張棟+陳永平

摘要：將“趣味化學實驗”引入課堂教學是提高學生學習興趣、啟迪學習靈感的有效途徑。圍繞高中化學“氣體的性質(zhì)”這一章節(jié)，在原有教材實驗的基礎(chǔ)之上設(shè)計優(yōu)化了“氨氣與氯化氫”、“硫化氫與二氧化硫”、“氨氣與氯氣”、“噴泉實驗”四個適合課堂演示的趣味性實驗項目，介紹了實驗的設(shè)計思想、內(nèi)容及特色，并對其教學效果進行了實踐和分析。

關(guān)鍵詞：氣體反應(yīng)；趣味化學實驗；實驗優(yōu)化設(shè)計

文章編號：1005–6629（2017）1–0068–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

孔子曰：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”這句話告訴我們，興趣其實是最好的老師，一個人一旦對某一事物或某種活動產(chǎn)生興趣，就會全身心投入其中。因此，課堂教學中，教師除了講授基礎(chǔ)知識、基本技能外，更重要的一點是要培養(yǎng)學生的學習興趣，激發(fā)其求知欲望，引導其進入一種積極的、主動的學習狀態(tài)?；瘜W是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學，本文以氣體反應(yīng)內(nèi)容為例，結(jié)合高中化學的課堂教學，談?wù)劰P者利用演示實驗激發(fā)學生學習興趣的教學實踐。

1 氣體反應(yīng)的實驗設(shè)計

“氣體的性質(zhì)”是高中化學中重要的教學內(nèi)容，也是教學難點之一[1]，因為絕大多數(shù)氣體無色無形，看不見摸不著，如何生動而又形象地描述氣體的性質(zhì)？不少教師會利用實驗進行輔助性課堂教學[2]，但實驗應(yīng)怎樣設(shè)計才能吸引學生，激發(fā)其學習熱情？筆者認為以下幾點非常關(guān)鍵。一是所選內(nèi)容在課堂上可當場操作演示，且實驗現(xiàn)象要明顯有趣，給學生以直觀感受；二是實驗過程要有懸念，能激起學生的好奇心，啟迪學生學習的靈感，引發(fā)探究的欲望；三是由實驗引出諸多問題讓學生思考，留給他們進一步想象和拓展的空間?，F(xiàn)舉數(shù)例如下。

2 實驗案例

2.1 氨氣與氯化氫的反應(yīng)

現(xiàn)行上海市高中化學教材中對氨氣與氯化氫的反應(yīng)是這樣描述的[3]：取兩根玻璃棒，分別在濃氨水及濃鹽酸里蘸一下，然后將兩根玻璃棒逐漸靠近但不接觸，這時可以觀察到在兩根玻璃棒之間有白煙產(chǎn)生（圖1a）。按照教材教師在課堂上演示了氨水與濃鹽酸揮發(fā)然后再發(fā)生氣相反應(yīng)的過程，但從實際教學效果來看，留給學生的印象并不深刻。因此筆者將實驗進行了如下改進：在一根長玻璃管兩端塞上棉花，分別向兩端同時滴入濃氨水和濃鹽酸，馬上用橡皮塞塞住，半分鐘之后就可以看到白煙在玻璃管內(nèi)生成；再仔細觀察，會發(fā)現(xiàn)白煙的位置不在管的中央，而在靠近濃鹽酸的一端（圖1b）。通過改進的演示實驗教學，學生理解了3個知識點：①氨水與濃鹽酸分別在玻璃管的兩端，距離較遠，揮發(fā)擴散后才發(fā)生反應(yīng)；②氣體的擴散速率與氣體式量有關(guān)（Graham擴散定律），在同溫同壓下氣體擴散速度與氣體密度的平方根成反比，因氨氣的密度小，擴散速度快，故而反應(yīng)在靠近濃鹽酸的一端進行；③氨氣和氯化氫反應(yīng)生成固體氯化銨（白煙）。與教材實驗相比，改進后的實驗教學效果明顯好于前者。

2.2 硫化氫與二氧化硫的反應(yīng)

