趣味化学实验(校本课程)

银杏工作室银杏工作室逍林中学校本开发·趣味化学实验·[e-mail]趣味化学实验化学组编著本册主编：罗余凌逍林中学校本课程教材编写委员会策划制作◆内部交流使用◆《逍林中学校本课程系列教材》——《趣味化学实验》本册主编：罗余凌封面设计：罗余凌★逍林中学校本开发·趣味化学实验·前言化学校本课程《趣味化学实验》，主要针对高中学生开设，共开设9+1个趣味实验，涵盖了贴近学生生活以及现实所学内容的简单实验，以让学生更多了解化学在生活中的应用。每个课时内容大致分为：背景知识、实验原理、实验用品、实验步骤、问题思考、相关以及扩展实验，课堂评价几大部分。本课程的内容基于学生已有的知识结构，利用学生熟悉的身边资源（如食物以及容器等）培养学生的学习兴趣，以及提高学生的综合素质。每一节内容都包括背景知识介绍，实验原理、操作说明，细则指导。以及课堂思考题和课堂评价（包括学生自我评价、仪器整理、教师评价三项内容）几大板块内容。前后课时之间还通过“前节知识巩固”板块进行衔接。部分章节还备有课后家庭小实验选作，满足学生继续学习的求知愿望。通过本课程的实施，能让每个学生根据不同发展需要，让学生经历探究过程，参与观察、思考、讨论，时刻让他们保留成功的欲望，享受成功的乐趣，以获得理解能力和深层次的情感体验，激发学生学习化学的浓厚兴趣，培养学生的创新精神和实践能力，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的化学问题，培养学生的社会责任感和参与意识。★逍林中学校本开发·趣味化学实验·目录化学实验发展史概述（配视频）…………………………………………1趣味化学实验一玻棒点灯、黑龙攀柱…………………………………9趣味化学实验二模拟酸雨腐蚀岩石的过程…………………………12趣味化学实验三化学“冰箱”与冰袋…………………………………15趣味化学实验四水下公园………………………………………………17趣味化学实验五硫素三形………………………………………………19趣味化学实验六海带中碘的提取和检验………………………………21趣味化学实验七研究电池………………………………………………24趣味化学实验八制作水果电池…………………………………………27趣味化学实验九牙膏中某些成分的检验………………………………29超级能源——奇妙的可燃冰………………………………………………32★逍林中学校本开发·趣味化学实验·-1-化学实验发展史概述化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础，从其发展过程来看，大致经过了早期化学实验、近代化学实验和现代化学实验等三个发展时期。早期化学实验从远古时代开始到17世纪，化学实验在向科学道路迈进的过程中，经历了一段漫长的发展时期。一化学实验的萌芽人类最初对火的利用距今大概已有100多万年了。火是人类最早使用的化学实验手段。人类最早从事的制陶、冶金、酿酒等化学工艺，都与火有直接或间接的联系。在熊熊烈火中，烧制成型的粘土可获得陶器；烧炼矿石可得到金属。陶器的发明使人类有了贮水器以及贮藏粮食和液体食物的器皿，从而为酿酒工艺的形成和发展创造了条件。制陶、冶金和酿酒等化学工艺，已孕育了化学实验的萌芽。例如，在烧制灰、黑陶的化学工艺中，工匠们在焙烧后期便封闭窑顶和窑门，再从窑顶徐徐喷水，致使陶土中的铁质生成四氧化三铁，又使表面覆上一层炭黑，因此里外黑灰。这表明当时已初步懂得了焙烧气氛的控制和利用。二原始化学实验古代的炼丹术，是早期化学实验的主要和典型的代表。炼丹的主要目的：一是希望得到能使人长生不死的“仙药”；二是想把一些廉价的金属借助于“仙药”的点化，转变为贵重的黄金和白银。由于炼丹活动符合帝王、贵族长生不死、永世霸业的愿望，因而受到他们的大力推崇，于是从古代到中古时代，这种活动很快地得到开展并兴盛起来。焙烧是炼丹术士经常采用的一种基本的化学实验操作方法。