化学实验改进与创新

初中化学实验创新大赛热烈欢迎大家参加 济宁十三中初三化学备课组 化学是一门以实验为基础的自然科学 化学教学离不开化学实验 实验教学的主要目的是帮助学生更好地理解所学理论知识 并通过实验操作来培养学生的动手能力 训练学生学会合作和进行实验探究 让学生认识如何通过实验的方法来解决问题 从而将理论知识与实践密切联系起来 实验大赛交流内容 一 新教材中个别实验的改进二 拓展和趣味性实验三 仪器展示四 与大家进行实验交流 一 新教材中个别实验的改进 新教材的亮点之一 就是教材设计了丰富的可供教师演示和学生自主进行的实验 实验类型多样化 体现化学实验的多种教育功能 减少了验证性的内容 具有较强的探究性 有利于培养学生的探究意识 观察能力 思维能力和实践能力 同时 新课程化学教学呼唤实验创新 教师在教学中 遇到教材中不理想的实验设计 就需要自己动手 进行实验创新和改进 一 新教材中个别实验的改进 进行实验设计时 要遵循以下四个基本原则 科学性 实验原理 实验操作程序和方法必须正确 安全性 尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作 可行性 仪器和药品易得 易操作 现象明显 能说明问题 简约性 方案简单易行 应采用简单的实验装置 用较少的步骤和药品 并能在较短的时间内完成实验 浓硫酸与铜反应1 改进实验名称 浓硫酸与铜反应的实验改进 浓硫酸与铜反应 实验 如果按照教材的装置进行 气密性不好影响课堂效果 由此实验得到启发 能否设计一个实验装置气密性好 实验现象明显 可控制药品用量 减少对环境的污染 于是 我对实验装置进行改进 找出最佳方案 一 新教材中个别实验的改进 2 实验的原理 2H2SO4 浓 CuCuSO4 2H2O SO2 3 实验改进目的 使实验在一个可吸收尾气的装置中进行 可节约药品 实验现象明显 避免SO2对空气的污染 一 新教材中个别实验的改进 一 新教材中个别实验的改进 4 实验仪器及药品 具支试管 玻璃管 铁丝 铜片 棉花 胶塞 浓H2SO4 NaOH溶液等 5 操作步骤及现象分析 连接好仪器 如图3 2所示 并检查装置的气密性 图3 1改进前浓硫酸与铜反应装置 一 新教材中个别实验的改进 图3 2改进后的浓硫酸与铜反应装置 向具支试管里加入3ml浓H2SO4 将一段铁丝穿过带玻璃管的胶塞 铁丝在玻璃管中的部分缠绕有侵入NaOH溶液的棉花 在铁丝末端挂上铜片并伸入到具支试管里 塞上带玻璃管的胶塞 拉动铁丝铜片与浓硫酸液面接触 观察到试管中反应液体呈蓝绿色 说明浓硫酸与铜发生了氧化还原反应 铜被氧化生成硫酸铜 硫酸被还原成二氧化硫 一 新教材中个别实验的改进 6 实验结论 实验在可吸收尾气的装置中进行 实验现象明显 改进后的实验装置 在课堂进行演示实验教学后 大家反映实验效果好 实验验证了浓硫酸具有氧化性 浓硫酸与铜发生氧化还原反应 反应除生成硫酸铜外 还生成二氧化硫和水 实验安全易操作 通过改进实验装置 可控制药品用量 避免了生成的二氧化硫对师生及环境的危害 一 新教材中个别实验的改进 二 拓展和趣味性实验 在教学中 为了让学生更好的理解化学知识 感悟化学的魅力 教师在教学中除了做好教材上的演示实验 还要补充一些趣味性较浓的化学演示实验 如 二氧化硫的漂白作用及酸雨模拟实验 在设计实验时 应尽可能使实验现象明显 安全 成功率高 污染少 易操作 实验名称 二氧化硫的漂白作用及酸雨模拟实验二氧化硫的漂白作用是由于二氧化硫与某些有色物质直接化合 生成不稳定的无色物质而造成的 当此无色物质在受热或遇到强氧化剂时即分解 如 