解决化学实验问题的技术路线，本文主要内容关键词为：化学实验论文,路线论文,技术论文，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。
根据化学实验的内容特点，中学化学实验内容作了较为分散的安排，以紧密配合相应内容的学习。在总复习阶段对实验问题进行一个较为系统的整理是非常必要的。但多年来师生一直为实验复习中出现的问题困扰着，例如感觉实验复习内容较为枯燥，学生觉得复习过的知识考试时用不上等等。建议大家调整一下复习的思路和模式，特别要对处理实验问题的程序进行一个讨论，把落脚点放在解决问题上来。我们可以把这归结为“技术路线”。
一、基础知识
1.常用仪器
中学常用化学实验仪器约30余种。将这些仪器罗列出来，讨论它们的用途和使用注意事项，无异于背诵词典，是令人生厌的。其实所有仪器都是为完成某项具体任务而设计和制作的，其中的原理朴素而简单。如果能从实际需要出发理解和掌握各种仪器及其功能会有趣得多。
让我们来看下面几组仪器。
第一组
图1
玻璃片是最简单的仪器，可以用来作金属钠（固体）的切割垫衬，也可用来封盖集气瓶。但进行与流体有关的操作则会流撒，需要玻璃片有一点弧度，于是可以设计成表面皿。玻璃材质难耐高温，因此作蒸发结晶便可以设计耐高温的陶瓷制品——蒸发皿（当然比表面皿的弧度更大些）。蒸发皿没有盖，作定量实验时可设计成带盖的坩埚（当然其深度和容积也有所不同）。
第二组
图2
蒸发皿呈弧形，若要能在桌面上平稳安放，可设计成平底的培养皿（四周有“围栏”，可盛液体）。若要盛放大量液体，可将“围栏”增高，即为烧杯。烧杯可水平观察其中的反应现象，若为节约药品可缩小横截面，即可设计成试管。试管为收口仪器，易于导出气体，若要生成大量气体，则可扩大底部容积，设计为烧瓶。试管、烧杯、烧瓶又进行一些改进设计成具支试管、锥形瓶（收口）、蒸馏烧瓶。
第三组
图3
酒精灯用于加热，其温度约300℃，如需更高的温度（例如600℃）则可选用酒精喷灯，如需长距离加热，可使用三捻酒精灯。
2.基本操作
中学化学基本操作约10余种，诸如药品的存放与取用，过滤，分液，仪器的装配、装置气密性检查等。基本操作技能的形成在于平时的积累，复习阶段至少要做两个方面的工作，一要制作这些操作的详细说明（多数教学辅助材料中都会提供相应资料的列表），二要以多种方式进行实际演练（例如开放实验室，同学分组进行展示性操作，资源共享，提高效率）。值得注意的是有些操作事关对相关原理或操作设计的理解，甚至能够考查学生创新精神、实践能力，高考试题中也时有涉及。这种问题就应该设立小型专题，予以较为深入的讨论。“装置气密性检查”即属此列。现以此为例，练习如下：
图4装置气密性检查的“经典”操作：①将导管插入水中，②用手或酒精灯微热试管，③导管口有气泡放出，撤去热源，水回流并在导管口形成一段水柱，④说明该装置的气密性良好。
用这种方法检验下述装置的气密性就不一定都合适。但它们有没有一个共同的“程序”呢？我们尝试从上面装置的操作中加以总结：
①形成一个封闭空间，被检查部位全面位于这个空间内，②通过改变外界条件，改变该空间内的气体压强，③描述发生的现象，④得出结论。
按照这样的程序，我们是对下列第四个装置进行气密性的检验：关闭旋塞（造成一个封闭空间），用手为试管加热（增大封闭空间内气体的压强），长颈漏斗导管内液面上升（现象），说明该装置气密性良好。
其他几种装置的气密性又该怎么检验呢？请同学们自己练习。
图4
图5
3.简单装置及其功能
