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[摘要]本文总结归纳和分析高中化学实验出现异常现象的常见原因,提出了相应的解决方法,并在如何选择教学策略,使实验异常现象变废为宝进行综合利用等方面结合自己多年教学经验与体会进行分析与探讨,希望有所借鉴。
[关键词]化学实验 现象异常 原因 合理利用
化学是一门以实验为基础的自然科学,实验是化学教学的重要环节,最具备培养学生创新、实践能力的作用。实验出现异常现象,会对学生造成认知冲突的失衡。教师若不及时加以正确的引导和彻底解决,势必会影响教学效果,不利于达到预想的教学效果,并自身失去对实验教学的信心。找出产生异常现象的原因,变“异常”为“正常”,是培养学生稳操作、细观察、勤思考、形成严谨的科学态度;对教师本身也提供了一个提高专业素质,增强分析问题和解决问题能力的机会。
一、实验现象异常的成因
1.因试剂加入顺序的先后引起的实验异常
教师或学生在实验中,若忽视化学试剂的加入顺序,有可能引起实验现象不明显甚至得到截然不同的实验结果。
例如在做溴与苯酚取代实验时,将苯酚溶液加到浓溴水中,观察不到白色沉淀,而只能见到溶液变成了黄色。若将反应物的加入顺序改为“将1-2滴浓溴水滴入苯酚溶液中”,保证反应中苯酚过量,则预期现象很明显。
再如碳酸钠与盐酸反应实验,若将碳酸钠向盐酸中滴加,一开始无气体生成,随着盐酸量的增加才逐渐产生气体。若是将盐酸向碳酸钠溶液中滴加,反应一开始就有气体产生,CO32-+H+、=HCO3- HCO3-+H+=CO2+H2O
2.药品保存方面引起的实验异常
实验室药品存放时间较长,有些药品会因为在实验室保存过程中,由于长时间与空气中的氧气、水蒸气等作用或者人为地药品保存不当而发生变质,导致实验过程中出现异常现象的。
比如在检验Na2SO3中的SO32-离子时,加入BaCl2溶液后产生大量白色沉淀,加入稀HCl后,产生可以使石蕊试纸变红的酸性气体。但是无论HCl量多少,试管中始终会有少量白色沉淀无法溶解。实际上,由于SO32-离子具有很强的还原性,很容易被空气中的氧气等氧化成Na2SO4,所以看见有不溶于HCl的沉淀也就不足为奇了。
3.因试剂的纯度引起的实验异常
高中化学实验中,不同的实验对所选择的实验药品纯度的要求也是不同的。限于中学化学实验条件,有些实验往往产生“失常”现象。
如在做原电池实验时,在观察到除了铜片上有大量气泡产生以外,作为负极的锌片上也会有较多的气泡生成。这种现象是由于锌片不纯,含有C、Fe等杂质且金属表面粗糙,容易产生微小电池而使氢的超电压减小,最终使得一部分氢气在锌表面析出。
4.因药品用量的不同引起的实验异常
实验过程中,特别是在学生做学生实验时由于实验习惯的问题,在取用药品时用量很随意,很容易出现出乎意料的现象。
例如在做银镜反应时,在一洗净的试管里注入1mlAgNO3溶液,然后加氨水到完全溶解,再滴几滴新配的乙醛溶液后水浴加热几分钟却始终得不到光亮的银镜。分析原因,是银氨溶液配制时氨水量未控制好引起的。在向AgNO3溶液中滴加氨水不可过量,教材描述为“氨水加到生成的沉淀刚好溶解为止”。实践经验证明,氨水过量越多,银镜反应的效果越差。因此加氨水时直到最初产生的沉淀溶解到还略显浑浊(不可使沉淀恰好溶解至溶液澄清)为止,这種银氨溶液氧化能力最强,实验效果最好。
5.因副反应的存在导致实验现象异常
很多化学反应中都有副反应的存在,有些副反应甚至影响实验结果,干扰实验现象。
例如高中化学《氮和磷》一节有这样的练习:“用大试管收集一试管NO2气体,倒扣在盛水的水槽中,不久看到试管里红棕色气体消失,水面上升至容积的约2/3处……”事实上由于收集的气体中常常含有NO等物质,存在副反应NO2+NO+ H2O===2HNO2,实际水面上升要远远大于试管体积的2/3 。
6.因实验温度控制不当引起的实验异常
温度是影响化学反应速率和反应趋势的一个重要方面。温度的高低往往决定了一个反应能否发生、向什么方向发生等问题。所以,温度的合理控制对实验现象与实验结果至关重要。
例如在做乙醇的氧化实验时,将螺旋状的铜丝加热变黑后,如不迅速插入乙醇,反复几次,并不会看到铜丝变红亮,也不会闻到有刺激性气味。因为铜丝插入速度太慢,使铜丝温度下降后反应就不能发生了。
在实际的实验教学中,除了上述原因以外,所用试剂的浓度大小,试剂选用的恰当与否,酸碱介质环境,仪器的选用及装置是否合理,以及实验操作者自身基本操作是否过关等方面也会引起实验的异常现象。
二、异常现象的合理利用
如何对待实验过程中出现的异常现象?