二氧化氮或发烟硝酸或氯气等氧化剂都能使被漂白物质又恢复原色 二 拓展和趣味性实验 2 装置 钟罩里的二氧化硫与水反应生成亚硫酸 模拟酸雨 SO2 H2O H2SO3因此 培养皿里的水 人工降雨的雨水 加入石蕊试剂显红色 证明此溶液显酸性 二 拓展和趣味性实验 图1 1二氧化硫的漂白作用及酸雨模拟试验装置图 二 拓展和趣味性实验 水 3 操作 如图1 1所示 取多半药匙硫粉 放入蒸发皿里 加热蒸发皿 使硫粉融化 燃烧到有蓝色火焰时 放入红色的鲜花的钟罩里 钟罩下接一培养皿的盖 使盛硫粉的蒸发皿和插入鲜花的坩埚都在密闭的钟罩里 这时可观察到钟罩里有大量白雾 片刻后可看到红色的花瓣逐渐变白 说明SO2的漂白作用 二 拓展和趣味性实验 打开胶塞 用小喷壶给钟罩里喷入蒸馏水 模拟人工降雨 取培养皿里人工降雨的雨水 放入一支小试管里 另取一支小试管 加入喷壶里的蒸馏水做对比实验 分别给这两支小试管里加入石蕊试剂 观察到盛雨水的试管溶液变红 盛蒸馏水的试管溶液无明显变化 二 拓展和趣味性实验 通过下面三个实验可以证明无色物质遇到氧化剂时即分解 取一个小培养皿 把漂白的花瓣放入干燥的培养皿里 在培养皿里放入一小片铜 滴入几滴浓硝酸 盖上盖可观察到有二氧化氮气体生成 片刻后 观察到白花瓣逐渐变红 小心地给培养皿里加入氢氧化钠溶液 吸收二氧化氮气体 二 拓展和趣味性实验 把漂白的花瓣放到发烟硝酸瓶口 可观察到白花瓣逐渐变红 把漂白的花瓣放在氯气瓶口一会儿 可看到白花瓣逐渐变红 以上三个实验证明了二氧化硫的漂白作用是由于二氧化硫与某些有色物质直接化合 生成不稳定的无色物质 而这种无色物质遇到强氧化剂时即分解 能使被漂白物质又恢复原色 二 拓展和趣味性实验 5 说明 通过此实验学生可以直观地看到SO2漂白作用和SO2形成的酸雨 方便 省时 省药 直观 一次可以看到几个实验结果 污染小 一般学校实验室都可以做 此装置还可以做氮的氧化物酸雨模拟实验 二 拓展和趣味性实验 1 趣味实验名称 双喷泉实验氨溶于水的喷泉实验可以拓展成双喷泉实验 实验装置图 二 拓展和趣味性实验 2 喷泉实验的基本原理气体在液体中溶解度很大 在短时间内产生足够的压强差 负压 则打开活塞后 大气压将烧杯内的液体压入烧瓶中 在尖嘴导管口形成喷泉 二 拓展和趣味性实验 3 双喷泉实验过程 分别制取干燥的NH3和HCI气体各一瓶 用三通管将两烧瓶和装有石蕊试剂的烧杯连接 将滴管中的水挤入NH3的烧瓶中 依次打开NH3与HCI的通道 a b止水夹 可看到盛NH3的瓶中 放开a b处的止水夹后有白烟 NH3溶于水 瓶内压强减小 使HCI进入 生成NH4CI所致 二 拓展和趣味性实验 打开连接石蕊的止水夹C处 立即出现双喷泉现象 盛HCI的烧瓶中呈红色 酸使石蕊变红 盛NH3的烧瓶中呈蓝色 碱使石蕊变蓝 上述这个实验是把二个实验合为一个实验 是在原实验的基础上作简单改进 却获得了更佳的实验效果 减少了对环境的污染 对培养学生的创造性思维有一定帮助 更加激发了学生 学习化学的兴趣 二 拓展和趣味性实验 喷泉实验的基本原理气体在液体中溶解度很大 在短时间内产生足够的压强差 负压 则打开活塞后 大气压将烧杯内的液体压入烧瓶中 在尖嘴导管口形成喷泉 二 拓展和趣味性实验 2 氨与氯化氢的反应可以拓展成魔术 空瓶生烟方法 取两个集气瓶分别倒入少许氨水和盐酸 盖入橡胶塞 反应时 去掉橡胶塞将两瓶口相对 瞬间可以看到集气瓶内浓烟滚滚 此魔术即展示了知识的形成过程 又激发了兴趣 启迪了学生的思维 二 拓展和趣味性实验 浓 稀硝酸与铜反应的实验1 改进实验名称 浓 稀硝酸与铜反应的实验改进化学课上 