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二、从题例看实验综合探究题的设计与评价
1.实验方案的设计内容与类型
(1)实验方案设计内容
从题例中的五个小问可以看出,实验综合探究题方案的设计内容包含了实验目的与原理、用品与步骤,方法与现象、结果与讨论等.就实验方案设计的内容来说,虽然看上去较多,但高考题很少出现让考生设计一个完整的较为复杂的实验方案.如题例中的第 (5)小问,仅要求考生以简答的形式补充其中的两个实验步骤节点.这是由于考虑到中学生能力发展和认知水平.新课程强调,科学探究的学习方式不等于科学家的科学探究,它是在某种程度上学习科学家研究和解决问题的思路来进行学习.所以,一般情况下,实验综合探究题实验方案设计与题例相似,原理与问题大多是现成的.如题例中,由绿矾制备柠檬酸亚铁的反应原理、相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH等都作为信息直接呈现,让考生去识别与加工.实验具体操作方法的设计,有的是现成的,有的是开放的,如题例中的第(1)(2)(3)三个小问,让考生去整合与联想.实验探究过程的设计,绝大多数是开放的,有弹性的,如题例中的第(5)小问,虽然是补充其中的两个实验步骤节点,但这种补充简答的设计,是开放的、富有弹性的.要求考生在平时的实验探究学习过程中,注重实践、注重操作、注重交流与体验,才能用扎实的化学基础知识和基本实验技能,对综合实验方案作出正确的判断.
(2)实验方案设计类型
题例从绿矾制备柠檬酸亚铁的综合实验中给出五个小问题,基本涵盖了目前中学化学综合探究实验设计的主要类型,即:物质的组成与性质,物质的制取与性质、分离与提纯.就此实验方案设计的类型来讲,题例是物质的制取、分离与提纯的探究设计.然而,命题专家考虑到中学生的认识水平和能力,在题例第(3)、(5)这两小个小问中分别设计了台阶,让考生的思维既聚焦在设定的问题中,又具有一定的发散性,可能有一个或多个解答途径;既降低了难度,又使考生的思维得到充分的发展.
2.实验方案的评价
(1)实验方案评价原则
对实验方案的评价,无论是对哪一方面的探究内容进行评价,都应根据探究实验设计的原则来进行,即从科学性、安全性、可行性和简约性等方面进行分析,评价正确与错误、严密与疏漏、规范与随意等.要分析是否合理、是否经济高效、是否有干扰因素、是否符合安全环保化学的思想.
像题例中第(1)小问,制备FeCO3时,选用的加料方式及其原因,应从反应物的性质即科学性的角度进行评价.题意中表格所列出的相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH已提示,因Na2CO3溶液碱性较强,为了避免生成Fe(OH)2沉淀生成,所以应将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中.
对于第(3)小问,将制得的FeCO3加入到足量的柠檬酸溶液中,再加入少量的铁粉,80℃下搅拌反应.对于加入铁粉的作用,应从生成的产物亚铁盐溶液的性质来评价,因为溶液中的Fe2+易被氧化,加入铁粉可以防止+2价的Fe元素被氧化;对于除去过量铁粉的方法,不少同学用加入稀硫酸的方法除去铁粉,这是不对的.只要我们分析一下,此时反应的进程已陈述为“反应结束后”,不是反应开始或反应过程中,反应物柠檬酸溶液呈酸性,目标产物是得到柠檬酸亚铁.从这几个节点上来看,既反映了科学性的评价原则,又反映了可行性、简约性的评价原则,过量的铁粉无需过滤而除去的方法,很容易联想到柠檬酸呈酸性,应加入适量的柠檬酸达到除去过量的铁粉的目的.
在第(4)小问中,反应后溶液经浓缩、加入适量的无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥,获得柠檬酸亚铁晶体.这时加入无水乙醇的目的,只有从无水乙醇对柠檬酸亚铁溶解性的影响这个角度来评价.因随着无水乙醇的加入,水的浓度降低,柠檬酸亚铁在水中的溶解量减小,有利于柠檬酸亚铁晶体的析出,这也是实验评价简约性原则的具体体现.所以,综合探究实验的评价,要分析每一步实验方案的目的,抓住探究实验方案设计的评价原则,一定能得到有针对性的评价结果.
