摘 要: 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了綠色化學(xué)的理念,是化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的一種必然趨勢(shì)和要求。本文根據(jù)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則,通過(guò)對(duì)二氧化硫化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和銅與稀硝酸反應(yīng)進(jìn)行微型化的研究和設(shè)計(jì),體現(xiàn)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有試劑用量少、效果明顯、實(shí)驗(yàn)安全,能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,從而凸顯微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的顯著作用。
關(guān)鍵詞: 中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)案例 分析
微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)(Microscale Chemical Experiment簡(jiǎn)稱M.L)是美籍華裔學(xué)者馬祖圣[1]在其編著的《化學(xué)中的微型操作》首次提出的。它是化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法中的創(chuàng)新性的變革,近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展很快[2]。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn),是指微小量的化學(xué)試劑在微型化學(xué)儀器裝置中進(jìn)行的一系列化學(xué)實(shí)驗(yàn)[3]。它的化學(xué)試劑用量一般只有常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾十分之一乃至幾千分之一。實(shí)驗(yàn)效果顯著,且節(jié)能、環(huán)保、安全、方便[4]。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中引入微型化學(xué)實(shí)驗(yàn),不僅有利于學(xué)生樹(shù)立良好的環(huán)保意識(shí)、安全意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí),而且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、觀察、思維、自學(xué)等能力,勢(shì)在必行[5]。
1.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則[6]-[7]
微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循:1)科學(xué)性原則,要求實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作要科學(xué)規(guī)范。2)可行性原則,要求實(shí)驗(yàn)方案可行,現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器、試劑、設(shè)備和方法可滿足實(shí)驗(yàn)要求。3)簡(jiǎn)約性原則,要求實(shí)驗(yàn)方案簡(jiǎn)單,用試劑少,時(shí)間短,效果好。4)安全性原則,要求實(shí)驗(yàn)安全可靠、無(wú)污染、可循環(huán)。5)創(chuàng)新性原則,要求根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和要求,?chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),達(dá)到預(yù)期效果。6)實(shí)踐性原則,要求實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可廣泛地應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
2.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)案例
2.1二氧化硫的化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)
2.1.1實(shí)驗(yàn)原理
二氧化硫是一種無(wú)色、有刺激性氣味的有毒氣體,是酸性氧化物,具有還原性、氧化性、漂白性。相關(guān)化學(xué)性質(zhì)可通過(guò)與紫色石蕊試液、高錳酸鉀溶液、硫化鈉溶液及品紅溶液的反應(yīng)來(lái)驗(yàn)證。
相關(guān)化學(xué)方程式為:
(2mol/L)、品紅溶液(1g/L)、NaOH溶液(6mol/L)、廣口瓶(150mL)3個(gè)、注射器1個(gè)、橡皮塞3個(gè)、醫(yī)用輸液管若干、橡皮筋若干、無(wú)色試紙等。
2.1.3裝置圖
2.1.4.1如圖連接好裝置,檢驗(yàn)該裝置的氣密性后待用。
的紫色石蕊試紙、紫色的高錳酸鉀試紙、無(wú)色的硫化鈉試紙、紅色的品紅試紙,3號(hào)玻璃瓶中加入適量NaOH溶液。
2.1.4.4慢慢推動(dòng)注射器的活塞,將硫酸擠入瓶中,觀察2號(hào)瓶?jī)?nèi)各試紙顏色的變化,有明顯現(xiàn)象發(fā)生時(shí)立即停止加入硫酸。
2.1.4.5記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
稀硫酸與亞硫酸鈉的反應(yīng)激烈,不斷產(chǎn)生大量小氣泡,過(guò)一會(huì)兒2號(hào)瓶中紫色石蕊試紙變紅,紫色高錳酸鉀試紙褪色,硫化鈉試紙上有許多黃色的小顆粒,紅色品紅試紙褪色。該裝置簡(jiǎn)單,現(xiàn)象明顯,節(jié)約藥品,無(wú)污染。
2.2銅與稀硝酸的反應(yīng)
2.2.1實(shí)驗(yàn)原理
2.2.2實(shí)驗(yàn)藥品和儀器
稀硝酸(3mol/L),銅片,NaOH(6mol