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【摘要】 高中化学实验出现异常现象的常见原因。
【关键词】 化学实验 现象异常 成因
化学作为一门以实验为基础的自然科学,要实施素质教育、创新教育以及新课程改革教学,实验教学发挥着极其重要的作用。在化学实验教学过程中,无论是教师课堂演示还是学生实验,由于种种原因,有时会出现一些与预料的正常实验结果不相符合的现象,其中有颜色变化的异常,生成物气味的异常,事故发生的异常等等。
实验中异常现象的出现,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,给学生留下知识盲点,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”,是培养学生实事求是、严谨认真、善于观察、自主探究的科学素质的一种有效的方法和途径,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、因试剂的纯度引起的实验异常
高中化学实验中,不同的实验对其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。
例如在做甲烷的燃烧实验时,用无水醋酸钠和碱石灰制备CH4气体,在用石英玻璃管燃烧时却发现火焰呈黄色。这是由于制备气体时反应物受热不均匀,局部温度过高所致,使产生的甲烷不纯,含有丙酮等杂质气体。因此可以在实验前将无水醋酸钠和碱石灰充分炒干、研细、混匀,同时要保证碱石灰过量。
再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。
二、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,若将化学试剂的加入顺序变更以后,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Cu(OH)2的制备是高一的一个学生实验。若按教材要求的方法和步骤,向盛有CuSO4溶液的烧杯中滴加NaOH溶液,可以产生大量的絮状沉淀,但是对该沉淀进行加热时有时就是看不到黑色CuO。实际上,按如上操作一般生成的沉淀只能是绿色的碱式硫酸铜,致使观察不到Cu(OH)2的受热分解现象。所以,建议将步骤改为“向盛有NaOH溶液的烧杯中滴加几滴CuSO4溶液”,确保生成Cu(OH)2过程中NaOH始终是过量的。
三、药品保存方面引起的实验异常
实验室购置的药品不一定会马上使用。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,最终导致实验过程中异常现象的出现。
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。
四、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,应该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。所以我个人建议,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,这种银氨溶液氧化能力最强,实验效果非常好。
五、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 。
六、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。
参考文献
1 化学教学参考2003.5
【关键词】 化学实验 现象异常 成因
化学作为一门以实验为基础的自然科学,要实施素质教育、创新教育以及新课程改革教学,实验教学发挥着极其重要的作用。在化学实验教学过程中,无论是教师课堂演示还是学生实验,由于种种原因,有时会出现一些与预料的正常实验结果不相符合的现象,其中有颜色变化的异常,生成物气味的异常,事故发生的异常等等。
实验中异常现象的出现,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,给学生留下知识盲点,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”,是培养学生实事求是、严谨认真、善于观察、自主探究的科学素质的一种有效的方法和途径,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、因试剂的纯度引起的实验异常
高中化学实验中,不同的实验对其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。
例如在做甲烷的燃烧实验时,用无水醋酸钠和碱石灰制备CH4气体,在用石英玻璃管燃烧时却发现火焰呈黄色。这是由于制备气体时反应物受热不均匀,局部温度过高所致,使产生的甲烷不纯,含有丙酮等杂质气体。因此可以在实验前将无水醋酸钠和碱石灰充分炒干、研细、混匀,同时要保证碱石灰过量。
再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。
二、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,若将化学试剂的加入顺序变更以后,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Cu(OH)2的制备是高一的一个学生实验。若按教材要求的方法和步骤,向盛有CuSO4溶液的烧杯中滴加NaOH溶液,可以产生大量的絮状沉淀,但是对该沉淀进行加热时有时就是看不到黑色CuO。实际上,按如上操作一般生成的沉淀只能是绿色的碱式硫酸铜,致使观察不到Cu(OH)2的受热分解现象。所以,建议将步骤改为“向盛有NaOH溶液的烧杯中滴加几滴CuSO4溶液”,确保生成Cu(OH)2过程中NaOH始终是过量的。
三、药品保存方面引起的实验异常
实验室购置的药品不一定会马上使用。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,最终导致实验过程中异常现象的出现。
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。
四、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,应该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。所以我个人建议,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,这种银氨溶液氧化能力最强,实验效果非常好。
五、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 。
六、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。
参考文献
1 化学教学参考2003.5