教师在做人教版全日制普通高级中学教科书 必修加选修 化学 第二册16页 实验1 7 硝酸的氧化性演示实验 二 拓展和趣味性实验 2 实验原理 根据浓 稀HNO3的氧化性不同 它们分别与铜片反应 还原产物各不相同 有关化学方程式为 Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 2 2NO 4H2O2NO O2 2NO23NO2 H2O 2HNO3 NO 二 拓展和趣味性实验 该实验需要在两个相同装置中进行 分别给两支试管各加入一小块铜片 并且要分别加入浓 稀HNO3 用NaOH溶液做好两个实验尾气的吸收工作 实验装置 如图3 1所示 二 拓展和趣味性实验 图3 1改进前铜与硝酸反应 二 拓展和趣味性实验 该实验现象明显 充分证明了浓 稀硝酸的氧化性不同 它们分别与铜片反应 还原产物各不相同 但实验是在两个装置中进行 费时 不好控制药品的用量 由此实验得到启发 能否设计一个实验装置同时完成两个实验内容呢 于是 将设想好的几种实验装置反复进行试验 找出最佳方案 二 拓展和趣味性实验 3 实验改进目的将两个实验装置改进成一个密闭的装置 使实验在一个密闭的装置中进行 可节约药品 避免NO NO2对空气的污染 改进装置如图3 2所示 二 拓展和趣味性实验 图3 2改进后浓 稀硝酸与铜反应演示器 二 拓展和趣味性实验 4 实验仪器及药品具支试管 玻璃管 铁丝 铜片 注射器 洗气瓶 浓HNO3 NaOH溶液 蒸馏水等 二 拓展和趣味性实验 5 操作步骤及现象分析 连接好仪器 如图3 2所示 并检查装置的气密性 向具支试管里加入3ml浓HNO3 向洗气瓶里加入NaOH溶液 向注射器里注入2ml蒸馏水 浓HNO3与水的比例为3 2 二 拓展和趣味性实验 将一段铁丝穿过玻璃管 铁丝在玻璃管中的部分缠绕有侵入NaOH溶液的棉花 在铁丝末端挂上铜片并伸入到具支试管里 拉动铁丝铜片与浓硝酸液面接触 观察到试管中反应剧烈有气体产生 气体呈红棕色 液体呈蓝绿色 说明浓硝酸与铜发生了氧化还原反应 铜被氧化生成硝酸铜 硝酸被还原成NO2气体 二 拓展和趣味性实验 将注射器里的蒸馏水注入具支试管里 配成稀HNO3 使铜片与稀HNO3反应 生成NO气体 观察到 洗气瓶中间的玻璃管气体呈红棕色 玻璃管外无色 片刻后 洗气瓶内玻璃管外原来无色 现在呈淡红棕色气体 说明NO气体不溶于水 遇到空气中的氧气反应生产NO2气体 二 拓展和趣味性实验 6 实验结论 实验在密闭容器中进行 实验现象明显 一次实验可以看到两个实验结果 而且可以进行两个实验的对比 实验效果好 实验综合了浓 稀HNO3分别与Cu的反应 验证了浓 稀HNO3都具有氧化性 且与Cu反应生成的产物不同 实验安全易操作 通过改进实验装置 缩短了实验时间 可控制药品用量 避免了生成的NO2和NO对师生及环境的危害 二 拓展和趣味性实验 三 仪器展示 学生探究实验电解水装置 电极的制作 改进与创新要能够解决一定的实验问题我们改进与创新实验的目的往往就是用以解决某些实验问题 如果连这一要求都达不到 那就失去了它的意义 例如 启普设计的启普发生器解决了不需加热条件下块状固体与液体反应制气的随控性问题 启普发生器既方便了这类气体的制取 又节约了化学试剂 因而一直引用至今 由于该仪器制作难度大 后人根据其原理制所作出具有同等功效的简易气体发生装置同样深受实验者欢迎 自制气体发生器 四 与大家进行实验交流 在中学化学实验教学中 还有个别化学实验 需要与各位老师共同探究 如 走进化学工业中的合成氨的反应原理 在一干燥的硬质试管中放入适量铁丝绒 按图4 