(2)实验方案评价内容
实验方案评价要从实验原理、实验方法、操作步骤、实验现象、实验误差、环境保护等方面来进行分析.但由于受考试时间的限制,高考题很少出现让考生评价一个完整的较为复杂的实验方案.像题例是从绿矾制备柠檬酸亚铁的综合实验这一较为复杂的实验,只提取部分实验内容让考生进行评价,体现了新课程“从学生实验和探究课题的复杂性出发,设计探究的基本要素,确定探究活动的重点环节” 的基本要求.从题例可以看出,尽管柠檬酸亚铁晶体制备的探究实验比较复杂,命题专家仍根据实验探究的基本要素,确定1-2个重点环节让考生评价.如题例第(5)个小问.以硫铁矿烧渣(主要成分Fe2O3、SiO2、Al2O3、)出发,结合的绿矾的溶解度曲线,只要求考生补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4・7H2O晶体的两个重要实验步骤,一是物质的提纯与操作方法.既要除去不溶的SiO2,又要除去Fe3+、Al3+,涉及到不止一次的过滤技巧,虽然加入试剂的顺序不同,都能达到实验目的,具有一定的开放性.二是控制实验条件的方法.从溶解度曲线图可知,首先要加热浓缩到60℃并形成饱和溶液,然后冷却至0℃结晶,过滤后用冰水洗涤,减少FeSO4・7H2O晶体的溶解,低温干燥减少FeSO4・7H2O晶体失水分解.当然,如果命题专家能在简答评价节点上让考生再少写一些文字,探究实验的评价效果会更加显现.
文章编号:1005–6629(2012)7–0064–04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
考试说明要求:能用正确的化学用语及文字、图表、模型、图形等表达化学问题解决的过程和结果,并作出解释的能力。2011年江苏化学高考试卷用事实诠释了上述要求,仅有标号的图形就有14幅之多,主要是工艺流程图、曲线坐标图、实验装置图、模型示意图等。
如何解读图形?笔者认为:首先是识图,即看懂图形,了解其意义,搞清其原理,解决“做什么”的问题;其次是研图,即运用有关知识研究图形具有的性质,揭示的规律,解决“为什么”的问题;最后是用图,即利用化学原理和图形解决“怎么做”的问题。
1 工艺流程图
工艺流程图是表示工业生产过程中各个环节进行顺序的简图,是将生产过程中的主要阶段(即流程)用框图形式表示的图形。它描述的优点在于能从整体的角度,直观反映化工生产的过程,有利于过程的分析、评价。
如第16题,以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程(图1)如下:
解读:
(1)做什么?对比分析生产流程中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品),从中找出原料与产品之间的关系,弄清生产流程中原料转化为产品的过程中依次进行的反应。
明确生产目的:以硫铁矿(主要成分为FeS2)、空气、30 %盐酸、氯气为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)。
弄清反应原理:先将硫铁矿焙烧:
4FeS2+11O2 2Fe203+8SO2,再将得到的氧化铁酸溶:Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,过滤除去不溶性杂质后,通入氯气氧化后制备氯化铁晶体。
(2)为什么?每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物?杂质是否要除去,采用什么方法除去?研图时要明白:一切反应或操作都是为了获得产品而服务
本题中,将硫铁矿焙烧转化为氧化铁时产生的SO2,是大气污染物,必须处理,过滤程序是为了除去不溶性残渣。本题的主要疑点是:氯气氧化是为了什么?在此流程中还有什么物质可能被氧化?(只有可能是:Cl2+Fe2+=2Cl-+Fe3+)。至于怎么制备粗品晶体,本题用了省略号,不需深入探究。
(3)怎么做?看清问题,准确规范作答是目的。答题时要看清问题,不能答非所问,要注意语言表达的科学性,要分清实验操作名称和具体操作步骤。例如针对第(2)问:酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量,其目的是 、 。
