1、新版中学化学微型实验研究汇编 摘 要：微型化学实验是体现绿色化学理念，培养创新人才的一种有效方法，也是化学实验方法的改革。通过常规铜与微型铜分别与浓/稀硝酸反应的比较，可以发现微型化学实验具有试剂用量少，效果明显，实验安全，对学生吸引力强的优点，并可提高教学效果。本文对通过微型化学实验来锻炼学生的实验技能、自主创新、自主探究能力和完善学生的思维品质进行了初步探讨。 关键词：中学化学实验 微型化 实验改革 微型化学实验是20世纪80年代崛起，国际上公认的能体现绿色化学理念的一种化学实验的新技术和新方法。它是指在微型化的仪器装置中进行的化学实验，其试剂用量是常规实验的十分之一至千分之一。纵观近代化
2、学发展*，化学实验的试剂和样品的用量是随着科学技术的发展，实验仪器精确程度的提高而逐渐减少的。与此同时，在化学教学实验中也存在着逐渐减少试剂用量的趋势。 微型化学实验以使用尽可能少的试剂为主要特征，而采用微型化的实验仪器装置是微型化学实验的第二特征。基于这两个基本特征可以看出微型实验具有节约药品、节省时间、减少仪器损耗、便于携带、提高实验安全程度等优点。此外，微型化学实验在中学教学中的推广，是为了提高学生的实践能力和创新精神，在教学中打破“照方抓药”的传统实验模式，是对传统的实验进行的大幅度调整和充实，将实验微型化，着力培养学生良好的环保意识、资源意识、安全意识、创新意识，形成以学生自拟实验方
3、案的启发性、探索性为主的实验内容。在化学实验教学中，不但有较好的教学效果，而且能极大减少实验三废，是可持续发展战略在化学实验教学中的具体体现。 微型化学实验有利于培养学生的创新精神和实践能力。从推进素质教育的角度来说，中学化学实验的微型化能培养学生对化学实验的兴趣，乐于动脑动手、勤于实践的意识和习惯，切实提高学生的动手能力、实践能力。从培养适应21世纪需要的高素质国民的高度来看，认识推广微型化学实验的意义更加深远。 因此，推广微型化学实验的研究和开发必将是化学实验教学发展的一个重要方向。我们应该利用微型化学实验的特点，充分发挥其在化学实验教学及化学科学研究领域中的重要功能，积极开展、研究设计微
4、型化学实验。所以说微型化学实验已成国际趋势，应引起化学教师的重视。然而，现阶段中学微型化学实验也存着不足之处。从仪器方面来看，微型化学实验仪器目前还不能通用，不能实现微型化学实验连贯教学，因而普及和推广有一定的困难。常规实验的原有仪器还不能完好地改进过渡为微型化学实验仪器，还需要一段时间。同时，因为使用微型实验仪器而忽视或放弃原有常规实验的规范操作的问题也有待解决。 微型化学实验就是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息的实验方法与技术。但是，我国目前还没有开发出现成的微型化学实验仪器，我们可以尝试利用现有简单的化学仪器和医用注射器、输液管、药瓶等常见物品组合设计成微型实验装置，同样可以收到很
5、好的效果。下面结合微型化学实验的特点和原则介绍几个微型实验设计，它们不仅体现了绿色化学理念，而且达到了很好的实验教学效果。 1 常规化学实验与微型化学实验的比较 常规化学实验课要求规范统一，往往是一堂实验课，学生用一种方法做同一实验，这种千篇一律的实验课抑制了学生的个性化和创造思维的发展。而微型实验的实验方法灵活多样，装置简单易操作，且取材方便，学生有较大的自主发挥空间。同时，微型化学实验在强化学生实验技能和提高学生的创新意识上有特殊的功效。 1.1常规铜与稀硝酸的反应 仪器：集气瓶;玻璃片;止水夹;U型管;铁架台;导管 药品：铜片;硝酸 在单孔塞上固定一段狭长的铜片，塞紧单孔塞;打开止水夹向
6、U型管中注入稀硝酸;至水平B处，使酸液充满U型管，不残留空气。加热使反应开始，等有大量气泡时，撤去酒精灯，产生的一氧化氮将酸液压入U。 关闭止水夹，在U型管A处用酒精灯加热，在U型管右侧铜片处形成一段无色气柱，溶液变为蓝色。 打开止水夹，无色气体进入集气瓶内的空气氧化为红棕色的二氧化氮，证明原无色气体为一氧化氮。 1.2微型铜与稀硝酸的反应 实验步骤：（见图2） 向锥型瓶内加入10ml20%的氢氧化钠溶液。 往试管中加入一块铜片。 用一支滴管取硝酸溶液1ml注入试管中，立即用小橡皮塞塞紧试管口，接着将带试管的单孔塞塞紧锥型瓶口。 现象及结论: 稀硝酸与铜的反应激烈，铜片断面上连续产生小气泡，过
7、一会儿试管中.出现很浅的红棕色，从试管小孔逐渐逸向锥型瓶，试管里的溶液变为蓝色。反应停止后，轻轻振荡锥型瓶，红棕色逐渐变浅，最后消失。这种对比实验学生印象深刻，且减少了对人体的危害，保护了环境。 1.3常规铜与浓硝酸的反应 仪器:试管;分液漏斗;双孔胶塞;导气管;杯 药品:浓硝酸;铜片; 紫色石蕊试液;氢氧化钠 操作及方法： 先往试管里放入3g铜片，塞紧带有液漏斗及导气管的双孔胶塞，往分液漏斗里加入浓HNO3，将导气管出口插入烧杯里的NaOH溶液中。 调节分液漏斗活塞滴入适量的浓HNO3，剧烈反应，产生红棕色的气体充满试管，并从导气管口排出而被烧杯中的NaOH溶液吸收反应完毕后，可往分液漏斗中
