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選修課中微型綠色化學實驗的探索和實踐論文
選修課中微型綠色化學實驗具有儀器容量小、藥品用量少、操作簡單、實驗過程快、現(xiàn)象明顯、實驗成功率高、節(jié)省實驗時間、安全性高、操作性強、污染低或無污染、趣味性高等優(yōu)點。有利于實驗課的開設，提高學生動手操作的機會。采用微型實驗改進化學實驗教學，將實驗微型化、趣味性、節(jié)能化、環(huán)�；蛣�(chuàng)造性融為一體，有利于培養(yǎng)學生良好的環(huán)保意識、資源意識、安全意識、創(chuàng)新意識。注射器是一種普通的醫(yī)療器械，但它在化學實驗裝置和習題中出現(xiàn)得越來越多，如2008年上海高考化學試題的26題就是利用注射器來考查實驗的創(chuàng)新能力。我在平時化學實驗中，巧用注射器改進實驗方法進行微型綠色化學實驗方面做了一些嘗試和整理，和各位同仁一起探討和研究。
一、實驗改進
1.氨氣噴泉的微型實驗
(1)設計意圖
氨氣的噴泉實驗是高中化學的重要演示實驗，教材中實驗裝置如圖所示。該實驗操作要求老師課前預先收集好氨氣，到時課堂再做演示，由于氨氣易擴散，如果當時制取氨氣教室通風不好，容易泄露氨氣，造成污染，如果將實驗改進成將氨氣的制備和氨氣的噴泉實驗結(jié)合在一起的二合一微型實驗裝置，操作簡單，成功率100%，也非常適合于學生分組實驗。
(2)改進的實驗裝置
(3)實驗說明
�、傺b置中所用的儀器是醫(yī)用一次性注射器，在去掉活塞的注射器針筒中注入生石灰，用另一注射器吸入濃氨水，將注射器內(nèi)的濃氨水注入針筒內(nèi)，濃氨水遇生石灰迅速產(chǎn)生氨氣，將上部注射器活塞上推。
�、谟米⑸淦魑胍欢糠犹囈�，將注射器針頭刺入含有大量氨氣的針筒內(nèi)，盡可能將針頭全部插入注射器，再輕推注射器活塞，將少量酚酞試液注入注射器針筒內(nèi)，針筒內(nèi)很快就形成紅色噴泉。
�、墼搶嶒灢僮骱唵危F(xiàn)象明顯，針筒不需干燥，適合學生的分組實驗使用。
2.空氣中氧氣含量的測定
(1)設計意圖
空氣是學生從化學角度認識的第一種物質(zhì)，了解空氣的成分并通過實驗探究空氣中氧氣的體積分數(shù)是《化學課程標準》的重要內(nèi)容之一，引導學生認識和探究身邊的化學物質(zhì)，了解化學變化的奧秘，激發(fā)化學學習的興趣，是初中化學教學的重要內(nèi)容。按照人教社初中化學課本上的實驗裝置測定空氣中O2含量時，如圖，存在以下問題：容器較大，容積5等分存在一定誤差;所需紅磷較多;水位上升位置誤差較大。為了簡化實驗操作，減小誤差，可對該實驗作如下改進。
(2)改進的實驗裝置
(3)實驗說明
①用試管作反應容器，磷的燃燒均在密閉容器里進行，可防止白煙污染空氣。用20mL注射器(活塞事先處在10mL刻度處)測量磷燃燒消耗的氧氣體積。
�、诓僮鳎篈.檢查裝置的氣密性。B.裝藥品，連好儀器。C.夾緊彈簧夾，加熱白磷，觀察現(xiàn)象。D.燃燒結(jié)束，試管冷卻后松開彈簧夾，可以看到活塞慢慢左移到2mL刻度處，說明空氣中氧氣的體積分數(shù)為1/5。
3.銅與稀硝酸反應的實驗
(1)設計意圖
課本中的銅與稀硝酸反應的實驗是在試管中進行的，其缺陷有：生成的一氧化氮氣體的無色不易觀察;無色氣體變?yōu)樽厣慕缦薏磺�。如果將注射器引入實驗中，可以讓裝置密封，氣體不能外逸，便于學生觀察NO為無色氣體，一氧化氮的生成與一氧化氮的轉(zhuǎn)化可以(即生成二氧化氮)分階段進行。
(2)改進的實驗裝置
(3)實驗說明
�、侔蜗伦⑸淦鲀�(nèi)的活塞，向注射器的玻璃筒內(nèi)放入少量已繞成螺旋狀的細銅絲。
�、谘b上注射器的玻璃活塞，推動活塞排盡玻璃筒內(nèi)的空氣，吸入少量的稀硝酸。并讓學生觀察實驗現(xiàn)象。
