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名师风采

两个化学趣味实验的创设

 摘要:结合新课标理念,从培养学生能力、教学新资源的开发等方面出发,设计一些趣味小实验或家庭小实验会大大提高学生学习化学的兴趣,提高学生的观察能力、动手能力以及思考、分析和解决问题的能力。化学振荡实验是开启混沌理论的一把钥匙,其奇妙的振荡现象十分明显,引人入胜;热冰实验简单易行,现象有趣,这些对于开拓学生的思维,拓展知识是很有益的。

关键词:中学化学 振荡实验 热冰实验 醋酸钠

“兴趣”是一个古老的话题,古今中外的教育先哲们关于这一课题的见解颇多。新课标改革强调以学生的全面发展为本,要求转变教师的教学方式和学生的学习方式,提倡学生的自主学习、探究学习。在课堂教学中适时引入趣味实验,有利于调控学生注意力,让他们全神贯注投入学习中,也有利于攻克教学上的重难点,有利于学生理解化学相关知识。

 化学学科主要魅力在于奇妙的实验现象,化学变化过程中伴随有“五颜六色的变化”、“形态的变化”、“声音的变化”、“化学能转化成热能、光能、电能的变化”、“电能转化成化学能的变化”、“特殊气味的变化”等[1],这些趣味实验现象能强烈震撼学生的视觉、听觉、嗅觉,点燃思维火花,为学生运用形象法理解、记忆化学知识提供了良好的原始素材。笔者在此介绍两个可应用于中学教学中的趣味实验的创设,有利于激发学生实验探究的兴趣,增加学生求欲望。

 一、化学振荡实验实例:

 1. 实验步骤

 ⑴ 取100 mL、30%的过氧化氢,加水稀释到250 mL,得a溶液;

 ⑵ 取10.7 g KIO3放入烧杯中,加入80 mL水,然后加热使其溶解。冷却后再加入10 mL、2 mol/L的硫酸溶液,将溶液倒入250 mL的容量瓶中,加水至刻度为止,得b溶液;

 ⑶ 取0.1 g淀粉溶于少量沸水中,然后加入约1 g MnSO4,约4 g的丙二酸,搅拌,使其溶解,待冷却后倒入250 mL容量瓶中,加水至刻度,得c溶液;

 ⑷ 分别取上述三种溶液各10 mL。在量筒中事先倒入a液,然后同时再倒入bc溶液,这时会看到溶液的颜色有无色变成棕色,又由棕色变到蓝色;片刻后,又由蓝色变为棕色,棕色又变为蓝色,蓝色变无色。在几分钟内可以重复反应。

 2. 反应原理[2]

 出现变色的主要原因是,由于过氧化氢的还原性和氧化性所引起的。

 在酸性条件下,过氧化氢可将还原为I2,I2遇淀粉变蓝。在一定条件下,过氧化氢又可将I2氧化成KIO3,可使蓝色褪去(5H2O2+I2=2HIO3+4H2O);生成的HIO3又可以被过氧化氢还原,再生成I2,I2遇淀粉又变蓝色。如此重复,使颜色才会有互变发生。

 3. 实验成功关键

 ⑴ 本实验成功的标志是溶液的颜色由“无色-棕色-蓝色”反复循环变色,这与溶液的浓度是否准确有关,并且混合时3种溶液的体积相同。因此,一定要配准、量准三种溶液,否则,看不出三种颜色反复循环变化的现象。

 ⑵ 过氧化氢的浓度降低,变色速度减慢,变色时间会延长。因此,要保持过氧化氢的浓度;

 ⑶ 温度对该反应是有一定影响的,溶液温度最好控制在25℃,温度过低,溶液b中已溶解的KIO3将会因溶解度的降低而从溶液中析出。因此,室温较低时,应将溶液b在水浴中温热几分钟,但溶液b的温度不能太高。

 二热冰实验实例

 1. 实验步骤

 ⑴ 取250ml烧杯,确保清洗干净,倒入30ml自来水,置于石棉网上进行加热。

 ⑵ 2~3 min后,开始逐渐将醋酸钠晶体加入烧杯中,并进行搅拌溶解。待加热到60左右时,保持该温度,并持续加入醋酸钠晶体直至有少量晶体不能溶解。

 ⑶ 用酒精灯稍加热以提高温度,使刚才少量不能溶解的醋酸钠晶体溶解。

 ⑷ 将溶液自然冷却后,将其放入冰箱进行冷却,为防止有异物掉入烧杯中,可用蒸发皿作为盖子,把烧杯口盖上。

 ⑸ 等10 min左右,烧杯完全冷却后,拿出烧杯,加入少量醋酸钠固体,烧杯中的溶液会快速结晶(和水结冰类似),并放出大量的热,故称为热冰。

 2. 反应原理

 一定温度、压强下,当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压强下溶质的溶解度,而溶质仍不析出的现象叫过饱和现象。过饱和溶液的性质不稳定,当在此溶液中加入一小块的晶体溶质作为“晶种”,即能引起过饱和溶液中溶质的晶体。过饱和溶液能存在的原因,是由于溶质不易在溶液中形成晶体中心即晶核。若受到振荡或者加入溶质的晶体,则溶液里过量的溶质就会析出而成为饱和溶液,即转化为稳定状态,这说明过饱和溶液没有饱和溶液稳定,但还有一定的稳定性。因此,这种状态又叫介稳状态。不同物质形成稳定的过饱和溶液的能力,首先取决于分子的组成。一般固态下含有结晶水的物质,其稳定过饱和溶液容易形成,如硝酸铜、硫代硫酸钠、醋酸钠等[3]

 3. 实验成功关键

 ⑴ 当配置好过饱和溶液时,若有较大颗粒的不溶物,必须用胶头滴管小心吸出,防止其成为结晶中心。

 ⑵ 所用烧杯必须清洗干净,防止烧杯上的杂质形成结晶中心,造成实验失败,用蒸发皿作为盖子盖住,防止有杂质落入溶液中,再小心放入冰箱。

 ⑶ 起初烧杯中的水不宜加太多,因为温度升高后,醋酸钠溶解度极大,会导致醋酸钠用量过多,造成浪费。

 通过该实验的开展,有利于学生理解晶体的概念,在相同条件下,晶体生长速率与过饱和溶液的浓度有关,晶体生长是以晶核为中心生长等结晶知识。

 自主创新设计的趣味化学实验在课堂教学、课外活动和校本选修课中,都深受学生的喜爱,能大大激发学生学习化学的兴趣。本文提供了“振荡实验”和“热冰实验”两个趣味实验,在这些富有情趣的化学实验中,学生不仅能复习巩固化学知识,而且能提高学习化学的兴趣和热情,丰富课外生活。趣味化学实验是激发学生学习化学的“引发剂”,有望使学生从喜欢化学到热爱化学,从愿学到乐学!

  参考文献:

 1.  吴俊明等. 化学活动课及微型实验设计与实践(化学活动课分册). 北京:民主与建设出版社, 1999.

 2.  B-Z振荡反应. http://baike.baidu.com/view/97108.htm.

 3.  叶铁林. 化工结晶过程原理及应用. 北京:北京工业大学出版社, 2006.

 20151019