这里的关键词是:酸溶、后续、盐酸过量。
酸溶的目的是将氧化铁溶解,而盐酸要过量,只可能是想使铁的氧化物尽可能多的转化,即提高铁元素的浸出率;后续、酸过量,也就是要保证后续溶液是酸性的,肯定是为了抑制三氯化铁溶液的水解(抑制Fe3+水解),减少损失,水到渠成。
启示: 这类题目命题的意图是,为了拉开差距,考查学生对整道题的理解分析。解题时,要对比分析生产流程中的原料与产品,认清流程图中每一步的目的,从对比分析中找出原料与产品之间的关系以及前后每一步间的联系,弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂分离提纯产品的操作方法,然后再结合题设的问题,逐一推敲解答。把元素化合物知识与生产工艺、化学平衡原理结合起来,引导中学化学教学关注化学学科的应用性和实践性,这是新课标倡导的趋势。
2 坐标曲线图
坐标曲线图是借助简单的线条走向,巧妙表达变化的复杂过程,从而揭示出化学原理本质特征的图形。因其直观形象,信息量大,在高考试题中所占比例越来越大。此类试题的特点:(1)化学提供的信息暗示于“标”(纵、横坐标)、“点”(起点、终点、拐点、极点等)、“线”(曲线变化趋势及线段比例)之中;(2)图像中隐含的信息量大,对学生读图获取信息能力的要求较高;(3)由于多变量的存在,要求学生会多角度、多层面去思考和探究问题。
如第19题(部分):高氯酸铵(NH4ClO4)是复合火箭推进剂的重要成分,实验室可通过下列反应制取:NaClO4(aq)+NH4Cl(aq) NH4ClO4 (aq)+NaCl(aq)。反应得到的混合溶液中,NH4ClO4和NaCl的质量分数分别为0.30和0.l5(相关物质的溶解度曲线见图2)。从混合溶液中获得较多NH4ClO4晶体的实验操作依次为(填操作名称): 干燥。
解读:
(1)做什么?实验操作的目的是通过反应获取较多NH4ClO4晶体。所依据的是物质的溶解度曲线。这是一个双纵坐标图,横坐标为温度,左纵坐标表示的是NH4Cl、NaCl和NH4ClO4的溶解度,右纵坐标表示的是NaClO4的溶解度,从数据来看,NaClO4的溶解度远大于前三者的。
(2)为什么?低温时高氯酸铵的溶解度最小而从溶液中析出,使反应能向生成高氯酸铵的方向进行。排除图中NaClO4 和NH4Cl的干扰曲线,可以看出:高氯酸铵的溶解度受温度变化影响较大,而NaCl的溶解度受温度变化影响不大,故可用降温(冷却)结晶的方法。本题值得研究的是:把反应得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的质量分数分别为0.30和0.l5作为已知条件的目的是什么?要想通过降温结晶得到NH4ClO4晶体,NaCl晶体不能析出,从图中可知,20 ℃左右饱和氯化钠溶液的质量分数约为26.5 %,远大于15 %,为了降温过程中析出更多的高氯酸铵晶体,必须先将溶液蒸发浓缩。
(3)怎么做?本题的关键是“获得较多”晶体。因为高氯酸铵的溶解度随着温度降低而降低,所以洗涤用水的温度越低,损失越少。综合可知本题答案为:蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,冰水洗涤。
再如第 20题(部分):氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。H2O的热分解也可得到H2,如图3所示。图中A、B表示的物质依次是 。
解读:本题是要求学生,从高温下水分解体系中主要气体的体积分数与温度的关系图中判断A、B表示的物质分别是什么(做什么?)。由图像知,随着体系温度的升高,水的含量逐渐减少,至5000 K是为0,水受热分解为H2和O2是同学们熟知的反应,从图中看出,从2000 K到5000 K,水受热分解系中各物质量的变化情况。这就是我们要研究的(为什么?)。结合气体的A、B的体积分数,可知在6000 K时,水完全转变成了A、B,且A、B的体积分数约是2/3、1/3。答案就只有一个了:在很高温度条件下,氢气和氧气受热分裂成氢原子和氧原子(怎么做?)。
启示:解坐标曲线图,一要看清横、纵坐标代表的含义,理解图示化学曲线的意义;能否充分挖掘图给信息和巧妙利用暗示条件对正确而迅速的解题起着关键作用;二要理清图像变化的趋势,重点把握起点、拐点、终点;突破口在于抓住图像中关键点的含义,在此基础上结合化学原理做出正确的判断。
