導(dǎo)語：化學(xué)性質(zhì)實驗優(yōu)化與實踐一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：探究式學(xué)習(xí)在化學(xué)實驗教學(xué)中占有非常重要的地位，為培養(yǎng)學(xué)生動手動腦等多方面能力，新課程改革對中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)提出新要求，使得探究性實驗和驗證性實驗的學(xué)習(xí)與教學(xué)在化學(xué)教學(xué)過程中的比重持續(xù)增加，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)存在著實驗裝置復(fù)雜、操作繁瑣等諸多不足。對教材中傳統(tǒng)的Cl2制備及其化學(xué)性質(zhì)的實驗進(jìn)行優(yōu)化和完善，將Cl2的制備和其化學(xué)性質(zhì)驗證的實驗裝置設(shè)計為一套密閉的、簡便的、易于操作的裝置，實驗步驟簡單，藥品用量少，實驗過程連續(xù)可控，實驗現(xiàn)象明顯，裝置中氣球和注射器的使用還增加了實驗的趣味性。

關(guān)鍵詞：氯氣；化學(xué)性質(zhì)；實驗教學(xué)；優(yōu)化

化學(xué)作為人類生活和社會發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科之一，在生產(chǎn)生活中隨處可見。實驗是認(rèn)識和學(xué)習(xí)化學(xué)的重要手段，通過實驗過程觀察實驗現(xiàn)象，在頭腦中將理論與實踐構(gòu)建、結(jié)合，可以快速學(xué)習(xí)和掌握化學(xué)知識，加深對知識的理解，真正實現(xiàn)了理論和實踐的完美結(jié)合。高中階段所涉及的化學(xué)原理、結(jié)論大多數(shù)是從實驗中獲得，實驗是化學(xué)學(xué)科的靈魂。探究式實驗教學(xué)可以使學(xué)生易于走進(jìn)化學(xué)，提升教學(xué)效果，當(dāng)學(xué)生參與到實驗探究中，學(xué)生可以更加直觀的觀察實驗現(xiàn)象，對于化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識，從感性上升到理性，擴(kuò)大學(xué)生對于知識的接受范圍，新課改中對于實驗部分進(jìn)行修改和完善，用活動探究代替原有的演示實驗，很大程度上讓學(xué)生參與到實驗教學(xué)和學(xué)習(xí)中，新課標(biāo)不再將三維目標(biāo)即“知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀”細(xì)分，而是按照化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行教學(xué)，這樣可以更加深刻的突出實驗探究在化學(xué)教學(xué)中的地位。在教學(xué)活動中，教師與學(xué)生要相輔相成，教師要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置探究活動，代替原有部分演示實驗，將學(xué)生實驗和教師演示實驗融為一體。學(xué)生在開放、自由、平等的環(huán)境中學(xué)習(xí)，在探究中發(fā)現(xiàn)問題、產(chǎn)生疑問，在合作中處理問題、得出結(jié)果。傳統(tǒng)實驗及其教學(xué)已不能滿足新課改中對于培養(yǎng)學(xué)生能力和素養(yǎng)的要求，特別是有毒有害氣體的制備及其性質(zhì)類的實驗教學(xué)更需要嚴(yán)格把控其安全性和可操作性，因此在保持實驗的科學(xué)性基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)化學(xué)演示實驗進(jìn)行改進(jìn)，使實驗更具有趣味性和直觀性。通過增進(jìn)學(xué)生對于科學(xué)探究的理解，進(jìn)而轉(zhuǎn)變學(xué)生思維方式，更大程度上加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力。學(xué)生在實驗教學(xué)中的主體地位得到充分的體現(xiàn)，化學(xué)實驗教學(xué)的最終目的是應(yīng)用于生活實踐，學(xué)習(xí)教材中的知識不是主要目的，更重要的是應(yīng)用到實際，解決日常生活中的問題。鼓勵學(xué)生參與到實驗中去，有利于學(xué)生的個性發(fā)展，激發(fā)學(xué)生探究化學(xué)知識學(xué)習(xí)化學(xué)知識的興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，增強(qiáng)學(xué)生思維轉(zhuǎn)換的能力。中學(xué)化學(xué)的知識體系中，Cl是重要的非金屬元素，氯氣（Cl2）及含Cl化合物是生產(chǎn)生活中重要的化學(xué)品之一，Cl位于第三周期第ⅦA族，氯原子最外層有7個電子，電子結(jié)構(gòu)3s23p5，易得電子形成陰離子。Cl2是黃綠色、有刺激性氣味的氣體，有毒，密度比空氣大，可溶于水，常溫下，1體積水可溶解2體積氯氣，形成黃綠色氯水，有刺激性氣味。具有漂白作用，氯水主要成分是次氯酸，有強(qiáng)氧化性，見光易分解，常用作消毒劑、漂白劑[4]，通過實驗探究Cl2的性質(zhì)，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識Cl元素。

