例谈中学化学实验装置的创新

例谈中学化学实验装置的创新摘要：中学化学实验装置的创新是针对实验具体操作过程中可能出现的问题，提出有实效性的建议，改进化学实验，使化学实验的研究结果更接近于真实的化学反应结果的前提条件，是化学实验研究的重要课题。本文选取比较有代表性的例子分析化学实验装置创新的效果，以电解水实验装置为导例，进行创新方法的探究，为提高化学实验教学质量提供建议。关键词：中学化学；实验装置；创新中学化学实验有：依据镁条的特性，将镁条在空气中点燃，观察镁条在燃烧过程中的化学反应。实验表明，镁条在燃烧时会发出耀眼的白光，燃烧剧烈，释放大量的热量。燃烧结束后会有白色物质生成。这项化学实验操作简单，基本不需要用到化学装置。但在其它大多数化学实验中，化学装置是必不可少的设备，比如电解水实验，氢气还原氧化铜实验等等。一、中学化学实验装置创新的要求（一）与实际相结合中学化学实验在一定程度上是课内教学，教学目标是实验结果与课本结果一致。这样的教学只是检验式的教学，即学生带着答案去观察，学生进行的是缺少主观能动性的学习，观察期间会忽视大量的客观现象。进行中学化学实验装置的创新，让学生自己动手设计化学装置，在互相评比中归纳观察所得，这在极大地程度上发挥了学生的主观能动性，不仅调动了学生学习的热情，更在一定层度上为学生的化学学习奠定了坚实的基础。（二）操作方便，便于观察课堂中的化学实验受客观条件的限制，装置种类和数量满足不了实际教学的需要，这就要求教师鼓励学生积极开动脑筋，用最简便的装置设计并完成实验，达到实验的效果。（三）安全清洁化学实验是剧烈的实验，很容易因为操作不当导致学生受伤或污染环境，以及生态环境遭到破坏等等。这就要求学生在进行化学实验装置的设计与创新时不能盲目，要在教师的的指导下进行，实验完结后要根据要求仔细清理实验所用的装置和物质。二、中学化学实验“电解水”装置的创新电解水实验是中学化学的基本实验之一，探究的是“水是由氢和氧两种元素组合而成，且其所占的体积比是2:1”。以往的实验研究对象图如下：从图1可以看出，这一实验装置存在着严重的不足之处：第一，由于水的导电性，电极在水槽内部极不稳定，在一定程度上影响氢气和氧气的收集，影响结果的可靠性；第二，试管倒置在水槽中，气体检验不方便；第三，在实验过程中需要添加氢氧化钠或稀硫酸保证溶液的导电性，并不是单纯的只有水这种溶液，因而实验得出的结果不得不遭到质疑。第四，进行电解水实验操作时，实验用的导线和电极都要与水接触，这会对实验器材和设备造成损坏，影响下次实验的结果和器材的长期使用，增加教学经费的支出。为解决这些问题，学生对这一装置进行了改进，改进后的结果如下图所示：从图中可以看出，选用的装置是日常生活中较容易得到的器材：两只规格相同的15毫升的注射器，是收集氢气和氧气的主体装置；两根规格相同的2厘米长铅锑合金保险丝，保证实验的安全性；两只青霉素瓶橡皮塞，确保实验收集的气体与外界相隔离；一台低压电源，为实验提供供电装置和电力支持；一个透明塑料水槽，便于观察并记录实验过程中的现象；两根带外皮的30厘米长的导线，一瓶502胶水，一支蜡烛和一块直径大于塑料水槽口径的木板，若干硬纸片。实验装置改进后的优点：日常生活中的材料，方便易得，装置安装简便，每个学生都可以自己动手制作；收集氢气和氧气的注射器上有刻度尺，能清楚方便地观察两种气体的体积差；能在各方面避免实验过程中的误差，增加实验的精确性。三、中学化学实验装置创新的方法（一）补短创新法在进行中学化学课堂实验时，由于装置本身的问题，实验结果往往达不到理想的效果。补短创新法就是依据实验过程中出现的误差采取相应的调节手段，通过改进装置达到实验效果。以“镁条在空气中燃烧”的实验为例，正常情况下，镁条在氧气中可以燃烧，燃烧过程中因燃烧激烈会发出耀眼的白光和释放大量热量，生成白烟的同时生成白色物质。可是在进行课堂化学实验时往往出现一些突发情况，影响实验结果的准确性。如镁条不易点燃，在空气湿度大的情况下，这一现象经常发生；镁条伸入氧气瓶中的时机难以把握，伸入过早，镁条燃烧未充分，伸入过迟，镁条在氧气中燃烧的现象难以观察彻底；由于镁条剧烈的燃烧，生成的白色物质处于高温的情况下散落瓶底，会引发瓶底炸裂。针对这些可能出现的意外情况，可以对装置做如下改进：在镁条被点燃的一端连一小段铁丝，在瓶底放入一块湿海绵，将镁条固定在湿海绵上，由于瓶中的氧气比空气密度大，镁条可以再瓶中自由燃烧，免去了后续的把握时机不准的忧虑。（二）希望点列举法希望是前进的动力。进行化学实验装置创新时，可以根据要完达到的实验效果自主创新实验装置。进行希望点列举法创新时，需要按照如下步骤进行：第一步，确定实验的课题，这是明确做什么装置的前提条件；第二步，列出希望点，即希望达到的实验效果，这个可以针对课本进行探究；第三步，构思创新方案，这步是实验装置改进成功与否的关键，应详细列出具有实践可能性的方案；第四步，进行实验效果和改进后的实验装置的总结与反思，寻找可以改进和完善的实验步骤。