3 模型示意图
模型示意图是用简明、形象、直观的图形说明知识结构和内涵,揭示化学变化规律的一种略图。它能将复杂的事物形象直观地表达出来,化抽象为具体、变复杂的文字叙述为简捷的图示,降低了人们认识客观事物的难度,其价值在于“型简意深”。模型示意图对精度要求不高,着重在“意”字上下功夫。解读时重在“以型通理”,就是指通过标题了解某图所反映的化学事物的内容后,要深入分析其中蕴含的“理”。
如第20题(4):电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图见图4(电解池中隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。电解时,阳极的电极反应式为 。
解读:
(1)做什么?该题要求考生从电解模型示意图入手,写出电解时阳极反应式。该图与苏教版《选修4:化学反应原理》(图5)电解饱和食盐水原理示意图极为相似。
(2)为什么?如果同学能从以下几个方面思考:
①阴、阳极的材料是什么?是活性电极还是惰性电极?
②阳极区、阴极区各有什么离子?
③在直流电的作用下,离子会怎样的移动?
④隔膜的作用是什么?
⑤阳极区、阴极区产生的物质是什么?
⑥指出电极产物并写出化学反应方程式。
至此,不仅能有效地解决离子移动方向的问题,同时也能明确在阴、阳极分别发生的得、失电子过程。这一分析思路还可帮助学生认识其他的电解装置提出思维路径。
(3)怎么做?由于阳极材料是惰性电极,而隔膜仅能阻隔气体的通过,不影响溶液中离子和分子的通过,所以整个的电解质溶液应该是尿素KOH溶液,在直流电的作用下,OH-应该向阳极移动,溶液中的H+应该向阴极移动的,阳极区的的气体N2,肯定是尿素失去电子被氧化的产物。另一种产物是什么?1 mol尿素[CO(NH2)2]能失去几摩尔电子?学生就感觉到困难了,这就需要知道,尿素中的碳为+4价、氧为-2价、氢为+1价、氮为-3价,应该是-3价的氮失去电子。至此,不难写出:CO(NH2)2+8OH--6e-=CO32-+N2+6H2O
启示:高考题中的示意图,往往是课本实验示意图的改进和优化。对教材上一些重要的示意图要关注,加深理解。另外,要关注生活,适度加强综合训练与提升。
4 实验装置图
实验装置图能直观地告诉学生,本实验用的仪器,某些反应物的状态和名称,需要学生结合一定的化学知识去辨别实验装置图中隐含的秘密。若学生用“死记硬背”的方法来解决考题中的实验问题,结果肯定是低效的。因此,教师在化学教学中,应该重视感性与理性的结合 ,重视实物与装置图的对比。高考中实验对装置图的考查一般是从两个方面进行的:一是实验装置中仪器的选择、搭配、使用是否合理;二是对实验装置使用的注意事项、各部分仪器的作用及评价进行考查。
如第7题中,判断实验室用图6所示装置制取少量氨气是否正确。制气装置由反应物状态(固体或液
体)和反应条件(常温或加热)决定的,将浓氨水滴入氧化钙固体中,会发生反应:CaO+NH3·H2O=Ca(OH)2+ NH3,故制气原理和装置是正确的。收集氨气用向下排空气法也是没有问题的,但收集的试管带塞子将无法收集到氨气。
又如第19题(3):样品中NH4ClO4的含量可用蒸馏法进行测定,蒸馏装置如图7所示(加热和仪器固定装置已略去)。
实验步骤如下:
步骤1:按图7所示组装仪器,检查装置气密性。
步骤2:准确称取样品a g(约0.5 g)于蒸馏烧瓶中,加入约150 mL水溶解。
步骤3:准确量取40.00 mL约0.1 mol·L-1 H2SO4置于锥形瓶中。
步骤4:经分液漏斗向蒸馏瓶中加入20 mL 3 mol·L-1 NaOH 溶液。
步骤5:加热蒸馏至蒸馏烧瓶中剩余约100 mL溶液。
步骤6:用新煮沸过的水冲洗冷凝装置2~3次,洗涤液并入锥形瓶中。
步骤7:向锥形瓶中加入酸碱指示剂,用c mol·L-1 NaOH标准溶液滴定至终点,消耗NaOH标准溶液V1 mL。
步骤8:将实验步骤1-7重复2次。
①步骤3中,准确量取40.00 mL H2SO4 溶液的玻璃仪器是 。
②步骤1~7中,确保生成的氨被稀硫酸完全吸收的实验是 (填写步骤号)。
③为获得样品中NH4ClO4 的含量,还需补充的实验是 。
解读:
(1)做什么?