由较少量的仪器组成的相对小型的装置称为简单装置，其功能较易辨识和理解。大型综合实验的装置通常由若干简单装置组装而成，这些简单装置在其中承担着各自的功能。然而，若将这些简单装置从大型装置中分割出来进行孤立的考察，就会发现它们的功能并不是单一的，它们出现在不同的实验中可能承担不同的功能。也就是说同一个装置可以具有不同的功能。研究还发现，同样一个任务有时可以由不同的简单装置来承担，也就是说不同的装置可以实现同一个功能。因此理解大型实验装置的设计首先要搞清楚简单装置，简单装置又要从“装置及其功能”关系的角度加以研究。
(1)由装置剑功能
例1下列简单装置中均含有干燥管，试述它们的功能。
图6
干燥管最典型的功能是气体的干燥［图6-(1)］，此外用它还可以检验气体中是否含有水分［图6-(2)］、装配简易启普发生器［图6-(3)］、作为极易溶于水的气体防倒吸的装置［图6-4)］等。
例2 装有双孔塞和长短不同玻璃管的集气瓶可用来除去气体中的某些杂质，通常被称为“洗气瓶”（如图7），使用它或对其稍加改进就可以“开发”出更多的功能。试据此进行设计。
图7
作为洗气装置：长管进气，短管出气，瓶内装有杂质气体的吸收液。
作为气体的收集装置：收集密度大于空气的气体。
改进1：可收集密度大于空气的气体［图8-(1)］。（谁说装置必须“正着放”？）
改进2：瓶内装满水，短管进气长管出气，可用于排水法收集气体。［图8-(2)］（谁说气体必须乏管进气短管出气？）
改进3：瓶内装满水，将装置掉转180°，长管进气短管出气，仍可用于排水法收集气体。［图8-(3)］
图8
改进4：加装量筒可通过测量排水量测定气体的体积。［图9-(1)］
改进5：改装“三孔塞”，瓶内盛有杂质气体的吸收剂，可实现气体的净化、混合，通过观察气泡可控制混合气的比例。［图9-(2)］
改进6：长管换成长颈漏斗，短管加装玻璃旋塞，可用作储气罐。［图9-(3)］
图9
凡此种种，不一而足。这些可以看作是一种“变式”练习，其目的不是穷尽所有可能的设计，而是要求根据具体实验的任务辨别它们所发挥的特定作用，这无疑是一种“创造性的思维”。
(2)由功能到装置
为了完成某项任务可以设计专门的仪器或装置。例如实验中常要用某些固体干燥剂除去某些气体中的水分，人们设计了干燥管。然而，对气体进行干燥并非仅能使用干燥管，经过设计很多仪器或装置可以具有这一功能。
例3 气体的干燥
图10
可见同一功能可以有不同的仪器或装置来实现，解题时应有意识地加以辨认。例4和例5分别是防止流体倒吸和进行尾气处理的装置，这些都是老师、同学设计的，有些是出题专家设计的，收集在这里，请同学们思考这些装置是怎样完成相应功能的，这里不作过多的提示。
例4 防止液体倒吸
图11
例5 尾气处理
图12
二、技术路线
所谓技术路线，既指解决问题的策略和思路，又包括解决问题的程序步骤和具体方法。这里主要讨论“装置切割”和“任务实现”两种技术路线。
1.装置切割
装置切割是指将大型综合实验装置看成是由若干简单装置组装而成的，并将这些简单装置进行单独的考察，分析它们在总装置中的功能，再按照其组装顺序分析它们是如何协同完成试验任务的。这种先分析后综合的策略能为我们理解实验装置的设计提供有力支持，从而帮助我们正确回答题目的设问。
例6 实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁，该化合物是棕红色、易潮解，100℃左右时升华。图13是两个学生设计的实验装置、左边的反应装置相同，而右边的产品收集装置则不同，分别如（Ⅰ）和（Ⅱ）所示。
分析 将总装置分割为7个较小的简单装置，根据实验的总任务可以很容易地确定它们在实验中承担的具体功能。将这些装置回归总图，不难理解整套装置的设计。在这个基础上回答题设问题。
试回答：
(1)B中反应的化学方程式为：______________；
(2)D中的反应开始前，需排除装置中的空气，应采取的方法是：__________________。
图13