�、鄞⑸淦鞑Ａ矁�(nèi)的無色氣體的體積約為2ml時，取下橡皮塞，拉動活塞吸入少量的空氣后再迅速在注射器的針頭部位塞上事先配好的橡皮塞。并讓學生觀察實驗現(xiàn)象，會看到有紅棕色氣體產(chǎn)生，現(xiàn)象明顯。
④將氫氧化鈉吸入注射器內(nèi)，將剩余溶液和有毒氣體除掉。
4.Fe(OH)2的制備
(1)設計意圖
氫氧化亞鐵的制備原本是教師演示實驗，教材演示實驗中出現(xiàn)的違反常規(guī)的操作(即滴管插入液面下)肯定會引起學生的疑惑，這恰恰正是探究的絕佳素材;而且按照教材中的要求制備氫氧化亞鐵，很難觀察到理想的實驗現(xiàn)象，白色沉淀中往往夾雜著灰綠色，幾乎分辨不出。教材由此要求學生推理出氫氧化亞鐵很不穩(wěn)定，很快被空氣中的氧氣所氧化，這難以使學生信服，影響了學習效果。此實驗若采用注射器來完成，則效果明顯。
(2)改進的實驗裝置
(3)實驗說明
①用甲注射器吸入約10mlFeSO4溶液，并將針頭插入膠塞封閉。
�、谟靡易⑸淦魑爰s10ml氫氧化鈉溶液。
�、蹖⒁易⑸淦髦械臍溲趸c溶液慢慢推入甲注射器中，可看到甲注射器內(nèi)生成白色沉淀。
�、苣玫粢易⑸淦鳎瑢⒓鬃⑸淦骰钊笠�，吸入一定量空氣，可觀察到白色沉淀變?yōu)榛揖G色又變?yōu)榧t褐色的現(xiàn)象。
5.氯氣噴泉的微型實驗
(1)設計意圖
在教學中對于Cl2在有機溶劑中的溶解性教材中沒有說明，通過Cl2能與無水乙醇和NaOH溶液形成噴泉微型實驗，使學生親身體驗并認識到Cl2易溶于有機溶劑，同時加深對Cl2與堿溶液反應的化學性質(zhì)的理解。
(2)改進的實驗裝置
(3)實驗說明
①裝置中所用的儀器是醫(yī)用一次性注射器，在去掉活塞的注射器針筒中加入約0.1gKClO3粉末塞上橡膠塞，在另一注射器中吸入少量(約0.5mL)的濃鹽酸，將注射器內(nèi)的濃鹽酸注入加入KClO3粉末的針筒內(nèi)，KClO3遇濃鹽酸迅速產(chǎn)生Cl2氣體，將上部注射器活塞上推，片刻后拔出針頭和注射器。
�、谟米⑸淦魑胍欢繜o水乙醇，將注射器針頭刺入含有大量Cl2的針筒內(nèi)，盡可能將針頭全部插入注射器，再輕推注射器活塞，將少量無水乙醇注入針筒內(nèi)，針筒內(nèi)很快就形成噴泉。
③該實驗操作簡單，現(xiàn)象明顯，適合學生的分組實驗使用。
④NaOH與Cl2的噴泉實驗步驟同上。
6.影響化學平衡的條件
(1)設計意圖
教材中對于壓強對化學平衡的影響，沒有實驗，不利于學生形成直觀的思維。此處如有實驗，則便于學生理解。同時教材中濃度對化學平衡的影響的演示實驗又要用到NO2和N2O4，所以此處可將兩個實驗放在一起完成，增加課堂教學效果。
(2)改進的實驗裝置
(3)實驗說明
�、儆靡恢ё⑸淦�(50ml或更大些的)吸入約30ml二氧化氮和四氧化氮的混合氣體，并將針頭插入膠塞封閉。
�、趯⒆⑸淦骰钊磸屯锿坪屯饫梢杂^察到隨壓強變化對化學平衡的影響。當活塞往外拉時，混合氣體的顏色先變淺又逐漸變深。應怎樣理解呢?這必然是由于針筒內(nèi)體積增大，使氣體的壓強減小，濃度也減小，顏色變淺。后來顏色逐漸變深，這必然是由于化學平衡向著生成NO2反應的方向即氣體體積增大的方向(每1體積N2O4分解生成2體積NO2)移動了。當活塞往里推時，混合氣體的顏色先變深又逐漸變淺。這必然是由于針筒內(nèi)體積減小，氣體的壓強增大，濃度也增大，顏色變深。由于化學平衡向著生成N2O4的方向即氣體體積縮小的方向移動，因此混合氣體的顏色又逐漸變淺了。
�、蹖⒆⑸淦鞣謩e浸入熱水和冰水中，請學生仔細觀察兩次實驗中的注射內(nèi)氣體顏色的變化，并通過與原注射器內(nèi)顏色相比，說明二氧化氮雙聚成四氧化氮是放熱反應還是吸熱反應。
二、開展微型綠色化學實驗的意義
1.傳播綠色化學理念
