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 本刊论文 |
| 高中化学实验课常见气体的制备与实验设计 |
| 作者：王世腾 时间：2016/08/02 点击：576 |
心理学家让·皮亚杰认为，学习的目的不在于增加多少知识，而是发展认知结构，将内在潜藏的发明和创造的可能性激发出来。具体到化学这一以实验为主的学科中来，学习的目的不在于重复前人所做的实验，接受前人所得到的实验结果，而是要学习实验方法，培养质疑精神、想象力和洞察力，让学生有着创造能力和发明兴趣，勇于尝试，提高整体素质。科学的实验方法、熟练的实验技能则是培养和发展实践能力和创新精神的重要途径，起到其他学习手段不可取代的作用。化学新课程理念也需要依赖化学实验课的开展才能得到贯彻和落实，因此在学习中要重视化学实验的重要性，积极改进和创新化学实验，激发学习的兴趣，体验科学探究的过程，从而强化化学探究意识，更好地培养创新能力和创新意识。
1 设计思路
常见气体的实验室制法知识是高考考查的重点、难点，中学阶段常见的气体制备有实验室制取氧气、实验室制取氢气、实验室制取二氧化碳、实验室制取氯气及实验室制取氨气。由于受学校办学条件、课时及教学进度等因素的限制，目前常见的气体实验教学采取的是教师讲、学生记的模式，很多学生缺乏实践的机会，实践能力几乎为零，这就造成教育理念与教育实践的矛盾。笔者就常见气体制备这一实验对县级市某高中学生进行访问和调查，结果显示，62%的学生表示对该实验有着浓厚的兴趣，但亲自动手做过该实验的仅占8.9%，大部分学生表示只看过演示实验。实验次数很少，成为学生缺乏学习化学兴趣的主要原因，这就需要化学教师进一步改进教学策略。
2 常见气体的制备与实验设计
常见气体的制备实验要遵循的程序为：确定化学实验问题→设计化学实验方案→实验实施和条件控制→化学实验现象的观察与记录→化学实验结果的处理。
确定实验目的 实验室中常见的气体有H2、O2、Cl2、HCl、H2S、CH4、C2H4、C2H2、NH3、SO2、NO、NO2、CO、CO2共14种，实验的目的是掌握常见气体的实验室制法（包括试剂、仪器、原理、收集），能够灵活运用气体制备实验的规律和方法解决新问题。
设计实验方案 不同的物质进行化学反应会产生不同的反应物，如氧气的产生可以氯酸钾在二氧化锰催化作用下，加热分解为氯化钾和氧气；还可以通过高锰酸钾在加热的条件下，分解为锰酸钾、二氧化锰和氧气；还可以利用二氧化锰将过氧化氢分解成水和氧气。因此，在熟练掌握气体生成化学方程式的基础上，根据实验条件，选择适宜的反应物，设计科学合理的实验方案。使用氯酸钾和高猛酸钾制备氧气通常使用加热法，而使用过氧化氢制备氧气则使用分解法。
实验实施和条件控制 根据反应物的状态和反应条件等因素，选择适宜的气体发生装置，根据气体的密度、在水中的溶解性等性质，选择适宜的集气方法与装置，通常的装置连接顺序为：发生装置→净化装置→干燥装置→收集装置→吸收装置。氧气具有不溶于水的特性，一般采取排水法收集，使用加热法制备氧气所采用的实验设备是试管、酒精灯、铁架台和水槽，以先下后上和先左后右的原则来安装实验设备，试管夹夹在试管的中上部，试管口稍向下倾斜，胶塞上的导管伸入试管里面不能太长，实验开始时要先检查装置的密封性，在仪器连接完之后，添加药品之前进行气密性检查。
气密性检查的方法虽多种多样，但总的原则是堵死一头，另一头通过导管插入水中，再微热（用掌心或酒精灯）容积较大的玻璃容器，若水中有气泡逸出，停止加热后导管中有一段水柱上升，则表示气密性良好，否则须重新组装与调试；如密封性好，可将药品平铺于试管底部，加热时先预热且用外焰加热。
使用高猛酸钾作为反应物时，为了防止高猛酸钾粉末进入导管，要在试管口塞一团棉花。收集氧气时，为了保证氧气的纯度，当导管口刚产生气泡时，不宜立即收集，而应待导管口有连续均匀气泡放出时再收集。
使用过氧化氢作为反应物时，所使用的化学仪器是长颈漏斗、锥形瓶、导管和水槽，化学药品为浓度为10%的过氧化氢溶液，按照先上后下、先左后右的原则组装仪器，组装好后要检查该装置的密封性，将该装置中的导气管用弹簧夹夹住，往长颈漏斗中注入水至液面高出长颈漏斗的下端管口；若发现长颈漏斗的颈中形成一段水柱或液面不下降，则表示该装置不漏气，再将药品放入锥形瓶中。为了防止氧气泄露，应将长颈漏斗置于液面以下。
实验现象的观察与记录 在实验之前做好实验预习工作是做好实验的前提、保障。在预习实验时，要找出实验的关键环节，并将之熟记于心。实验过程中学生要做好笔记，随时记录真实的实验现象。实验过程中要重点观察是否有颜色变化，是否有气体生成；实验结束后要比较高猛酸钾在燃烧后所产生的锰酸钾和二氧化锰与高锰酸钾有何本质的不同。当感觉氧气已充满集气瓶时，可使用带火星的木条进行验证：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已收集满。
实验结束后，卸载装置时一般要遵循从右到左、自上而下、先拆主体、后拆部件的原则；采用加热法收集氧气的设备要先将导管移离水面，后停止加热，否则水将沿导管倒流回热的试管底部，炸裂试管。
结果分析 实验结束后，学生要对自己的实验进行归纳总结，分析实验结果是否与预期结果一致，当发现实验结果与预期现象一致，就思考说明了什么问题？如果发现实验结果与预期现象不一致，学生就可以分析原因，是实验操作有问题？还是有什么没有考虑到的因素？如在实验中有哪些错误操作？这些错误操作导致了怎样的后果？实验中哪些预期现象没有出现？遇到了哪些没有预期的问题？原因是什么？是怎样解决的？还可以怎样更好地解决？
如比较两种制备氧气的方法可以发现，使用过氧化氢制备氧气不需要加热，更节能，操作简单，无污染；但该装置的缺点是不能控制反应随时发生、随时停止，造成药品的浪费。为了有效地控制过氧化氢的分解速度，学生可思考如何改良实验装置，或者设计新的简易实验装置，这样通过不断的思考来使学生分析问题和解决问题的能力得到锻炼。
需要注意的是，要想较好地完成常见的气体实验室制备这一实验，需要学生掌握明确的实验目的，了解基本的实验操作，知道仪器的使用方法，懂得实验的流程。如果学生不了解这些基本知识，掌握不了这些基本的技能，就会导致学生对实验的目的、步骤和细节都不了解，从而发生在实验中不知道需要使用哪些仪器，或者某一个实验步骤完成后不知道该如何完成下一步。在了解气体制备的基本原理基础之上，学生灵活运用，冷静观察与思考，正确地分析问题，那么对气体制备及应用的综合实验题的解决就水到渠成了。
3 结语
创新能力与活动是社会发展的根本动力。随着知识经济时代与信息时代的来临与发展，创新能力成为高素质人才必须具备的一项基本素质，并逐渐演化为一种生存能力。学生要认识到创新能力的重要性，认识到具备创新能力与素质是时代的要求，关注创新能力的培养，积极参与实验，通过实际操作，不断探究、寻求到答案，从而实现主动建构知识，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。 |
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