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考试研究2009年 第8期 基于微型化学实验论文的命题 陈 凯1 周志华2 1 南京晓庄学院化学系 江苏南京211171 2 南京师范大学化科院 江苏南京210097 文章编号 1005 6629 2009 08 0091 04中图分类号 G424 74文献标识码 B 2008年上海高考第12题取材于笔者在 化学教 学 发表的论文 试纸上的微型电解实验 1 该题 依据实验中的现象 由于采用简单易行的微型化学 实验操作 实验真实性得以显现 在知识与能力的 考查基础上更加培养学生科学求实的态度 自从29届国际奥林匹克化学竞赛实验试题采用 微型化以来 国内各类化学试卷中都不同程度地出 现以微型化学实验为背景的题目 试题中的信息在 学生中快捷 广泛地传播 从以微型实验为情境的 化学习题入手 另辟蹊径 可以展现微型化学实验 仪器的应用 表达绿色化学的设计理念 从期刊的影响力出发 笔者从目前化学教育研 究领域比较权威的三刊 化学教学 中学化学 教学参考 化学教育 以及以实验仪器研究为 特色的期刊 教学仪器与实验 中的微型化学实验 论文中取材 从不同角度出发编拟化学习题 1以微型反应装置创设情境 如同常规实验装置的组装目的一样 微型实验 仪器同样可以完成气体的制备 物质的合成 气体 的干燥和净化 尾气的吸收等基本操作 以此创设 化学试题情境 考查基础知识 基本技能 表面上 看 只是提供给学生化学常规实验装置的缩微化 但仪器的微型化给解题带来了陌生感 尤其是仪器 体积小带来的特殊操作细节 例如试剂的取量 反 应程度的控制 尾气处理等 这些都是实验论文 作者阐述的实验注意点 也恰是学生在实验操作中 容易忽略的因素 例1 硫化氢是一种有臭鸡蛋气味的有毒气体 采用常规仪器进行制备和性质检验 常因气密性不 佳而对环境产生污染 周老师采用六孔井穴板和注 射器组装出以下微型反应装置 如图1所示 向各 井穴加入指定的试剂与物料 然后用生料带缠绕井 穴塞1 2圈后插入6孔井穴板的井穴中并旋紧塞子 使井穴塞紧密地盖住井穴 以细乳胶管把前一单元 出气管与相邻单元的进气管逐一连接起来 保证没 有硫化氢泄漏 该实验无需通风橱即可进行 对反 应废物摸索了实验后处理方法 体现了绿色化学实 验的要求 2 1 1号井穴里装有少量FeS固体 实验装置按 图搭建完毕后 把吸有稀硫酸的注射器缓缓下推 就可以有连续平缓的气流产生 请问1号井穴孔发 生反应应为 2 2号井穴内只放入一张湿润的白色醋酸铅 试纸 且 短管进 长管出 其作用是 填写两 点 3 3号井穴孔盛放少量溴水 其主要作用是 证明H2S的 能呈现出该性 质的 还可以用 溶液代替 4 4 5 6井穴孔分别盛放了0 1 mol L 1 ZnSO4 0 1 mol L 1CdSO4 0 1 mol L 1CuSO4溶液 在实验中分 别产生了白色 黄色和黑色沉 淀 说明了这些金属硫化物的 性质 5 7号 井 穴 孔 盛 有 填写药品 其目的 本文为中国化学会化学教育委员会基础教育 十一五 重点课题 微型化学实验的趣味性与探究性研究 成果 91 化学教学2009年 第8期 在于 评点 该题主要考查硫化氢气体的制备 气体 检验 性质验证 尾气处理等 一切都基于基础知 识 基本技能 只是通过微型化学实验装置呈现情 境 答案 1 FeS 2HCl FeCl2 H2S 2 缓冲作 用 安全瓶 检验硫化氢气体 3 还原性 酸性高 锰酸钾 4 难溶性 5 NaOH溶液 吸收尾气 例2 电凝聚气浮法 是一种工业上处理废 水的常用方法 我们用塑料多用滴管作为载体 以 微型实验的形式呈现了该方法的原理 先在100 mL烧杯中加约50 mL蒸馏水 再添加3滴CrCl3溶液 作为无机污染物 另加少许泥沙和硫酸钠 用玻璃 棒搅拌使之浑浊 得模拟废水 标记为A 用塑料 多用滴管吸取废水A 从液泡两侧分别插入两根大 头针 两针不相互接触 用鳄鱼夹 导线将两根大 头针与电池 9V 相连 即可对废水进行电解 3 1 电解开始 阴极释放出大量气体 请写出 电极反应式 2 阳极现象不明显 片刻后 溶液中生成大 量绿色沉淀 随着阴极气泡大量逸出 绿色沉淀随 之上浮至液面 已知大头针主要成分为铁 请推测 阳极可能发生的两个反应式为 3 绿色沉淀中不仅包括由阳极产生物与溶液 