微型綠色化學實驗具有重大的現(xiàn)實意義。用盡量少的試劑做實驗，既可節(jié)約開支，又能避免污染環(huán)境，同時又保證了實驗的安全。微型化學實驗使用試劑為常規(guī)量的(十分之一——百分之一)，體現(xiàn)了綠色化學預防化學污染的原則，也體現(xiàn)了化學實驗由“粗放型”到“集約型”的發(fā)展趨勢。
2.轉(zhuǎn)變化學學習方式
開展微型綠色化學實驗設計可以給學生提供更多的動手機會，有效增強學生實驗的參與度，促進學生學習化學方式的改變，借助微型化學實驗這個平臺使學生親身體驗、在實驗中提高、在交流中升華、在解決問題中提高能力、在設計中體驗創(chuàng)新。
3.落實新課改精神
微型實驗既有助于解決實驗儀器、藥品的短缺問題，又可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，使學生自覺養(yǎng)成節(jié)約意識和環(huán)保意識，從而更好地落實新課標精神。
4.開展微型綠色化學實驗要探究的問題
(1)由于微型化學設備的微型化，所用藥品的微量化，導致了與常規(guī)實驗在規(guī)范化操作上存在一定的差異。從培養(yǎng)學生基本操作技能的角度講，微型化學實驗存在一定的局限性。
(2)由于微型化學實驗與一般實驗儀器差別很大，教師在指導微型化學實驗時一定要注意實驗條件的探索。如微型塑料型儀器不能加熱，塑料本身能與一些化學試劑起反應而使其應用受到影響。
三、問題與討論
1.存在的問題
(1)微型實驗不適合作為演示實驗
由于儀器、裝置及實驗規(guī)模都小，實驗的可見度低，如果不采用投影儀等放大實驗現(xiàn)象的補救手段，其不適于用做演示實驗。
(2)微型實驗不適用于定量實驗和對反應條件有一定要求的實驗
微型化學實驗的反應物及產(chǎn)物的量都小，沾附在容器壁上的藥物占整個反應物或生成物的比偏大，在制備實驗、定量實驗中因產(chǎn)率過低而使實驗無法得到準確的結(jié)果。另外，微型化學實驗在攪拌、抽濾、分液、萃取、控溫等實驗操作上難度較高，學生難以操作。
2.幾點建議
(1)一定要注意實驗的安全性
化學實驗具有一定危險性，任何不當都可能造成不可挽回的損失，因此，微型化學實驗必須在有安全保障和教師的指導下進行。在實驗的準備階段：問題的提出、實驗課題設立，實驗物質(zhì)分析，都要進行必要的安全評估。以避免學生利用微型化學實驗手段進行探究時發(fā)生妨礙社會家庭生活的情況，如中毒、放射性危險、儀器爆炸等不良后果。
(2)強化使用微型化學實驗進行研究的目的性
沒有目的的實驗只是玩。教師不但要讓學生學會利用實驗進行研究，還要教會學生查閱科學文獻確定實驗目的的方法，以及養(yǎng)成真實記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的科學習慣。這也是教師在微型化學實驗教學中必須發(fā)揮的關(guān)鍵的作用。
此外，還應重視對實驗中得不到正確現(xiàn)象的失敗原因的分析�；瘜W實驗是失敗的藝術(shù)，微型化學實驗也是培養(yǎng)學生善于找到失敗的原因，改進實驗器材和方案，這才是最大限度地發(fā)揮微型化學實驗的作用的根本。
(3)教師應加強對中學微型化學實驗的設計、方案的研究
微型化學實驗替代常規(guī)實驗，藥品的用量、儀器設備的變化會引起試劑濃度、儀器規(guī)格、實驗條件的改變，因而不能完全照搬常規(guī)實驗的條件和方法。這就需要老師不僅在平時教學中作個有心人，還應多瀏覽學習《化學教學》《化學教育》《中學化學教學參考》和《化學通報》等刊物上發(fā)表的有關(guān)中學微型化學實驗方面的設計、改進的方案。對素材逐一進行研究，不斷優(yōu)化，提出自己切實可行的、科學的新思路、新方法、新方案。“他山之石，可以攻玉�！痹诳赡艿臈l件下，也要研究國外的中學微型化學實驗的設計、方案，探求人家的設計思路，找出值得借鑒之處，豐富經(jīng)驗，開闊視野。
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