關于化學實驗現象異常之我見
邱永健
化學作為一門以實驗為基礎的自然科學,要實施素質教育、創新教育及課程改革教學,實驗教學都發揮著極其重要的作用。在化學實驗教學過程中,無論是課堂演示實驗還是學生實驗,由于某種原因,有時會出現一些與正常實驗結果不相符的現象,其中有顏色變化的異常,生成物氣味的異常,事故發生的異常等。實驗異常現象的出現,會對學生造成認知沖突的失衡,教師若不及時加以正確引導和徹底解決,勢必會影響教學效果,給學生留下知識盲點,并失去對實驗課的信心。找出產生異常現象的原因,變“異常”為“正常”,是培養學生實事求是、嚴謹認真、善于觀察、自主探究的科學素養的一種有效方法和途徑,對教師本身而言,也提供了增強分析問題和解決問題能力的好機會。
1. 實驗現象異常的成因
(1)因試劑的純度引起的實驗異常
高中化學實驗中,不同的實驗對藥品純度的要求是不同的。限于中學化學實驗條件,有些實驗往往產生“失常”現象。
例如,在做原電池實驗時,除了觀察到銅片上有大量氣泡產生外,負極的鋅片上也會有較多氣泡生成。這種現象是由于鋅片不純,含有碳、鐵等雜質且金屬表面粗糙,容易形成許多微小原電池,最終使得少部分氫氣在鋅片表面上析出。
(2)因試劑添加順序的先后引起的實驗異常
在實驗中,若將化學試劑的添加順序顛倒之后,可能引起實驗現象不明顯,甚至得到截然不同的實驗結果。
例如,Cu(OH)2的制備實驗,如果按教材要求的方法和步驟,向盛有CuSO4溶液的燒杯中滴加NaOH溶液,可以產生大量的絮狀沉淀,但是對該沉淀進行加熱時有時就看不到黑色CuO。實際上,按上述操作一般生成的沉淀只能是綠色的堿式硫酸銅,致使觀察不到Cu(OH)2的受熱分解現象。所以,我建議將實驗步驟改為“向盛有NaOH溶液的燒杯中滴加幾滴CuSO4溶液”,確保生成Cu(OH)2過程中NaOH始終是過量的。
(3)藥品保存方面引起的實驗異常
實驗室購置的藥品不一定馬上使用,有些藥品由于在實驗室保存過程中,長時間與空氣中的氧氣、水蒸氣等作用而發生變質,最終導致實驗過程中出現異常現象。
例如,在檢驗Na2SO3中的SO32- 時,加入BaCl2溶液后產生大量白色沉淀,加入稀鹽酸后,產生可以使石蕊試紙變紅的酸性氣體。但是無論稀鹽酸用量多少,試管中始終會有少量白色沉淀無法溶解。實際上,由于SO32- 具有很強的還原性,容易被空氣中的氧氣氧化成Na2SO4,所以我們能看到有不溶于稀鹽酸的沉淀。
(4)因藥品用量的不同引起的實驗異常
實驗過程中,特別是由于學生自身習慣的問題,取用藥品時用量隨意,很容易出現意料之外的現象。
例如,在做銀鏡反應時,在一支洗凈的試管中注入1 mL AgNO3溶液,然后加氨水直到完全溶解,再滴幾滴新配的乙醛溶液后水浴加熱幾分鐘,卻始終得不到光亮的銀鏡。分析原因,應該是銀氨溶液配制時氨水用量沒有控制好引起的,在向AgNO3溶液中滴加氨水不可過量,教材描述為“氨水加到生成的沉淀剛好溶解為止”。實踐經驗證明,氨水過量越多,銀鏡反應的效果越差。所以我建議,加氨水時直到最初產生的沉淀溶解到還略顯渾濁(不可使沉淀恰好溶解至溶液澄清)為止,這種銀氨溶液氧化能力最強,實驗效果非常好。
(5)因副反應的存在導致實驗現象異常
很多化學反應中都有副反應的存在,有些副反應甚至影響實驗結果,干擾實驗現象。
例如,高中化學“氮和磷”一節有這樣的練習:“用大試管收集一試管NO2氣體,倒扣在盛水的水槽中,之后看到試管里紅棕色氣體消失,水面上升至容積的約2/3處……”事實上由于收集的氣體中常含有NO等物質,存在副反應:NO2+NO+H2O === 2HNO2,實際水面上升要遠遠大于試管體積的2/3 。
(6)因實驗溫度控制不當引起的實驗異常
溫度是影響化學反應速率和反應趨勢的一個重要方面。溫度的高低往往決定了一個反應能否發生、向什么方向進行等問題。所以,溫度的合理控制對實驗現象與實驗結果至關重要。 例如,在做乙醇的氧化實驗時,將螺旋狀的銅絲加熱變黑后,若不迅速插入乙醇中,反復幾次,并不會看到銅絲變紅亮,也不會聞到有刺激性氣味。因為銅絲插入速度太慢,使銅絲溫度下降后,反應就不能發生了。
在實際教學中,除了上述原因外,試劑濃度大小,試劑選用恰當與否,酸堿介質環境,儀器選用是否合理,及實驗操作者基本操作是否過關等方面也會引起實驗的異常現象。
2. 異常現象的合理利用
實驗出現意料之外的情況是允許的,關鍵是采取正確的補救措施。如何對待實驗過程中出現的異常現象,意外中蘊含著正常,關鍵是透過表象看到本質。如果采取搪塞或回避的方法,就錯過了最好的教育時機。抓住實驗中的意外,也就抓住了學生旺盛的求知欲,若能積極引導并給予合理的分析解釋,也就能化慌亂為沉著、化意外為平常,反而能因神奇的“意外”給學生留下深刻的記憶,教學目的也能實現,使師生雙方在探索活動中相互得到提高。
(1)利用異常現象,提高教師專業素質
實驗中出現的異常現象,要求教師自覺地在教育教學實踐中思考、分析、研究,并不斷學習新的知識和理論,進一步使教師樹立起“科研先導”的意識,提高教師的科研能力,使教師由“經驗型”向“科研型”、“創新型”轉化。
(2)利用異常現象,進行反思性實驗教學,逐步使學生養成思考的習慣
當學生在實驗中出現的實驗失敗或誤差較大時,教師應見縫插針積極引導學生如實記錄實驗結果,反思失敗的原因,以找到切實可行的方法改進實驗,培養學生嚴謹的科學態度。
(3)利用異常現象,積極開展科學探究活動,培養學生觀察現象、分析問題、解決問題的能力,從而提高學生的探究水平和創新能力
在化學教學中,只要學生留心觀察實驗過程,注意捕捉奇特的變化,就可以發現許多實驗異常現象,對這些異常現象進行探究會得到很多重要的發現。教師應根據教學內容,指導學生對司空見怪的現象著手探究、發現問題。中學化學實驗中異常現象很多,其中很多異常現象都可以成為學生進行探究的好素材。
總之,高中化學實驗由于受試劑的純度,試劑添加順序,藥品用量,副反應,溫度,催化劑,實驗裝置等各方面影響制約,有時會導致實驗現象異常。如果我們教師轉換觀念,把實驗的目的看作是帶領學生探究知識,“發現”他們尚未認識的客觀事物,并從中學到認知的本領,就不會因為出現異常現象而手忙腳亂,影響教學。所以我們教師應實事求面對實驗現實,并引導學生運用已有的知識經驗,分析發生異常現象的原因,師生共同研究,改變實驗方法和策略,最后把實驗做成功。