關(guān)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象異常之我見(jiàn)
邱永健
化學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué),要實(shí)施素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育及課程改革教學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué)都發(fā)揮著極其重要的作用。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,無(wú)論是課堂演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生實(shí)驗(yàn),由于某種原因,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些與正常實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符的現(xiàn)象,其中有顏色變化的異常,生成物氣味的異常,事故發(fā)生的異常等。實(shí)驗(yàn)異?,F(xiàn)象的出現(xiàn),會(huì)對(duì)學(xué)生造成認(rèn)知沖突的失衡,教師若不及時(shí)加以正確引導(dǎo)和徹底解決,勢(shì)必會(huì)影響教學(xué)效果,給學(xué)生留下知識(shí)盲點(diǎn),并失去對(duì)實(shí)驗(yàn)課的信心。找出產(chǎn)生異?,F(xiàn)象的原因,變“異?!睘椤罢!?,是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、善于觀察、自主探究的科學(xué)素養(yǎng)的一種有效方法和途徑,對(duì)教師本身而言,也提供了增強(qiáng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的好機(jī)會(huì)。
1. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象異常的成因
(1)因試劑的純度引起的實(shí)驗(yàn)異常
高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)藥品純度的要求是不同的。限于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)條件,有些實(shí)驗(yàn)往往產(chǎn)生“失常”現(xiàn)象。
例如,在做原電池實(shí)驗(yàn)時(shí),除了觀察到銅片上有大量氣泡產(chǎn)生外,負(fù)極的鋅片上也會(huì)有較多氣泡生成。這種現(xiàn)象是由于鋅片不純,含有碳、鐵等雜質(zhì)且金屬表面粗糙,容易形成許多微小原電池,最終使得少部分氫氣在鋅片表面上析出。
(2)因試劑添加順序的先后引起的實(shí)驗(yàn)異常
在實(shí)驗(yàn)中,若將化學(xué)試劑的添加順序顛倒之后,可能引起實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯,甚至得到截然不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
例如,Cu(OH)2的制備實(shí)驗(yàn),如果按教材要求的方法和步驟,向盛有CuSO4溶液的燒杯中滴加NaOH溶液,可以產(chǎn)生大量的絮狀沉淀,但是對(duì)該沉淀進(jìn)行加熱時(shí)有時(shí)就看不到黑色CuO。實(shí)際上,按上述操作一般生成的沉淀只能是綠色的堿式硫酸銅,致使觀察不到Cu(OH)2的受熱分解現(xiàn)象。所以,我建議將實(shí)驗(yàn)步驟改為“向盛有NaOH溶液的燒杯中滴加幾滴CuSO4溶液”,確保生成Cu(OH)2過(guò)程中NaOH始終是過(guò)量的。
(3)藥品保存方面引起的實(shí)驗(yàn)異常
實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置的藥品不一定馬上使用,有些藥品由于在實(shí)驗(yàn)室保存過(guò)程中,長(zhǎng)時(shí)間與空氣中的氧氣、水蒸氣等作用而發(fā)生變質(zhì),最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)異?,F(xiàn)象。
例如,在檢驗(yàn)Na2SO3中的SO32- 時(shí),加入BaCl2溶液后產(chǎn)生大量白色沉淀,加入稀鹽酸后,產(chǎn)生可以使石蕊試紙變紅的酸性氣體。但是無(wú)論稀鹽酸用量多少,試管中始終會(huì)有少量白色沉淀無(wú)法溶解。實(shí)際上,由于SO32- 具有很強(qiáng)的還原性,容易被空氣中的氧氣氧化成Na2SO4,所以我們能看到有不溶于稀鹽酸的沉淀。
(4)因藥品用量的不同引起的實(shí)驗(yàn)異常
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,特別是由于學(xué)生自身習(xí)慣的問(wèn)題,取用藥品時(shí)用量隨意,很容易出現(xiàn)意料之外的現(xiàn)象。
例如,在做銀鏡反應(yīng)時(shí),在一支洗凈的試管中注入1 mL AgNO3溶液,然后加氨水直到完全溶解,再滴幾滴新配的乙醛溶液后水浴加熱幾分鐘,卻始終得不到光亮的銀鏡。分析原因,應(yīng)該是銀氨溶液配制時(shí)氨水用量沒(méi)有控制好引起的,在向AgNO3溶液中滴加氨水不可過(guò)量,教材描述為“氨水加到生成的沉淀剛好溶解為止”。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明,氨水過(guò)量越多,銀鏡反應(yīng)的效果越差。所以我建議,加氨水時(shí)直到最初產(chǎn)生的沉淀溶解到還略顯渾濁(不可使沉淀恰好溶解至溶液澄清)為止,這種銀氨溶液氧化能力最強(qiáng),實(shí)驗(yàn)效果非常好。
(5)因副反應(yīng)的存在導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象異常
很多化學(xué)反應(yīng)中都有副反應(yīng)的存在,有些副反應(yīng)甚至影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
