,学生通过观察、思考,能较好地掌握氢气或一氧化碳的可燃性和还原性,使新的知识寓于实验之中。

六、忌不能正确对待实验的成败

实验的现象或由实验得出的数据必须真实。为了保证演示实验的成功,教师要在课前预做。一个演示实验的失败,可能来自教师的操作,也可能由于仪器、药品等方面的原因。实验若失败,教师切忌篡改实验结果,应查明原因,说明真相,在适当时间重做。这样,有助于培养学生实事求是、严肃认真的科学态度。

七、忌实验装置不配套,实验台上杂乱无章

实验装置中的仪器选用要正确,仪器的规格要配套,整套装置的布局比例要适当和协调,切忌头重脚轻,左大右小,仪器的安装要横平竖直。在实验时,要注意讲台的布置合理,仪器及试剂瓶的排列也要分门别类,整齐有序,与实验无关的东西应撤离讲台,充分的展示出演示实验的规范美和造型美,给学生以美的享受和熏陶。

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