以“氢气还原氧化铜”实验为例。在进行这一实验时，需要先将试管里的空气排出，然后再对氧化铜进行加热，在实际过程中，这是很难实现的，空气排完与否，靠眼睛根本不能进行准确无误的判断；加热后生成的高温铜要在导入氢气的过程中冷却，这样的做法很容易出现将氢气直接排入空气中的现象，不仅增加了氢气的用量，更带来了严重的不安全隐患。针对这些情况列出希望点：1、可以明确地确定试管内的空气已经排完。2、收集未经使用的氢气。3、节约实验用的原料。完成了确定实验课题和列出希望点后，可以进行实验方案的构思了。经过仔细琢磨、探究和反复实验，本文选取最终成功的方案进行论述。构思方案如下：1、将粉磨状的氧化铜换成烧黑的细铜丝。二者性质相同，并不改变探究的课题。2、将试管换成已知容积的玻璃管，密闭使用。这样能方便对照氢气和水的体积，能明确地知道装有烧黑铜丝的试管里的空气已经排完。3、将未反应的氢气用排水法收集在洗气瓶里。这样一来，可以节约实验原料，降低化学实验支出，起到积少成多的作用。4、洗气瓶的短导气管与盛氧化铜的玻璃管相连，从洗气瓶的长导管中排出的水用量筒来接收。方便与第二点结合使用。具体装置如图3：实验验证希望点：1、流入量筒里的水的体积等于玻璃管的容积，说明玻璃管里的空气已经基本排完，可以对氧化铜进行加热。2、待实验结束，将弹簧夹夹在软胶管上，高温的铜就能在充满氢气的封闭的玻璃管里得到冷却。这样的改进，上文所提到的希望点“可以明确地确定试管内的空气已经排完”，“收集未经使用的氢气”，“节约实验用的原料”，可以完全实现。（三）其它改进方法以次氯酸的漂白性实验为例。对照课本对实验的叙述，取干燥和湿润的有色布各一条，分别放入两个集气瓶中，然后通入Cl2观察发生的现象。在实际的学习过程中，不能照搬照抄课本上的经验。通过观察实验过程进行思考，可以发现明显的缺陷：因为是实际操作，所以在进行课堂实验时不能纸上谈兵。此实验对氯气的需求量巨大，一次性地制取两瓶氯气，在实验过程中，将有色布放入集气瓶中时很可能造成氯气泄露，引起教师和学生的氯气中毒。氯气是腐蚀性气体，对人体有直接或间接的伤害。轻度中毒，可引起支气管炎和支气管周围炎；中毒中毒会导致间质性肺水肿或局部的肺泡性肺水肿；重度中毒可导致窒息猝死。因此，在实验过程中要特别注意防止氯气泄露。改进后的装置如下图所示：图4实验介绍：试管底部是高锰酸钾，带橡皮塞的滴管内装的是浓盐酸，T型管上下两端各放置的是湿润和干燥的红纸。当浓硫酸浓滴管内滴入试管内时，观察红纸颜色的变化。因为干燥的氯气中只有氯气分子，干燥的红纸不会褪色，而氯气溶于水后生成次氯酸，依据次氯酸强氧化性的特性，红纸会褪色。改进后的实验装置具有如下优点：1、通过观察上图可以发现，实验装置简单，操作方便，药品用量少。2、实验步骤精简，现象明显，易于观察和记录。3、无尾气排放，与环境相友好。结束语本文是对中学化学实验装置创新的介绍。文章第一部分明确创新的要求，即进行中学化学实验装置创新应与实际相结合，进行具有实效性的创新；应遵从操作简便、易于观察的原则，实现创新的意义；应安全清洁，无论是对人体自身还是对环境，安全和清洁都是至关重要的准则。文章第二部分以“电解水”的实验为导例，说明进行实验创新并不困难，所选的器材可以是日常生活中经常使用的，也可以是实验室的专用器材，鼓励学生进行实验装置的创新。文章第三部分是具体的创新方法。第一个方法是补短创新法。在进行实验方法介绍时，以“镁条在空气中燃烧”的实验为例，进行正常情况和非正常情况的对比，针对问题提出了改进的措施。第二个方法是希望点列举法。以“氢气还原氧化铜”的实验进行论述，通过列举镁条在空气中燃烧时可能出现的种种失误提出了实验希望达到的效果，然后针对这些效果进行了改进实验装置的构思，依据构思进行反复实验，最后达成实验效果，改进装置成功。第三个方法改进装置需要发挥主观能动性，有发现问题的洞察力，有思考问题的逻辑推理能力，有解决问题的操作能力。希望这些方法的介绍能为中学化学实验装置的改进提供有益的参考。参考文献：[1]刘子丹.钠在氯气中的燃烧实验创新[A].2012年全国第十一届化学实验教学创新研讨会论文集[C].2012.[2]曹拂晓.中学化学实验创新改进[J].中小学实验与装备,2011,(5)[3]竹韩英.高中化学实验装置创新设计与教学思考[J].数理化学习：高中版,2012,(11)[4]孟翠丽.新课程标准下的化学实验浅析[J].高中数理化,2013,(14)[5]刘民利.中学化学实验教学中电解水装置的改进研究[J].内江科技,2013,(2)[6]陈旭春.利用启普发生器进行“物质在氧气中燃烧”实验[J].化学教学,2012,(3)