二氧化硫和硫化氫反應(yīng)，教材里是這樣設(shè)計的[4]：取一瓶二氧化硫和一瓶硫化氫氣體（圖2a），把兩瓶氣體混合，觀察瓶壁上有什么現(xiàn)象，結(jié)論是瓶壁有淺黃色固體和水珠出現(xiàn)，這是一個定性實驗。

筆者對教材實驗裝置進行了改進設(shè)計，采用礦泉水瓶收集兩種氣體（圖2b）。在課堂演示時，將兩瓶子撤去蓋子后對接迅速用膠封住瓶口，按照Graham氣體擴散定律，式量?。芏刃。┑臍怏w擴散速率快，因此淺黃色固體和水珠應(yīng)出現(xiàn)在盛裝二氧化硫氣體的瓶內(nèi)，但實驗結(jié)果恰恰相反，產(chǎn)物主要集中在硫化氫瓶內(nèi)（圖2c）。這一反?，F(xiàn)象一下子引起了學生的興趣，大家各抒己見。經(jīng)過分析，得出了造成此實驗現(xiàn)象的原因是：硫化氫與二氧化硫發(fā)生氧化還原反應(yīng)（2H2S+SO2→3S↓+2H2O），反應(yīng)物消耗比為2：1，即在同等條件下硫化氫瓶中的壓強減小更快，由于壓差的存在，導致二氧化硫氣體被“吸入”硫化氫瓶中，并在其中生成硫和水。

此時，學生又進一步提出了疑問：既然硫化氫與二氧化硫反應(yīng)使系統(tǒng)的壓力下降，為何瓶子沒有變形呢？再對實驗過程中各環(huán)節(jié)進行檢查和分析，得出了原因。由于實驗中采用口香糖膠來封瓶口，導致裝置的氣密性還不夠好。針對此缺陷再進行改進后，用插有短玻璃管的橡皮塞代替塑料瓶蓋，兩玻璃管口用乳膠管連接，中間夾以彈簧夾（圖2d）。實驗開始后松開彈簧夾，反應(yīng)經(jīng)數(shù)分鐘或數(shù)小時（取決于玻璃管內(nèi)徑的粗細），可以看到玻璃管中生成黃色的硫，同時瓶子慢慢變癟。以上實驗結(jié)果環(huán)環(huán)相扣，過程充滿懸念，給學生留下深刻印象。

2.3 氨氣與氯氣的反應(yīng)

高三的教材告訴我們，氨氣與氯氣存在兩個反應(yīng)：

反應(yīng)（1）中氨氣與氯氣的計量系數(shù)比為2：3，即在溫度、壓力相同時，反應(yīng)600mL的氯氣需要消耗400mL的氨氣。反應(yīng)（2）中的系數(shù)比為8：3，即反應(yīng)600mL的氯氣需要消耗1600mL的氨氣。于是有不少學生猜測，只有當氨氣的量超過400mL時，才會發(fā)生第二個反應(yīng)生成氯化銨。那么實際情況真是如此嗎？只有反應(yīng)（1）進行完全了才進行反應(yīng)（2）？

我們進行了演示實驗。如下圖3，取兩個體積不同的礦泉水瓶，600mL的大瓶儲存氯氣，350mL的小瓶儲存氨氣，兩瓶子用乳膠管相連。彈簧夾一經(jīng)打開，在玻璃管及瓶中立刻產(chǎn)生白煙，說明反應(yīng)（1）（2）幾乎是同時發(fā)生的。與實驗2.2相似，幾分鐘后，瓶子變癟。

對此實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行討論和分析后，得出了如下解釋：氨氣首先與氯氣反應(yīng)生成氯化氫，酸性的氯化氫氣體又與堿性的氨氣立即快速反應(yīng)生成氯化銨；據(jù)實驗現(xiàn)象還可得出后者反應(yīng)速率遠大于前者的結(jié)論。因此，不待反應(yīng)（1）中的氯氣消耗完，反應(yīng)（2）已開始。這一演示實驗生動地描述了“反應(yīng)速率”這一概念，也給了學生一個啟發(fā)，很多化學實驗的結(jié)果和我們當初的想象是不一樣的[5]。