酸碱性变化而生成的不溶物 还包括沉淀 填写化学式 这就表现出对污水中的金属离子进 行清除 4 本实验中在电解液中添加硫酸钠的目的是 5 另取一份相同废水 滴加3滴苯酚溶液作 为有机污染物 再加3滴亚甲基蓝使其显示颜色 添加食盐至饱和 标记为B 用塑料多用滴管吸取 废水B 采用如上图的装置 只不过将阳极大头针 更换成全活动铅笔专用笔芯 在电解后的溶液中滴 加FeCl3溶液不发生显色反应 说明 更换阳极材料原因是 用电极反应式说明 评点 化工生产是化学教学的重要内容 但一 直是实际教学中欠缺的 通过微型化学实验模拟实 际问题可以帮助中学生了解化学与技术 体会时代 性增强学生学习的使命感和责任感 该类试题适用 于 化学反应原理 模块的 电解池 化学与 技术 模块中的 水处理技术 化学与生活 模块中的 化学与环境保护 以及 实验化学 模块中提出的 能发现学习和生产 生活中有意义 的化学问题 并进行实验探究 答案 1 2H 2e H2 2 Fe 2e Fe2 Fe2 2OH Fe OH 2 3 Cr OH 3 4 增强导电 性 5 苯酚在阳极释放的强氧化性气体作用下已 发生了转化 避免阳极材料本身被氧化 2以微型实验引导实验改进思维 在各大期刊发表的微型化学实验论文多为一线 化学教师或高校实验研究者发表 如果只是简单地 在学生面前重现这些素材 对他们自身的实验素养 提高有限 而通过试题的巧妙设置 将学生也引入 到对实验的设计思路中去 有利于提高他们对微型 化学实验的深刻认识 也有利于他们创新思维的发 展 微型化学实验不是常规实验的简单缩微或减 量 而是要在微型化的条件下对实验进行重新设计 和探索 达到以尽可能少的试剂获取尽可能多的化 学信息的目标 例3 用一个小注射器和小塑料反应管做反应 仪器 两者中各有一种化学物质 反应后将注射器 针头扎入一根带火星的香烟里推动活塞 发现窜起 一大串火苗 4 请问 塑料试管中盛放药品为 注射器中盛放 药品 该实 验可以代替常规实验中的实验是 评点 注射器是化学实验改进中常用的替代 品 在微型化学实验中常常需要挖掘其功能进行设 计 在命题中应用中能帮助学生体会到 图3中的 注射器代替分液漏斗 图4中的注射器起到氧气收 集的作用 答案 MnO2 双氧水 氧气的制备和氧气的 助燃性质 3以微型实验题干提供探究和评价的平台 近年来科学探究实验在化学新课程考试中广被 重视 这些实验题不再象以往的实验题平铺直 叙 单纯的 课本知识加实验加填空 也不象 大学知识 下放 的新信息实验题 而是促使考生 多想实验的整个过程 做什么 怎么做 5 mL 5 mL 92 考试研究2009年 第8期 为什么这样做 选取哪些因素作为实验变量 可能什么原因 还有没有更好的改进方法 这样的实验有什么实际用途 等等 更加促使考 生像科学家一样进行探索 达到真正考查科学思维 的目的 微型化学实验与常规化学实验相比 一样 能提供符合教学需要的实验内容 更能提供多个相 关实验的优化设计过程和满足使用者自主探究的基 本条件 5 以微型化学实验论文素材命题 为训练 学生探究思维和评价能力提供了一个适宜的平台 也为一线化学教师提供了巧妙的探究思路 有助于 教师拓宽视野 例4 紫甘蓝 又名紫卷心菜 所含花色苷色 素的颜色会随pH改变 一般遇酸变红 遇碱变绿 向点滴板上一凹槽滴加一滴紫甘蓝汁 再滴加一滴 硫酸钠溶液 用连接导线的鳄鱼夹各夹住一根铅笔 芯 将电极一端浸入紫甘蓝汁液面以下 7 1 当导线分别与电池两极相连 发生现象 是 阳极 阴极 用铅笔芯将两极所在位置的溶液搅拌均匀 发 现整个液滴呈现紫色 用离子方程式 说明发生 反应为 2 若采用大头针作为 极电极 则对以 上实验现象有极大干扰 这是因为 3 以各类典型的酸碱盐溶液作为辅助试剂加 入紫甘蓝汁中 以铅笔芯作为电极进行电解 请预 测实验现象并完成下表1 表1 4 将添加NaCl溶液的甘蓝汁电解后溶液搅 匀 最终竟然消褪为无色 这是因为 5 以上实验是以 作为变量 开展的探究活动 如果你是实验设计者 从该实验 的特点出发 你还会挑选 作为变量 开 放性问题 答案合理即可 6 如果你是实验竞赛的评委 你将该实验与 你们常见的电解实验对比 请提出一些评价意见 至少写出两点 开放性问题 答案合理即可 评点 微型化学实验试题取材于实验探究论 文 突出真实性 注重实验条件 