论初中化学实验创新的科学性与简易性_化学实验论文

例谈初中化学实验创新的科学性和简约性，本文主要内容关键词为：科学性论文,简约论文,化学实验论文,初中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

化学教师对化学实验进行创新，是提高实验教学有效性的重要手段，是提升化学教师专业素养的重要途径。遗憾的是，在有关的文献、课堂教学和实验创新大赛中，时常出现一些科学性不足、简约性有限的化学创新实验。本文结合正反两个方面的实例，谈谈初中化学实验创新的科学性和简约性。

一、科学性是实验创新的生命线

实验创新的科学性是指改进和设计化学实验时要有严谨求实的科学态度，选题不能违背原实验的设计意图，也不能削弱原实验的正常功能，创新的实验必须符合科学性原理。例如，现行人教版九年级化学教科书上“红磷燃烧前后质量的测定”实验，装置复杂、操作麻烦，成功率不高。其实，只要一个质量可靠的玻璃瓶就可以改进上述不足。按图1装配好实验用品，然后将倒立的玻璃瓶放在托盘天平左盘上进行第一次称量；取下玻璃瓶，微热铁盖，红磷很快燃烧；等到玻璃瓶冷却至室温后进行第二次称量，发现整个玻璃瓶的质量保持不变。

该实验中的玻璃瓶受热会不会爆裂呢？不会！因为国家有关标准对此类玻璃包装瓶的耐压要求是-1～2atm[1]。不过，红磷燃烧会加速铁质瓶盖的锈蚀，因此在做完一轮实验后应及时更换铁质瓶盖。

上述改进实验，简单实用，因此得到了广泛的推广和应用。

笔者发现，有些实验创新案例存在科学性不足的漏洞。

（一）将二氧化碳通入烧杯底部进行“二氧化碳熄灭蜡烛火焰”实验

绍兴的何老师这样改进“二氧化碳熄灭蜡烛火焰”：如图2所示，将二氧化碳气体直接通入烧杯底部，于是顺利出现“下面的蜡烛火焰先灭、上面的蜡烛火焰后灭”的标准实验现象。

上述改进，确实容易出现预设的实验现象，但这并不能说明二氧化碳密度比空气大，因为二氧化碳不是自然下沉到烧杯底部的，而是被压入烧杯底部的。如果我们把二氧化碳换成密度比空气小的

或

通入烧杯底部，蜡烛火焰同样会自下而上依次熄灭[2]。

（二）用木炭、蜡烛或棉花代替磷（同时将水换成NaOH溶液）测定空气中氧气含量

在改进空气中氧气含量测定的实验中，有人使用木炭、蜡烛或棉花等含碳物质代替磷，同时利用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳[3-6]。这些创新者理想化地认为，木炭、蜡烛、棉花等含碳物质燃烧时，碳元素全部转化为能被NaOH溶液吸收的二氧化碳气体。

其实不然！首先，笔者查到了常见可燃物燃烧所需要的最低氧含量，白磷是5.9%、棉花是8.0%、蜡烛是16.0%、木炭是14.0%[7]。显然本实验的耗氧物用磷最好——因为氧残留低，且燃烧生成固体。然后，用传感器分别测出棉花、蜡烛、木炭等含碳物质在密闭的集气瓶内燃烧结束后，瓶内剩余气体中约含有5%的二氧化碳、2%%的一氧化碳、15%的氧气。

那么，为什么有人用燃碳法还能测出空气中氧气含量是1/5呢？这是因为集气瓶的密封明显滞后于含碳物质在集气瓶里的燃烧，造成气体外逸，这是实验的正误差；集气瓶里残留氧气、产生无法吸收的一氧化碳是实验的负误差；正负误差的抵消，就获得了貌似正常的实验结果。

（三）“碳酸钙与盐酸反应”的质量守恒定律实验用气球封闭容器口

科学出版社、广东教育出版社2012年出版的九年级化学教科书中，利用碳酸钙与盐酸反应验证质量守恒定律时，使用小气球封闭容器口[8]（见图3）。

利用浮力公式

不难算出，小气球在空气中膨胀到大约35mL时受到的浮力约为0.1g力，这就能使100g的托盘天平失去平衡。所以，有气体放出的质量守恒定律实验，一定不能使用气球封闭容器口。