2.4 噴泉實驗

噴泉實驗是高中化學實驗中關(guān)于氨氣性質(zhì)的經(jīng)典實驗[6，7]，教材中其裝置如圖4所示。當打開活塞時，燒瓶內(nèi)的氨氣迅速溶于水生成氨水（NH3+ H2O→NH3·H2O→NH4++OH-），在燒瓶內(nèi)外產(chǎn)生壓差，壓差將燒杯中的液體壓入燒瓶中形成噴泉，由于氨水使酚酞變紅，所以噴泉呈紅色，非常美麗。

由于原理比較簡單，筆者便嘗試著請學生對噴泉實驗進行創(chuàng)新改進，并在其間插入諸多問題讓其思考。例如，問題1，如果將燒瓶中的氣體換成氯氣，還能形成噴泉嗎？學生經(jīng)過思考后很快就回答不能，因為氯氣在水中的溶解度較小。接著教師再提出問題2，那么能否設(shè)法提高氯氣的溶解度呢？經(jīng)過熱烈討論，學生給出了答案，采用氫氧化鈉溶液代替水。

新實驗采用如下設(shè)計：以氯氣取代氨氣，把膠頭滴管中的水換成氫氧化鈉溶液（濃度較高），在燒杯中也加入含酚酞的氫氧化鈉溶液（濃度較低），溶液呈粉紅色。實驗中將膠頭滴管中的氫氧化鈉擠入圓底燒瓶，輕輕晃動圓底燒瓶片刻，再打開彈簧夾，因燒瓶內(nèi)的氯氣與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)形成負壓：Cl2+2NaOH→NaCl+NaClO+H2O，燒杯中的液體被壓入瓶內(nèi)，成功地完成了氯氣的噴泉實驗。此時觀察仔細的學生注意到，噴泉的顏色由原來的粉紅色變成了無色。這又是一個非常好的知識引入點。教師繼而引入問題3，溶液為何褪色？經(jīng)過啟發(fā)，學生分析褪色的原因可能有兩個：①氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)，消耗了氫氧化鈉；②氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉，生成的次氯酸氧化酚酞。原因究竟是哪一個？還是以實驗事實來作答。利用燒瓶中的液體進行如下分析實驗：在液體中滴入氫氧化鈉，如果溶液再次變紅，則可推斷是原因①；或在液體中加入酚酞，如果溶液重新變紅，則證明是原因②。實驗結(jié)果顯示，溶液中加入酚酞后才會再次顯粉紅色，說明使溶液褪色的真正原因是由次氯酸氧化酚酞所致。在本實驗中，教師對實驗加以變換，以問題為導向，通過對問題的層層剖析，結(jié)合現(xiàn)場操作演示，將氨氣、氯氣的物理及化學性質(zhì)有趣地展現(xiàn)在學生面前。

3 結(jié)語

本文對四個原有教材實驗進行了設(shè)計優(yōu)化和拓展深化，將“氨氣與氯化氫”、“硫化氫與二氧化硫”、“氨氣與氯氣”、“噴泉實驗”四個反應(yīng)作為課堂演示實驗，并以問題為導向，通過遞進式提問及對問題的層層剖析，結(jié)合現(xiàn)場演示，將幾種氣體的物理及化學性質(zhì)生動直觀地展現(xiàn)在學生面前。這些教學手段活躍了課堂氛圍，激發(fā)了學生思維，鞏固了所學知識，拓展了學生認知，提高了學習興趣，收到了良好的教學效果[8，9]。同時需要提醒的是，上述氣體均屬于有毒有害氣體，實驗操作時須做好必要的防范措施，這一點也是為了對學生進行安全教育和環(huán)保意識的喚起?；瘜W是以實驗為基礎(chǔ)的自然科學，化學反應(yīng)往往伴隨有色彩、形態(tài)、聲音、能量、氣味等變化，只要我們精心設(shè)計，將這些豐富多彩的實驗內(nèi)容引入課堂教學，就能激發(fā)學生的興趣并使其成為學習的動力，讓學生在愉悅、活潑的課堂氛圍中潛移默化地接受教育，達到“潤物細無聲”的教學效果。

參考文獻：

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