突出思考性 本 题不仅以紫甘蓝汁作为创新情境考查电解规律 中 和反应等基本原理 还从异常现象原因探究 变量 控制等角度促使学生对实验原理进行深层思考 并 且通过开放性的问答培养学生评价和鉴别能力 答案 1 2H2O 4e O2 4H 2H2O 2e H2 2OH H OH H2O 2 阳极 作为阳极的金属电 极比水更容易被氧化 产生有色离子如亚铁离子 铁离子对甘蓝汁颜色有干扰 3 电极附近溶液变 紫 有气泡产生 电极附近有大量气泡产生 紫 色 迅速冒出刺激性气味的气泡 电极附近溶液变 红 迅速冒出气泡 电极附近溶液变红 4 电解 NaCl溶液阳极产生的Cl2将电解对象漂白 5 电极 电解质溶液 载体 电解体系等 6 参考评价意见 评价之一 紫甘蓝汁不仅充当电解对象 还兼作实 验中的酸碱指示剂 一举两得 评价之二 该微型 实验只采用了一滴紫甘蓝汁液作为电解对象 降低 成本 操作方便 大大减少了实验时间 适合学生 自己动手操作观察探究 评价之三 紫甘蓝汁取材 于纯天然 整个实验用量又是微量 所以充分体现 绿色环保的理念 评价之四 实验现象明显 有利 于学生加深对电解本质的理解 4反思 在科学教育中引入习题的初衷是巩固和加深对 知识的理解 考查学生掌握知识的水平 培养学生 应用知识解决问题的能力 每一道习题都是从原始 问题抽象而来 然而有相当一部分已经把其中的一 些次要细节 非本质的联系舍去 也没有将科学现 象与事实作为背景 甚至完全脱离科学现象 学生 思维的一部分已经被习题编制人员 越俎代疱 地 完成了 同时 习题教学还存在着模式化倾向 缺 乏科学思想的分析 太重视程序与计算 熟练与技 巧 因此 在一定意义上说 我国学生创造能力的 匾乏是习题教学的直接后果 事实上 科学最重要 的基础是源自实验现象的 首都师范大学专家曾提 出通过引进原始问题来逐步使习题教学与原始问题 教学相结合 从而达到提高科学教育效能的目的 而发表在各种期刊上的实验论文能表现论文作者所 作出的技术性和认知性研究的原始工作 是教学科 研过程中的一种生成资源 8 也是原始问题的一种 表现形式 笔者近年来以微型化学实验为主要研究 添加电解质电解液颜色阳极现象阴极现象 H2SO4玫红色 电极附近有大量 气泡产生 NaOH绿色 电极附近溶液变 紫 有气泡产生 NaCl 迅速冒出气泡 电极附近溶液变 绿 CuSO4蓝紫色 电极周围溶液蓝 色加深 并有细 微黑色颗粒产生 93 化学教学2009年 第8期 方向 并尝试将所设计的原创实验素材融合入课堂 教学 探究活动中 发现对提高学生解决问题能 力 实验分析评价能力有较明显的促进作用 于是 进而取材命题 抛砖引玉 目的之一是及时推广课 程改革中来自教学一线和高校专家的实验研究经 验 从而使研究成果迅速转化为 生产力 不断 推动实验教学研究工作向纵深发展 更希望这些原 汁原味的实验素材呈现出反映科学概念 规律本质 的原始问题和未被加工的典型实验现象和事实 使 学生大脑充分开放 思维触角充分发展 体会到与 原论文作者研究过程中类似的思路和体验 甚至在 条件允许前提下 用微型化学实验这种耗材少成本 小的实验手段完成符合绿色化学理念的验证 改进 和探究 达到知识升华的目的 建议化学命题者可以认真研究各种期刊登载的 微型化学实验专题文章 将其素材开发为创新试 题 具有提问多样化 知识探究化 信息情境化以 及形式开放化等多方面特点 为促进化学习题教学 提供优质的题材 9 同时也促进微型化学实验能在 中学得到普遍重视和合理应用 参考文献 1 陈凯 张丽娜 龙琪 试纸上的微型电解实验 J 化学教学 2008 4 10 2 周宁怀 屠小燕 一类气体制备与系列反应的微型装置 J 化学 教学 2000 12 8 10 3 陈凯 刘少贤 张丽娜 电化学法处理废水的微型模拟实验 J 教学仪器与实验 2008 10 39 40 4 陈博 陈凯 胡益民 有关烟草的化学实验集锦 J 中学化学教 学参考 2008 7 46 47 5 宋心琦 关于发展和推广微型化学实验的一点看法 J 化学教 学 2008 2 1 2 6 陈凯 龙琪 张丽娜 一滴紫甘蓝汁的微型电解实验 J 化学教 育 2008 8 65 67 7 邢红军 陈清梅 从习题到原始问题 科学教育方式的重要变 革 J 课程 教材 教法 2006 261 56 60 8 易章和 充分利用生成资源命题推