目的:用蒸馏法测定样品中NH4ClO4的含量。
原理:NH4ClO4+NaOH NaClO4+NH3+H2O,将生成的氨气蒸馏出来用H2SO4溶液吸收,用NaOH溶液滴定剩余的H2SO4。
装置:蒸馏装置、滴定装置,量取装置:在中学阶段,读数能准确到0.01 mL的仪器只能是滴定管,而盛放硫酸溶液的,只能是酸式滴定管。
(2)为什么?要想确保生成的氨被稀硫酸完全吸收,就要做到装置不能漏气,要让生成的氨气尽可能全部逸出,不能让生成的氨气残留在仪器的内壁上等。选出步骤1、5、6也是可能的,如果思维不够严密,可能会漏选。
(3)怎么做?对于问题③,很多考生考后也不知道怎么回答,因为在高中化学教学中空白试验和溶液的标定是没有出现的,而在该题中已经做了样品的平行测定。若想要同学们找出“约0.1 mol·L-1 H2SO4 硫酸溶液”而进行标定是很难的。加上答题时语言表达不够严密,易导致失分严重。该题应该是超出了中学化学教学要求的。
启示:高考题中的化学实验题所涉及的装置图的考查,往往是课本实验装置的改进和优化,源于课本,但又高于课本。因此在平时的教学中,应掌握好常规实验装置,如制Cl2、制O2、制NH3、制乙酸乙酯等,并能评价实验装置的优缺点。高考考查的知识点和基本的思维点也来源于课。因此实验题的“根”在课本,可见我们应该“把根留住”,透析课本每一个演示实验和学生实验。解答实验操作题不会时思考一下生活中有无类似的问题,是如何处理的。对比装置图的区别,评价优缺点所在。
以图形为载体的化学试题在各地高考化学试卷中出现的次数多,分布广,在化学实验、化学基本原理、化学计算等方面都有体现。要顺利地解决这类试题,要有扎实的化学基础知识,并充分挖掘图形中隐含的条件,即注重图中信息的获取,找出图中信息和要求解答的问题之间的内在联系,找到解决问题的突破口,一定会收到事半功倍之效。
参考文献:
关键词:实验改进;创新设计;化学实验
中图分类号:G633.8 文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2013)29-0073
中学化学教学的魅力在于化学实验,以实验为基础开展化学教学已成为所有化学教师的共识。那么,怎样才能有效地发挥实验在化学教学中的作用,以适应培养学生创新能力的需求呢?随着时代的进步,课堂教学内容的调整和教学目标的改变,对化学实验进行不断改进和创新,化学实验才能充满生命和活力,保持其在化学教学中的独特魅力。同时,教师的改进实验的创新意识也会给学生以潜移默化的影响,激活学生的创新思维。在教学中,我们教师就得考虑对实验进行改进和创新,才能起到事半功倍的效果。
一、对既危险又浪费资源的实验的安全节约改进设计
1. 金属钠的燃烧
在学生分组实验中,按课本中介绍的方法,实验过程中可能引起爆炸,十分危险,还会损坏很多玻璃管或蒸发皿。如选用石棉网,实验后的石棉网肯定被烧坏,不能再次使用,造成很大的安全隐患和资源浪费。