例如在空气中焙烧方铅矿(即硫化铅)等贱金属矿石，把铅放在灰皿或骨灰造的盘子中加热，铅烧掉之后，可以得到一点银；把黄铁矿(从外表看有点象黄金)与铅共熔，铅用灰皿烧掉之后，可以获得微量的黄金。除焙烧之外，炼丹术士还经常使用一些液体“试药”来对各种金属进行加工。液体试药通常是一些能在金属表面涂上颜色的物质。例如，硫黄水(多硫化合物的溶液)能把金属黄化成黄金；汞能在其他金属表面留下银色。在制造液体试药的过程中，炼丹术士发明了蒸馏器、烧杯、冷凝器和过滤器等化学实验仪器，以及溶解、过滤、结晶、升华，特别是蒸馏等化学实验操作方法。蒸馏方法的广泛使用，促进了酒精、硝酸、硫酸和盐★逍林中学校本开发·趣味化学实验·-2-酸等溶剂和试剂的发现，从而扩大了化学实验的范围，为后来许多物质的制取创造了条件。蒸馏是早期化学实验中最完整的一种重要实验操作方法。到了16世纪，出现了大批有关蒸馏方法方面的书籍。这些著作对蒸馏方法作了较详细的叙述。蒸馏在早期化学实验发展史上占有重要地位，它至今还在基础化学实验中被经常运用。三向化学科学实验的过渡到了十五六世纪，炼丹术由于缺乏科学基础，屡遭失败而变得声名狼藉。化学实验则开始在医学和冶金等一些实用工艺中发挥作用，并不断得到发展。在医药化学时期，最具代表性的人物是瑞士的医生、医药化学家帕拉塞斯(P.A.Paracelsus，1493-1541)。他强调化学研究的目的不应在于点金，而应该把化学知识应用于医疗实践，制取药物。他和他的弟子们通过对矿物药剂的性质和疗效的研究，以及在制备新药剂的过程中，探讨了许多无机物的分离、提纯方法，进行了一些合成实验，并总结出这些物质的性质。因此，有人认为帕拉塞斯“从根本上改变了医疗和化学的发展道路”。安德雷·李巴乌(AndreasLibavius，约1540-1616)是德国的医生、医药化学家，他极力强调化学的实用意义，为推进化学成为一门独立科学做出了重要贡献。他编著的《工艺化学大全》(1611—1613年问世)，总结了他多年的实验经验。这部著作的问世，使化学终于有了真正的教科书。继帕拉塞斯、李巴乌之后，对后世影响较大、对化学实验的发展贡献卓著的医药化学家还有赫尔蒙特(J.B.vanHelmont，1597-1644)。他工作的最大特点是对化学进行定量研究，广泛使用了天平，并萌生了初始的物质不灭的思想。他所做的“柳树实验”和“沙子实验”，是早期化学实验发展史上著名的两个定量实验。此外，他在无机物制备方面取得过空前的成果，曾对燃烧现象提出过颇有独到之处的见解。因此，他常被尊为从炼丹术到化学的过渡阶段的代表。化学实验在冶金方面也曾发挥过重要作用。四早期化学实验的特点早期的化学实验还只能算做是化学“试验”，具有很大的盲目性；还没有从生产、生活实践中分化出来，成为独立的科学实践。最早的制陶、冶金和酿酒等活动，是低级的、缺乏理论指导的、不自觉的实践活动；作为化学实验原始形式的炼丹术，其实验目的也只是追求长生不老药或点金之术，变贱金属为贵金属。★逍林中学校本开发·趣味化学实验·-3-尽管如此，还应该肯定从事早期化学实验的工匠和炼丹术士们是化学实验的先驱和开拓者。他们发明了焙烧、溶解、结晶、蒸馏、过滤和冷凝等化学实验操作方法；制造了风箱、坩埚、铁剪、烧杯、平底蒸发皿、沙浴、焙烧炉等化学实验仪器和装置；发现和制取了铜、金、银、汞、铅等金属，酒精、硝酸、硫酸、盐酸等化学溶剂和试剂，以及许多酸、碱、盐，甚至意识到了一些粗浅的化学反应规律。后人正是从他们的经验教训中，才找到了化学实验的真历史使命，建立了化学实验科学。近代化学实验17—19世纪，是近代化学实验时期。在这一时期，随着欧洲资本主义生产方式的诞生和工业革命的进行，以及天文学、物理学等学科的重大突破，化学实验终于冲破了炼丹术的桎梏，走上了科学的康庄大道。为此做出巨大贡献的化学实验家当推波义耳(R.Boyle，1627—1691)和拉瓦锡(A.L.Lavoisier，1743—1794)。一化学科学实验的奠基人——波义耳“波义耳把化学确立为科学”。作为近代化学科学的确立者，波义耳也是化学科学实验的重要奠基人。