例如,高中化學(xué)“氮和磷”一節(jié)有這樣的練習(xí):“用大試管收集一試管NO2氣體,倒扣在盛水的水槽中,之后看到試管里紅棕色氣體消失,水面上升至容積的約2/3處……”事實(shí)上由于收集的氣體中常含有NO等物質(zhì),存在副反應(yīng):NO2+NO+H2O === 2HNO2,實(shí)際水面上升要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于試管體積的2/3 。
(6)因?qū)嶒?yàn)溫度控制不當(dāng)引起的實(shí)驗(yàn)異常
溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)趨勢(shì)的一個(gè)重要方面。溫度的高低往往決定了一個(gè)反應(yīng)能否發(fā)生、向什么方向進(jìn)行等問(wèn)題。所以,溫度的合理控制對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)果至關(guān)重要。 例如,在做乙醇的氧化實(shí)驗(yàn)時(shí),將螺旋狀的銅絲加熱變黑后,若不迅速插入乙醇中,反復(fù)幾次,并不會(huì)看到銅絲變紅亮,也不會(huì)聞到有刺激性氣味。因?yàn)殂~絲插入速度太慢,使銅絲溫度下降后,反應(yīng)就不能發(fā)生了。
在實(shí)際教學(xué)中,除了上述原因外,試劑濃度大小,試劑選用恰當(dāng)與否,酸堿介質(zhì)環(huán)境,儀器選用是否合理,及實(shí)驗(yàn)操作者基本操作是否過(guò)關(guān)等方面也會(huì)引起實(shí)驗(yàn)的異?,F(xiàn)象。
2. 異?,F(xiàn)象的合理利用
實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)意料之外的情況是允許的,關(guān)鍵是采取正確的補(bǔ)救措施。如何對(duì)待實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象,意外中蘊(yùn)含著正常,關(guān)鍵是透過(guò)表象看到本質(zhì)。如果采取搪塞或回避的方法,就錯(cuò)過(guò)了最好的教育時(shí)機(jī)。抓住實(shí)驗(yàn)中的意外,也就抓住了學(xué)生旺盛的求知欲,若能積極引導(dǎo)并給予合理的分析解釋,也就能化慌亂為沉著、化意外為平常,反而能因神奇的“意外”給學(xué)生留下深刻的記憶,教學(xué)目的也能實(shí)現(xiàn),使師生雙方在探索活動(dòng)中相互得到提高。
(1)利用異常現(xiàn)象,提高教師專業(yè)素質(zhì)
實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象,要求教師自覺(jué)地在教育教學(xué)實(shí)踐中思考、分析、研究,并不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí)和理論,進(jìn)一步使教師樹(shù)立起“科研先導(dǎo)”的意識(shí),提高教師的科研能力,使教師由“經(jīng)驗(yàn)型”向“科研型”、“創(chuàng)新型”轉(zhuǎn)化。
(2)利用異?,F(xiàn)象,進(jìn)行反思性實(shí)驗(yàn)教學(xué),逐步使學(xué)生養(yǎng)成思考的習(xí)慣
當(dāng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)失敗或誤差較大時(shí),教師應(yīng)見(jiàn)縫插針?lè)e極引導(dǎo)學(xué)生如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果,反思失敗的原因,以找到切實(shí)可行的方法改進(jìn)實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
(3)利用異常現(xiàn)象,積極開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,從而提高學(xué)生的探究水平和創(chuàng)新能力
在化學(xué)教學(xué)中,只要學(xué)生留心觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程,注意捕捉奇特的變化,就可以發(fā)現(xiàn)許多實(shí)驗(yàn)異?,F(xiàn)象,對(duì)這些異?,F(xiàn)象進(jìn)行探究會(huì)得到很多重要的發(fā)現(xiàn)。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,指導(dǎo)學(xué)生對(duì)司空見(jiàn)怪的現(xiàn)象著手探究、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中異?,F(xiàn)象很多,其中很多異常現(xiàn)象都可以成為學(xué)生進(jìn)行探究的好素材。
總之,高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)由于受試劑的純度,試劑添加順序,藥品用量,副反應(yīng),溫度,催化劑,實(shí)驗(yàn)裝置等各方面影響制約,有時(shí)會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象異常。如果我們教師轉(zhuǎn)換觀念,把實(shí)驗(yàn)的目的看作是帶領(lǐng)學(xué)生探究知識(shí),“發(fā)現(xiàn)”他們尚未認(rèn)識(shí)的客觀事物,并從中學(xué)到認(rèn)知的本領(lǐng),就不會(huì)因?yàn)槌霈F(xiàn)異?,F(xiàn)象而手忙腳亂,影響教學(xué)。所以我們教師應(yīng)實(shí)事求面對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)實(shí),并引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn),分析發(fā)生異常現(xiàn)象的原因,師生共同研究,改變實(shí)驗(yàn)方法和策略,最后把實(shí)驗(yàn)做成功。