为此,在实验中可以改用铝片作实验仪器。具体操作方法:把铝片剪成圆形,用手捏成蒸发皿状,将一绿豆大小的钠,吸干煤油后放在铝蒸发皿中,将铝蒸发皿置于三角架上,用酒精灯加热,钠很快便熔化、燃烧。改进后的实验很容易观察燃烧的现象和产物的色态,金属钠也不会爆炸和飞溅出来,比较安全,冷却后将铝片清洗干净还可再用,节约资源。
2. 氯气还是次氯酸具有漂白性
课本在处理有关氯气还是次氯酸具有漂白性的问题时,介绍通过让氯气通过干燥的有色布(纸)条不褪色,然后再通过湿润的有色布(纸)条褪色,以此来说明使布(纸)条褪色的不是氯气,而是氯气与水反应的产物次氯酸,由此说明氯气无漂白性而是次氯酸有漂白性。这样做要带氯气的发生装置上讲堂,要用很多集气瓶和导气管,要用碱液吸收尾气,很可能漏气污染环境,十分危险、麻烦、累人,并且浪费很多氯气等资源。
为此,在实验中笔者进行创新设计,改用在课前事先用5cm以上的高度无色透明的集气瓶收集干燥的氯气并用塞子塞紧,准备长5cm左右的有色布(纸)条。实验时取有色布(纸)条一端1cm左右先蘸点儿水湿润并甩干,要保证不蘸水的部分绝对干燥,然后打开装有氯气的集气瓶的塞子,将布(纸)条伸入集气瓶内,把塞子迅速盖上(以防氯气溢出污染环境),并让塞子夹住布(纸)条干燥的上端,不让布(纸)条落入集气瓶中(以便于稍后观察),当然要保证伸入集气瓶中接触氯气的布(纸)条既有湿润部分也有干燥部分,就可观察到布(纸)条湿润的部分立即褪色,干燥的部分不褪色,接下来还可拿着此集气瓶巡堂让学生近距离观看。实验现象明显,由此对比不是更能说明氯气无漂白性而是次氯酸有漂白性,而且用过的氯气还可以用于下一个班的氯气与铜的反应实验,真是既能节约资源又能够达到演示实验目的。又何乐而不为呢?
当然很久以后伸入集气瓶的布(纸)条干燥的部分也会完全褪色,因为布(纸)湿润的部分的水会在集气瓶内挥发或渗透使干燥的布(纸)条全部湿润,所以演示完实验后应该不让学生再观察此集气瓶,宜收藏起来,以免引起不必要的误解。
二、难于成功的实验的成功简便改进
1. 铝与水的反应
铝虽然是活泼金属,但由于表面上覆盖了一层致密的氧化膜,阻止氧气和水继续与其反应,因而铝具有较强的抗腐蚀性,通常不与水反应。根据铝的活泼性,除去氧化膜后的铝与水反应的现象应该很明显,但实验发现,几乎没有什么现象,更谈不上收集氢气并进行检验,以至于学生怀疑铝能否与水反应。
为此,笔者对该实验进行了探究和设计,不仅能清楚地观察到实验现象,还能收集并检验生成的氢气。取3片0.5cm2宽的干净铝片放入小试管,加入3 cm蒸馏水,然后加3滴酚酞试液,加热3min即可观察到水溶液显粉红色。反应后水溶液显碱性可说明铝已经和水反应生成碱,因为是铝和水的反应,该碱应该是氢氧化铝,再根据原子守恒可推知反应还生成氢气。若要收集得到较多的氢气,可向该试管中加入0.5mL的氯化汞溶液放置片刻,倾去溶液后,用水洗涤铝片2~3次,再加水2~3毫升,铝能跟水发生反应,有气体放出,如果现象不明显,可微微加热,因为汞能与铝结合成铝汞齐,扩大铝与水的接触面积,使反应加快,可以很快收集到氢气,另外用试管收集氢气即可点燃。
值得注意的是氢氧化铝难溶于水,应该先加酚酞再加热,以便氢氧化铝一生成就与酚酞充分接触使酚酞显色,否则也很难观察到酚酞变红。最后如果点燃氢气也要另外用试管收集再点燃,以防爆炸和反应试管中的重金属盐氯化汞溅出,伤及人员。