1.利用异常现象提高教师自身专业素质
实验中出现的异常现象要求我们教师自觉地在教育教学实践中思考、分析、研究,并不断学习新的知识和理论,进一步使教师树立起“科研先导”的意识,提高教师的科研能力,使教师由“经验型”向“科研型”、“创新型”转化。
2.利用异常现象,积极开展科学探究活动,培养学生通过观察现象、分析问题、解决问题的能力,从而提高学生探究知识的水平和创新能力
在化学教学中,只要学生留心观察实验过程,捕捉奇特的变化,就可以发现许多实验异常现象,对这些异常现象进行探究会得到很多重要的发现。教师应根据教学内容,指导学生对见怪不怪的现象着手探究、发现问题。中学化学中异常现象很多,其中很多异常现象都可以成为学生进行探究的极好材料。
三、总结
由于受试剂的纯度,试剂添加顺序,药品用量,副反应,温度,催化剂,实验装置等各方面制约,有时会导致实验现象异常。
因此我们教师应端正态度、正确对待、实事求是地面对实验现实,并引导学生运用已有的知识经验,分析发生异常现象的原因,师生共同研究,改变实验方法和策略,最后把实验做成功。这些是我教学实践中的一点体会,不足之处,还请同行批评指正。
(作者单位:辽宁省宽甸满族自治县职业教育中心)
[关键词]化学实验 现象异常 原因 合理利用
化学是一门以实验为基础的自然科学,实验是化学教学的重要环节,最具备培养学生创新、实践能力的作用。实验出现异常现象,会对学生造成认知冲突的失衡。教师若不及时加以正确的引导和彻底解决,势必会影响教学效果,不利于达到预想的教学效果,并自身失去对实验教学的信心。找出产生异常现象的原因,变“异常”为“正常”,是培养学生稳操作、细观察、勤思考、形成严谨的科学态度;对教师本身也提供了一个提高专业素质,增强分析问题和解决问题能力的机会。
一、实验现象异常的成因
1.因试剂加入顺序的先后引起的实验异常
教师或学生在实验中,若忽视化学试剂的加入顺序,有可能引起实验现象不明显甚至得到截然不同的实验结果。
例如在做溴与苯酚取代实验时,将苯酚溶液加到浓溴水中,观察不到白色沉淀,而只能见到溶液变成了黄色。若将反应物的加入顺序改为“将1-2滴浓溴水滴入苯酚溶液中”,保证反应中苯酚过量,则预期现象很明显。
再如碳酸钠与盐酸反应实验,若将碳酸钠向盐酸中滴加,一开始无气体生成,随着盐酸量的增加才逐渐产生气体。若是将盐酸向碳酸钠溶液中滴加,反应一开始就有气体产生,CO32-+H+、=HCO3- HCO3-+H+=CO2+H2O
2.药品保存方面引起的实验异常
实验室药品存放时间较长,有些药品会因为在实验室保存过程中,由于长时间与空气中的氧气、水蒸气等作用或者人为地药品保存不当而发生变质,导致实验过程中出现异常现象的。
比如在检验Na2SO3中的SO32-离子时,加入BaCl2溶液后产生大量白色沉淀,加入稀HCl后,产生可以使石蕊试纸变红的酸性气体。但是无论HCl量多少,试管中始终会有少量白色沉淀无法溶解。实际上,由于SO32-离子具有很强的还原性,很容易被空气中的氧气等氧化成Na2SO4,所以看见有不溶于HCl的沉淀也就不足为奇了。
3.因试剂的纯度引起的实验异常
高中化学实验中,不同的实验对所选择的实验药品纯度的要求也是不同的。限于中学化学实验条件,有些实验往往产生“失常”现象。