他认为，只有运用严密的和科学的实验方法才能够把化学确立为科学。他明确指出：“化学，为了完成其光荣而庄严的使命，就不能认为到目前为止的研究方法是正确的。而必须抛弃古代传统的思辩方法”。他的这些观点和主张，奠定了化学实验方法论的基础。不仅如此，波义耳还是一位技术精湛的出色的化学实验家。他一生做过大量的化学实验，获得了许多重要的发现。他是第一个发明指示剂的化学家，他把各种天然植物的汁液或配成溶液，或做成试纸(“石蕊试纸”就是波义耳发明的)，并根据指示剂颜色的变化来检验酸和碱；他还发现了铜盐和银盐、盐酸和硫酸的化学检验方法，并在1685年发表的“矿泉水的实验研究史的简单回顾”一文中，描述了一套鉴定物质的方法。因此，他还常被尊为定性分析化学的奠基者。二定量化学实验方法论的创立者——拉瓦锡拉瓦锡是明确提出把量做为衡量尺度对化学现象进行实验证明的第一位化学家，他把近代化学实验推进到定量研究的水平。拉瓦锡从一开始从事化学科学研究，就非常善于发挥天平在化学研究中的作用，重视对物质及其变化进行定量测定。他21岁时所做的第一个化学实验，就是定量地测定石膏在加热和冷却过程中水分的变化。他一生做过很多定量化学实验，并依据实验事实揭示了“水变成土”以及“火粒子”学说、“燃素说”的谬误。★逍林中学校本开发·趣味化学实验·-4-“水变成土”是赫尔蒙特根据他著名的“柳树实验”提出来的，后来又得到波义耳和牛顿(J.Newton，1642—1727)的赞同。为了检验这一观点的科学性，拉瓦锡进行了如下实验：将收集到的被认为是最纯净的雨水连续蒸馏了8次；然后将这些水倒入一个特制的玻璃蒸馏器中，加热驱去其中的空气，并加以密封；用沙浴在60—70℃之间加热101天。结果发现其中确有悬浮的小片固体物出现。这似乎是水变成了土的证据。然而，拉瓦锡仔细称量了加热前后水的重量、容器的重量、以及水和容器的总重量，终于查明，水和容器的总重量在加热前后并没有变化，而且密封在瓶中的水的重量也没起变化，只是玻璃容器本身变轻了，而减轻的重量又恰好与固体悬浮物的重量相当。这样，拉瓦锡查明了那些悬浮物来自玻璃容器，从而以坚实的实验数据否定了“水变成土”的错误观点。“火粒子”学说，是波义耳为解释金属煅烧后重量增加的原因而提出来的。为了检验这一假说，拉瓦锡重复了波义耳在密闭的烧瓶中煅烧金属锡的实验。他与波义耳不同之处在于，在打开烧瓶之前对整个密闭体系进行了称量，结果发现整个体系在加热前后重量没有变化。这就证明波义耳曾经设想的在加热过程中火的微粒透过玻璃壁进入烧瓶内与金属锡结合而增重的观点是错误的。拉瓦锡还通过对硫和磷等一些物质燃烧现象的定量实验研究，否定了统治化学长达百年之久的“燃素说”，建立了氧化学说，并确立了“质量守恒定律”。拉瓦锡的定量实验研究，极大地丰富和发展了化学实验方法论。对物质及其变化，不仅要用定性分析方法，而且还必须运用定量分析方法，只有二者的有机结合，才能正确认识物质及其变化在质和量两个方面的性质和规律；化学实验是建立化学理论的基础和检验化学理论的标准。他曾明确指出：“在任何情况下，都应该使我们的推理受到实验的检验，除了通过实验和观察的自然道路去寻求真理以外，别无它途。”拉瓦锡的化学实验方法论思想，对化学实验从定性向定量的发展，产生了积极和深远的影响，成为近代化学实验发展史上的重要里程碑。正是在此基础上，近代化学实验才得以蓬勃发展，从而拓展了化学科学研究的领域，导致了许多重要化学理论的建立和发展。三化学实验是化学科学理论建立和发展的基础道尔顿(J.Dalton，1766—1844)原子论就是在化学科学实验的基础上建立起来的。他通过化学实验，研究了许多地区的空气组成，发现各地的空气都是由氧气、氮气、二氧化碳和水蒸气四种重要物质的无数个微小颗粒(道尔顿称之为“原子”)混合起来的。★逍林中学校本开发·趣味化学实验·-5-他进一步分析一氧化碳和二氧化碳、沼气(CH4)和油气(C2H4)的组成，发现前两种气体中氧的重量比为1：2，后两种气体中与同量碳化合的氢的重量比为2：1。这