下麵舉出兩個例子,分別說明不同情況下,優選實驗方案的步驟:
例一:電解水實驗本實驗的目的是使學生了解水在直流電的作用下,能分解成氫氣和氧氣。要求觀察的主要現象是:通電後電極上有氣泡產生;正極玻璃管中彙集的氣體比較小,經檢驗是氧氣;負極玻璃管中彙集的氣體比較多,經檢驗是氫氣。
按照課本介紹的方案,使用霍夫曼式水電解器,玻璃管裏注滿1∶10稀硫酸溶液,接通6伏直流電源後,電解反應即開始進行,但速度很慢。提高硫酸濃度,采用1∶5,反應加快。繼續提高濃度,變化逐漸不明顯。采用濃度為1∶5的稀硫酸,提高電壓至12伏,反應進一步加快,7分鍾可以收集到10毫升氫氣(氧氣體積接近5毫升)。至此,基本上能滿足課堂演示實驗的需要。確定實驗條件為:硫酸濃度1∶5,電解電壓12伏。
例二:氨的催化氧化本實驗的目的是使學生了解在催化劑存在下,氨能被空氣氧化成一氧化氮。一氧化氮進一步被氧化生成二氧化氮。這是一個物質性質的實驗。要求觀察的主要現象是空氣和氨的混合氣體和熱的催化劑接觸後,有紅棕色的二氧化氮氣體生成;因為是放熱反應,停止加熱時催化劑仍然保持紅熱。
按照課本方案,優點是裝置簡單、操作方便,但實驗結果通常隻能看到鉑絲保持紅熱,或有少量的白煙產生,很難明顯地看到有紅棕色氣體生成。
查閱資料,收集到20多種不同的改進方案。為簡便起見。分項進行分析、比較:
(1)氧氣來源①用空氣,雖然催化氧化反應較難,但與教材及工業生產實際比較一致;②用純氧,反應較容易,但與教材及生產實際一致性差,且有發生爆炸的危險。
(2)氨的來源①把空氣鼓入氨水裏,形成混合氣,空氣跟氨的比例容易控製;②加熱銨鹽跟堿的混合物,空氣和氨的比例不易控製。
(3)催化劑的選擇①鉑絲或鉑石棉,效果好,但價格昂貴;②三氧化二鉻,用加熱重鉻酸銨製得,效果良好,價格較便宜;③銅絲,容易取得,效果比三氧化鉻差;④氧化鐵,用鐵絲或鐵屑在空氣中加熱氧化,來源方便,但效果不穩定;⑤鈷、銀等催化劑,加熱硝酸鈷或硝酸銀等製得,效果很好,但準備過程比較麻煩,且價格稍高。
(4)實驗裝置①按照課本直接在氨水液麵上反應,很難看到明顯的紅棕色氣體生成;②混和氣體通過垂直的反應管(如具支試管),裝置簡單,但催化劑被氣流翻動,溫度不容易上升;③混和氣通過水平反應管,若選用直徑20毫米,長200毫米硬質玻璃管,裝置稍複雜,但反應產生的熱量較多,催化劑紅熱現象較明顯;若選用直徑6~10毫米,長150毫米硬質玻管,裝置很簡單,加熱的熱量集中,節省實驗時間,但催化劑保持紅熱的現象不如用粗玻璃管明顯;④反應管前加幹燥管,反應管後加吸收剩餘氨的裝置,實驗操作比較容易掌握,但裝置更複雜,且增加不安全因素,若控製好空氣鼓入速度,可省掉這些裝置。
(5)加熱方式①酒精燈,溫度稍低,但可利用反應熱使催化劑進一步提高溫度;②噴燈,溫度高,可縮短加熱時間,效果好,但反應管容易變形;③電熱式加熱,安裝儀器裝置較麻煩,但效果好;直熱式電熱裝置用電阻絲既當電熱絲又當催化劑,比較簡便。
根據本校實際條件,經逐項試驗篩選後,確定采用下列方案效果較好。
裝置:反應管為直徑6毫米,長150毫米硬質玻管,中段放入由加熱重鉻酸銨製得的三氧化二鉻,略壓緊,長約40毫米,兩端塞緊玻璃絲或石棉。
操作方法:用酒精燈加熱反應管的催化劑部分約1~2分鍾,然後慢慢鼓入空氣,約3分鍾燒瓶裏出現紅棕色氣體後,撤火,繼續鼓氣,催化劑呈暗紅,幾分鍾後,燒瓶裏已充滿濃紅棕色氣體。這時,向燒瓶裏倒入少許紫色石蕊試液,振蕩幾下,試液立即變紅。
觀察化學演示實驗“六要”
一要先預習
課本上對於演示實驗都有簡要說明,應認真預習,做到心中有數,同時可學習用化學語言描述實驗過程。
二要看仔細
對於實驗儀器、藥品色態、操作步驟、現象要看清楚,不應忽視細微末節。如拿試管是“一把抓”還是“三指夾”;現象是“火星”還是“火焰”等等。
三要重點看
每個實驗都有重點。觀察時,應認真聽老師講解,對重點內容要著意觀察。如這一次重點是酒精燈的使用,下一次重點是過濾的操作等等。
四要多問幾個為什麼
觀察時,應邊看、邊聽、邊想,做到知其所以然。如:為什麼漏鬥管口要伸入液麵以下?為什麼導管要伸到集氣瓶底?等等。有時可舉手提問。
五要記筆記
一般可寫補充筆記,一種是寫在課本的空白處,如在重要的字句下畫橫框或波線,在圖示旁加上未注明的現象等等。再一種是作簡圖筆記,如許多試管實驗,課本上沒有圖示,可在筆記本上用簡圖表示實驗過程。如H2SO4滴入BaCl2溶液中。