(3)D中反应化学方程式为：___________。
(4)装置（Ⅰ）的主要缺点是：____________。
(5)装置（Ⅱ）的主要缺点是：___________。
如果选用此装置来完成实验，则必须采取的改进措施是：______________________。
答案
(4)生成的氯化铁经过较细长的导管时易冷却凝华，造成阻塞
(5)E未接干燥装置，可能进入水汽造成氯化铁的水解 在E和F之间加装干燥装置
2.任务实现
任务实现是依据题中所给信息明确实验要完成的总任务，根据化学反应特点、相关反应物生成物的性质，预测实验中可能遇到的问题，并设计解决问题的可能方法及其所需相关装置。在这个基础上可以更加全面而主动地分析理解题目所给装置的设计意图，更加准确回答相关问题。
例7 某研究性学习小组的同学为在实验室再现二氧化硫催化氧化的过程，并制取少量三氧化硫晶体，设计了如图14所示的装置。已知三氧化硫遇水生成硫酸、并放出大量热，容易形成酸雾。
分析 这是气体和固体之间在加热条件下的反应，生成物也是气体，反应装置应为玻璃管。
上述文本框是对可能影响反应进行的因素的分析。将这一分析与装置图加以对照不难看出：装置A的功能为，将二氧化硫和氧气以一定的比例混合，同时利用洗气功能除去混合气体中可能混有的水汽；装置B是反应发生的装置；装置C用于提供低温环境，有利于低沸点的
晶体的形成。
试回答：
(1)已知6.4g二氧化硫被氧气氧化成气态三氧化硫，放出9.83kJ热量。反应的热化学方程式为：____________；
(2)A装置可用来观察二氧化硫和氧气的进气量。实验时应使A中两根导气管冒出气泡的速率相同，其目的是：____________，A中的药品是：____________；
(3)检查完装置的气密性且加入药品后，开始进行实验。此时首先应该进行的操作是：____________；
(4)在实验过程中不能持续加热的理由是：____________；
(5)C装置用来收集二氧化硫，其中冰盐水的作用是：____________；若用ag铜跟足量浓硫酸以应制二氧化硫，实验结束时得到bg三氧化硫，该实验中二氧化硫的转化率不小于：____________；
(6)为了减轻实验对环境的污染，请你设计尾气处理装置，用简要文字说明：____________。
答案
(2)增大氧气的比例，以增大二氧化硫的转化率浓硫酸
(3)点燃B处的酒精灯
(4)此反应为放热反应，持续加热平衡左移，不利于的生成
(5)降低温度，使固化
(6)按顺序加装分别盛有浓硫酸和氢氧化钠溶液的洗气装置。浓硫酸用于吸收多余的三氧化硫，氢氧化钠溶液用于吸收未反应的二氧化硫
三、评述与启示
装置切割的思路是“从装置到功能”，其技术路线可以概括为：
如果学生对简单装置很熟悉，又能从试题提出的任务的角度出发，能够紧贴实际问题，避免旁枝末节的干扰，理解试题设计思路，从而顺利做答。所以说装置切割是一种简捷、实用、高效的解题方法。
任务实现的思路是“从功能到装置”，其技术路线可以概括为：
这种思路从基本原理出发，明确任务以及完成任务可能遇到的种种问题。在这样的背景下去考察试题提供的解决方案（通常用装置图的形式加以呈现）和设问，自然能够做到视野开阔，高屋建瓴，回答问题准确，甚至可以对题目提供的解决方案进行评价。
可见，两种路线虽有不同，但殊途同归。不过它们对学生能力的要求有所侧重，训练的侧重点也有所不同。考试时可以扬长避短，而平时则应该就学生“弱项”进行有针对性的训练。我们设想，如果将两者很好地结合起来，将会使学生的学习水平达到一个更高的标准。
最后应该指出的是，不管你的分析有多么准确到位，你的理解有多么深刻，最终都要对题设问题作出正确且简练的回答。为此你不仅要准确把握题目要求，还要有较好的文字表达能力。