2. 制取乙烯的新法
课本介绍用浓硫酸与无水乙醇混合加热制取乙烯,用此法制取乙烯,由于浓硫酸具有较强的氧化性,反应时浓硫酸不仅具有脱水和催化作用,而且也很容易使乙醇被碳化变黑,同时生成二氧化硫污染环境,并且温度要求的范围也比较窄,副反应较多浪费资源。
为了改变以上不足,如果在仅仅需要制取乙烯的条件下,那么笔者觉得完全可以用另一种药品代替浓硫酸,完全可以起到催化和脱水的作用,又可以避免浓硫酸的缺点。这种药品就是五氧化二磷(粉末或已吸水呈粘稠状的都可以,绝对不能用磷酸的稀溶液),五氧化二磷吸水后,生成浓磷酸也可以作催化剂。
实验改为可以将lg五氧化二磷与约5m1乙醇均匀混合代替浓硫酸与乙醇的混合物。其他依照课本,当然甚至连温度计也可以不要,因为本实验要求的温度并不严格,略微加热便可产生平稳的乙烯气流,满足乙烯的性质实验需要,乙醇不会碳化变黑,也不生成二氧化硫污染环境。把气体通入溴水,红棕色溴水很快褪色,通入酸性高锰酸钾溶液,紫色高锰酸钾溶液褪色。点燃产生的气体,能平稳燃烧,火焰大又高,能观察到明显的黑烟。
当然了,此法只是作为一种方法而已,如果为了达到实验目的是完全可以使用的,如果要以考试目的来介绍乙烯的实验室制法,此法并不在考试范围,介绍此法还得斟酌再三而后行,所以用此法制取乙烯就一定要把握授课的尺度和技巧,以不增加学生负担为标准。
3. 乙炔的实验室制法与燃烧
乙炔的制备实验,按现行教材的装置和方法,实验过程中存在以下几点不足:电石和饱和的食盐水的反应,速度仍然相当快,难于控制。产生的乙炔气体混有磷化氢、硫化氢等杂质而有特殊难闻的臭味,直接排放到空气中会污染环境,并且不能让学生闻到纯乙炔的无味。点燃乙炔这种可燃性气体需要验纯,否则容易引起爆炸的危险。
为了消除磷化氢、硫化氢杂质的干扰和污染,又由于磷化氢、硫化氢容易和铜离子反应生成沉淀,所以改用饱和硫酸铜溶液代替饱和食盐水制取乙炔。经过尝试发现这样制得的乙炔基本无气味,符合理论上乙炔的无气味,而且通过酸性高锰酸钾溶液和溴水后的尾气排至空气中,污染肯定大大减少。
乙炔可以燃烧,可是乙炔并不像氢气那样瞬间即燃烧完毕,而是较缓慢地燃烧。检验乙炔纯度时,乙炔靠近酒精灯火焰可以慢慢燃烧,并且可以观察到乙炔燃烧产生大量的黑烟,试管口留下大量烟炱。所以乙炔燃烧可以改为直接点燃用试管收集到的乙炔,效果与点燃从发生装置的导气管出来的乙炔一样,也能说明乙炔燃烧很不充分,但是绝对不用担心有爆炸的危险。
化学实验的改进和创新方法远不止上文提到的这些,在实际对实验的创新和改进过程中,所使用的方法并不是单一的,往往是多种方法交融并串的综合应用。化学实验的改进和创新永无止境,各种现代化媒体与化学实验的结合为实验创新提供了广阔的领域,只要我们勤于探索、勇于开拓,一定会有更多更合理的创新实验产生。
参考文献:
[1] 舒曼青.实验设计教学中应注意的几个问题[J].教学月刊,1998(9).
[2] 鹏志定.铜与硫反应实验的改进[J].化学教育,2001(6).
[3] 范英琳.铁跟硫反应演示实验的一点改进[J].化学教育,1999(4).