8、加NaOH溶液，使试管中的NO2气体充分被吸收。 1.4微型实验铜与浓硝酸反应 仪器及药品: 1. J型滴管;2. Y型试管;a浓硝酸;b一束铜丝;c紫色石蕊溶液 实验步骤: 按图4装好仪器。 向Y型试管b端装入一束约1cm长的铜丝，c端加入2ml石蕊水溶液。 用J型滴管吸取约1ml浓硝酸，将其插入Y型试管中，用装在J型滴管上的胶塞塞紧管口。 挤压胶头向b端逐滴滴加浓硝酸，将b端反应液倒入c端，停止反应。 实验现象及结论： 由上述操作后可以看到反应剧烈，反应液渐渐变为蓝色，产生的红棕色气体充满Y试管，c端液体逐渐从紫色变为红色，直至完全变红。反应停止后，Y型试管中的红棕色逐渐变浅，不一会儿红棕
9、色完全消失。 实验现象明显，不仅完成了铜与浓硝酸的反应，而且验证了NO2与水反应的性质。 上面列举了关于铜与浓稀硝酸反应的常规实验和微型实验，下面用图表的方式来对比一下。 通过对比我们不难发现，微型化学实验不是常规实验的简单微缩，也不是对常规实验的补充，更不是对常规实验的对立，它是在绿色化学思想下用预防化学污染的新实验思想，新方法和新技术对常规实验进行改革和发展的必然结果。 2 微型化学实验的设计原则 概括起来，微型化学实验设计应遵循以下基本原则: 2.1科学性原则 科学性原则是微型化学实验设计的首要原则。所谓科学性，首先是指实验原理、实验装置、实验操作程序和方法的正确性，即必须与化学理论知识
10、和化学实验方法相一致。其次，实验设计要具有科学思想和科学方法的教育因素。如果在设计中缺乏科学态度和方法，往往稍有疏忽就会出现科学性错误。 2.2可行性原则 可行性是指设计微型化学实验时所运用的实验原理和方法在实施中切实可行，所选用的实验药品、仪器、设备和方法在现有条件下能够得到满足。 2.3简约性原则 所谓简约性是指要尽可能采用简单的实验方案、实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，在较短的时间内来完成实验。更具体地说，就是装置简单、操作简便、现象明显、节约药品、节约时间、安全可靠、不产生污染，使整个实验过程尽可能少受干扰，学生能将精力集中在操作、观察和探究上。 2.4安全性原则 实验仪器装置的
11、取材要尽量简易安全；药品的使用尽可能不用危害品或减少用量、循环使用、回收利用、减少三废、提高实验的安全程度;实验设计的内容应包括对有毒物质进行无害处理的设计操作。 2.5创新性原则 微型化学实验的设计不是对常规实验的简单缩小，而是根据常规实验的目的、原理和要求进行科学创新。在实验设计中尽可能采用一些最新的科学知识和技能，运用科学的方法和手段解决设计过程中.出现的问题;实验设计的内容应显示出一定的创造智慧和策略，要敢于标新立异，具有新颖性。 2.6实践性原则 要善于把微型实验设计运用于化学实验教学和解决实际化学问题的研究之中;必须亲自动手进行实验操作，在做中想，在做中学，反复推敲，不断完善自己的
12、实验设计;要因地制宜，因时制宜，就地取材，综合应用。 3 微型化学实验设计的内容 一个相对完整的化学实验设计方案所涉及的方方面面，即为微型化学实验设计的内容，主要包括实验题目、实验目的、实验原理、实验用品、实验装置图、实验内容和实验步骤，实验现象记录及结论。 4 微型化学实验设计的思维方法 为了使微型化学实验的目的顺利实施，要对该项化学实验所涉及的一系列具体问题进行认真的分析和周密的思考，其方法如下: 对化学实验的化学原理、对参加化学反应的各种物质的性质要有较全面、较深入的了解和认识。要尽可能估计到在什么样的实验条件下，可能有什么样的化学反应以及产生什么样的实验结果，使有关化学反应向着实现化学
13、目的的方向发展。例如，设计一个简易启普发生器用来制备氢气。该实验设计应该明确3个方面的问题:必须是较活泼金属跟稀硫酸发生置换反应方可制取氢气，而用活泼的金属如碱金属是达不到目的的;含有杂质的金属可同时发生原电池反应，能加快氢气的制取；启普发生器的工作原理。在弄清上述三个问题的基础上，就可以合理地选择实验试剂和实验仪器。 按照化学反应原理，根据化学反应物和生成物的性质、实验条件的控制、发生反应时可能产生的变化，来预选实验方法和手段。甚至对选用仪器的规格、仪器的联结安装方式都要仔细考虑，然后确定实验操作的程序和步骤。 实验者要对自身的化学知识基础和理论水平、实验操作水平、现代化测量手段掌握的情况等
14、做出全面的、切合实际的评价，充分估计自己是否有能力胜任该项实验设计。明确自己的不足，找到弥补的办法，努力予以补救。 对化学实验过程中可能遇到的困难和克服的办法，都要尽量做好思想准备。甚至在一开始就可以设计出两套或多套不同的实验方案，设计几种不同的实验方法去完成同一个实验目的的实验方案，对它们各方面的情况做出周密分析，并加以比较，从中确定一个较理想的实验方案，然后着手完成化学实验设计的书面材料。 参考文献： 1范杰.化学实验论M.太原:山西科学技术出版社，202x.323. 2周宁怀，宋学梓.微型化学实验M.浙江科学技术出版社，1992.4. 3北京师范大学无机教研室等编.无机化学实验M.第二版
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