如在做原电池实验时,在观察到除了铜片上有大量气泡产生以外,作为负极的锌片上也会有较多的气泡生成。这种现象是由于锌片不纯,含有C、Fe等杂质且金属表面粗糙,容易产生微小电池而使氢的超电压减小,最终使得一部分氢气在锌表面析出。
4.因药品用量的不同引起的实验异常
实验过程中,特别是在学生做学生实验时由于实验习惯的问题,在取用药品时用量很随意,很容易出现出乎意料的现象。
例如在做银镜反应时,在一洗净的试管里注入1mlAgNO3溶液,然后加氨水到完全溶解,再滴几滴新配的乙醛溶液后水浴加热几分钟却始终得不到光亮的银镜。分析原因,是银氨溶液配制时氨水量未控制好引起的。在向AgNO3溶液中滴加氨水不可过量,教材描述为“氨水加到生成的沉淀刚好溶解为止”。实践经验证明,氨水过量越多,银镜反应的效果越差。因此加氨水时直到最初产生的沉淀溶解到还略显浑浊(不可使沉淀恰好溶解至溶液澄清)为止,这種银氨溶液氧化能力最强,实验效果最好。
5.因副反应的存在导致实验现象异常
很多化学反应中都有副反应的存在,有些副反应甚至影响实验结果,干扰实验现象。
例如高中化学《氮和磷》一节有这样的练习:“用大试管收集一试管NO2气体,倒扣在盛水的水槽中,不久看到试管里红棕色气体消失,水面上升至容积的约2/3处……”事实上由于收集的气体中常常含有NO等物质,存在副反应NO2+NO+ H2O===2HNO2,实际水面上升要远远大于试管体积的2/3 。
6.因实验温度控制不当引起的实验异常
温度是影响化学反应速率和反应趋势的一个重要方面。温度的高低往往决定了一个反应能否发生、向什么方向发生等问题。所以,温度的合理控制对实验现象与实验结果至关重要。
例如在做乙醇的氧化实验时,将螺旋状的铜丝加热变黑后,如不迅速插入乙醇,反复几次,并不会看到铜丝变红亮,也不会闻到有刺激性气味。因为铜丝插入速度太慢,使铜丝温度下降后反应就不能发生了。
在实际的实验教学中,除了上述原因以外,所用试剂的浓度大小,试剂选用的恰当与否,酸碱介质环境,仪器的选用及装置是否合理,以及实验操作者自身基本操作是否过关等方面也会引起实验的异常现象。
二、异常现象的合理利用
如何对待实验过程中出现的异常现象?
1.利用异常现象提高教师自身专业素质
实验中出现的异常现象要求我们教师自觉地在教育教学实践中思考、分析、研究,并不断学习新的知识和理论,进一步使教师树立起“科研先导”的意识,提高教师的科研能力,使教师由“经验型”向“科研型”、“创新型”转化。
2.利用异常现象,积极开展科学探究活动,培养学生通过观察现象、分析问题、解决问题的能力,从而提高学生探究知识的水平和创新能力
在化学教学中,只要学生留心观察实验过程,捕捉奇特的变化,就可以发现许多实验异常现象,对这些异常现象进行探究会得到很多重要的发现。教师应根据教学内容,指导学生对见怪不怪的现象着手探究、发现问题。中学化学中异常现象很多,其中很多异常现象都可以成为学生进行探究的极好材料。
三、总结
由于受试剂的纯度,试剂添加顺序,药品用量,副反应,温度,催化剂,实验装置等各方面制约,有时会导致实验现象异常。
因此我们教师应端正态度、正确对待、实事求是地面对实验现实,并引导学生运用已有的知识经验,分析发生异常现象的原因,师生共同研究,改变实验方法和策略,最后把实验做成功。这些是我教学实践中的一点体会,不足之处,还请同行批评指正。
(作者单位:辽宁省宽甸满族自治县职业教育中心)