1连接好实验装置 加热试管中的铁丝绒至红热后 用注射器抽取20mL干燥氮气和60mL干燥氢气 将混合气体通入试管 并用湿润的pH试纸置于导管出口处 观察试纸的变化 四 与大家进行实验交流 图4 1合成氨的实验装置 四 与大家进行实验交流 由氮气与氢气直接合成氨的化学原理为 N2 g 3H2 g 2NH3 g 放热反应 由于该实验有危险老师们不敢做 用改进后的合成氨实验装置进行实验 可以看到实验现象 但是 控制不好氢气的纯度已爆炸 四 与大家进行实验交流 1 改进与创新实验应具有一定的创造性任何一个实验的改进与创新都是为解决某一具体问题而设计的 因此其必定融入改进者的理念 因而具有一定的创造性 而这一理念的来源恰恰是改进者对这一具体实验的理解和分析 例如 取用粉末状固体时用药匙 而现有的药匙与试管规格匹配程度不高 因此取用时常常与纸槽并用 这样就增大了试剂取用的难度且操作繁琐 根据这一取用操作特点 我设计制作出 取用固体的塑料槽 这一改进便使该问题迎刃而解 取用固体的塑料槽 2 改进与创新的实验应尽可能简单明了且易于操作改进与创新的实验应该简洁明了 以便于实验者 观察者明白设计者的用意 并通过相对简单的实验操作去解决相应的实验问题 例如 取用少量液体试剂时用胶头滴管 如果液体的密度较大时 吸入液体后移动滴管时液体易滴落 这给实验带来安全隐患 根据这一情况 我设计的 S形尖嘴胶头滴管 很好地解决了这一问题 S形尖嘴胶头滴管 3 改进与创新的实验应具有很好的安全性和规范性化学实验教学时 实验的安全性应放在首位 为确保实验者 观察者的安全 确保实验的可重复性 设计某些解决具有安全隐患问题的教具时 首先考虑的是安全 例如 点燃可燃性气体与氧气或空气的混合气体时 往往实验者心理压力较大 为了解决这一问题 我设计了遥控点燃气体的装置 消除了操作者的心里压力 五 化学实验改进与创新的方法 1 引入法根据特定需要 灵活地把在其他方面成功的方法引入到实验改进与创新中 运用此法的关键是要善于发现各类事物的类似性 再从中寻求启发 例如 用作电子教鞭的激光笔用于丁达尔实验的入射光源时 可在明亮教室里进行演示丁达尔现象 解决了丁达尔现象实验只有在暗光条件下才能完成的问题 2 替代法替代法是设计实验时常用的方法之一 就是运用具有相同或相似功能的其他器材代替原来实验所需器材 例如 用于分装药品胶囊的塑料板经酸液或氢氧化钠溶液处理 清洁后替代点滴板具有同样效果 它还可以用于微型投影实验 点滴板与胶囊 3 组合法许多创造发明就是把现有的东西中各自要素分开 然后按照新理念加以重新组合 从而产生新事物或新方法 运用组合法改进实验时 就是把整个实验器材或全套装置分解为若干部分 然后科学地组合 从而得到新的实验装置 例如 用棉花做成摆球放入容器中 向容器中倒入CO2气体 棉球在容器中摆动起来 根据这一现象可知CO2密度比空气大 此法比用杠杆做此实验的方法要简便的多 验证CO2密度比空气大 4 增减法在一个装置上添加一个组件或者把装置中的器件重组并去掉不需要的部分 往往有可能转变成具有新的功能的实验装置 例如 测定白磷燃烧前后质量变化情况实验时 把原塞子改成带导管的塞子 再用橡皮囊封住导管口 这样 在实验时就不会出现因容器内压强增大挣脱塞子而使实验失败的情况 防止内压增大而冲突塞子 启示 当前 化学实验的改进与创新中 使用的方法比例由高到低分别有 一物多用法 17 5 缩放法 16 2 移植法 15 0 组合法 15 0 简化法 11 2 综合法 10 0 替换法 7 5 强化法 6 25 变换输出法 1 25 研究者在该方面灵活运用了各种设计方法 但是各