（四）用火柴头和试管做“红磷燃烧前后质量的测定”实验

邹城的聂老师这样改进“红磷燃烧前后质量的测定”实验：将磷更换为火柴头，并放入封闭的试管里加热[9]。其实，火柴头上不含磷（火柴盒侧面含磷），所以磷燃烧反应已不存在。火柴头上含有

、

和

等，当摩擦生热时，

先燃烧产生

气体，放出的热量瞬间使

分解放出

，火柴梗剧烈燃烧也产生气体。在密闭的试管里产生大量的气体，又没有缓冲压强的设备，实验非常危险。

更重要的是，这个改进实验涉及多个化学反应（如

燃烧、

分解、火柴梗燃烧等），所以它无法推出其中的具体某个化学反应在反应前后质量是否改变。

（五）通过“压缩二氧化氮气体颜色变深”来说明分子之间有空隙

苏北的朱老师这样设计微粒之间有空隙实验：如图4所示，先在注射器里吸入适量的二氧化氮气体，封闭针筒后推动活塞压缩二氧化氮，气体颜色加深。此时朱老师引导学生得出“微粒间空隙变小了”的实验结论。然后回拉注射器活塞，气体颜色变浅。此时又得出“微粒间空隙变大了”的实验结论。

其实，压缩二氧化氮气体时会发生化学变化

，所以此创新实验不再是单纯的物理变化，难以说明微粒之间有空隙。

（六）借助燃烧的酒精灯去探究酒精的组成

在一次化学评优课上，某参赛教师设计了如下探究酒精组成的实验：师生以点燃的酒精灯为载体，先将干冷的小烧杯罩在酒精灯火焰上，烧杯内壁出现水雾；再将烧杯翻转过来，倒入澄清的石灰水，振荡后石灰水变浑浊。至此，师生得出“酒精中一定含有碳元素、氢元素”的实验结论。

这个实验设计新颖、简便，但教师忽略了灯壶内的酒精含有水、灯芯中含有纤维素等干扰因素，所以得出的实验结论并不可靠。

二、简约性是实验创新的风向标

简约的化学实验具有取材容易、装置简单、价廉物美、操作方便、节省药品、现象明显、安全可靠等优点。简约实验的效果并不简单，特别方便学生的学习，因此创新化学实验必须着力追求简单、实用。

例如，现行沪教版九年级化学教科书上“检验二氧化硫”实验，操作不方便（划燃火柴后要立即将两个烧杯扣在一起，同时振荡溶液），而且高锰酸钾溶液褪色也不明显。笔者用长柄V型玻璃管做此实验非常简便：按图5装配好实验用品，然后加热火柴头，几秒钟后火药爆燃；轻轻振荡V形玻璃管，紫红色高锰酸钾溶液立即褪为肉色或无色。

笔者发现，下面这些创新实验即便具有科学性和创造性，但其操作繁琐、装置复杂，因此实用性不强、推广价值不大。

（一）创新实验的原理过于复杂

“检验蜡烛燃烧生成二氧化碳”的实验（见图6），虽然设计新颖、现象也明显，但不够简洁。实验原理过于复杂（广口瓶中的水自然流出，使瓶内形成负压，进而将蜡烛燃烧的产物吸入石灰水中），物理成绩差的学生根本就看不懂实验的来龙去脉。

（二）改进实验的器材舍近求远

昆山的两位化学教师在改进“测量空气中氧气体积含量”的实验中，先将红磷放在集气瓶底部的铁片上（见图7），然后通过电磁炉引燃密闭集气瓶内的红磷[10]。此改进实验并不像作者介绍的那样“简约实用”，而是新而不优、大材小用。用电吹风、凸透镜、热水等引燃白磷更简单。笔者认为，将生产生活中的物品移植到化学实验中，应取材容易、节俭实用，“坛坛罐罐做实验”仍值得提倡。