1.Cl2制備及其性質(zhì)實驗現(xiàn)存的主要問題及改進(jìn)現(xiàn)狀

實驗室常采用MnO2和濃HCl在加熱條件下制取Cl2，實驗裝置如圖1所示。所需的實驗時間長，MnO2是黑色固體粉末且難溶于水，反應(yīng)混合物整體呈黑色，不利于觀察實驗現(xiàn)象，而且反應(yīng)后二氧化錳會吸附在儀器內(nèi)壁，難以洗滌。實驗中Cl2制備及其化學(xué)性質(zhì)驗證實驗涉及實驗裝置多，操作繁瑣。實驗中的尾氣收集裝置處于半敞開狀態(tài)，易出現(xiàn)Cl2的泄漏，污染大氣環(huán)境，危害人體健康?；瘜W(xué)實驗應(yīng)既要“綠色”化不產(chǎn)生新的污染，又要保證實驗成本廉價實驗過程易行。對傳統(tǒng)實驗的改進(jìn)和優(yōu)化則必不可少，例如：使用膠頭滴管、膠塞、球缺形罩、半片培養(yǎng)皿、細(xì)口瓶玻璃塞、細(xì)口瓶瓶蓋等器材制成簡易裝置，用于Cl2的制備以及化學(xué)性質(zhì)驗證實驗，可觀察到明顯的實驗現(xiàn)象，使實驗微型化、系列化便于操作，也增加了實驗的安全性，且在一套裝置中可以完成多個驗證實驗。同樣可將帶蓋培養(yǎng)皿分區(qū)，以白紙為底，輔以膠頭滴管完成驗證Cl2的強(qiáng)氧化性和氯水的漂白性，同時觀察到所有的實驗現(xiàn)象；還可以巧用U型管、注射器和球型干燥管制成簡便裝置，用于證明Cl2的強(qiáng)氧化性和氯水的漂白性，改進(jìn)后的實驗裝置簡化、操作簡單，增強(qiáng)了學(xué)生的探究能力。實現(xiàn)裝置一體化，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，便于課堂教學(xué)。在U型管的兩端分別實現(xiàn)Cl2的制備，和Cl2的化學(xué)性質(zhì)的驗證實驗，除減少儀器數(shù)量外，還可以做到殘氣的零排放。Cl2的制備及性質(zhì)實驗的改進(jìn)較多見，在實際應(yīng)用過程中，結(jié)合實際情況，我們對該實驗進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化和完善，設(shè)計了一組“綠色”、安全、便于操作、節(jié)約資源的綜合型實驗過程。

2.Cl2制備及其化學(xué)性質(zhì)實驗的優(yōu)化

(1)實驗裝置和實驗過程圖2優(yōu)化后的Cl2制取及其化學(xué)性質(zhì)實驗裝置圖本實驗選用KClO3和濃HCl為反應(yīng)物在常溫下制取Cl2，與傳統(tǒng)實驗室制取Cl2相比，減少了加熱裝置，可增大實驗安全性縮短反應(yīng)時間，可操作性強(qiáng)。尾氣的處理采用注射器為容器按需加入吸收液，可大量減少堿液的使用。圖2為優(yōu)化后的Cl2制取及其化學(xué)性質(zhì)實驗裝置圖。按圖2組裝好所需裝置，使用前先檢查裝置氣密性，拉動任意一側(cè)注射器活塞，若活塞能自動復(fù)原，說明裝置氣密性良好。分別將pH試紙和濕潤的淀粉-KI試紙粘貼在A瓶的內(nèi)壁下側(cè)，再固定好裝有少量蒸餾水的氣球，使氣球與pH試紙在同側(cè)便于潤濕試紙。將滴有FeSO4和KSCN溶液的濾紙粘貼在B瓶內(nèi)壁下側(cè)。關(guān)閉彈簧夾。裝有KClO3的平底試管放入A瓶中，將吸有濃HCl的注射器，伸入A瓶的試管口上方，滴加濃HCl與KClO3充分反應(yīng)。當(dāng)有黃綠色氣體產(chǎn)生后，觀察濕潤的淀粉-KI試紙和pH試紙的變化。片刻后，用注射器針尖將裝蒸餾水的氣球扎破，使蒸餾水沿瓶壁流下，再觀察濕潤的pH試紙的變化。將裝有AgNO3溶液的注射器插入A瓶，并滴加AgNO3溶液至瓶底溶液中，認(rèn)真觀察實驗裝置現(xiàn)象。打開彈簧夾并觀察B瓶中滴有FeSO4和KSCN溶液的濾紙的變化。將吸取NaOH溶液和酚酞指示劑的混合溶液的注射器插入B瓶中，緩慢推動注射器，觀察實驗現(xiàn)象。(2)實驗原理及現(xiàn)象當(dāng)KClO3與濃HCl反應(yīng)后，立刻產(chǎn)生黃綠色的Cl2：KClO3+6HCl(濃)=KCl+3H2O+3Cl2↑，濕潤的淀粉-KI試紙遇到Cl2后先變成藍(lán)后又很快褪色，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)：Cl2+2KI=2KCl+I2，淀粉遇I2變藍(lán)，同時干燥的pH試紙無明顯變化。生成的Cl2與蒸餾水反應(yīng)，溶液沿器壁流下，pH試紙濕潤后先變?yōu)榧t色后褪色，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：Cl2+H2O=HCl+HClO，探究式學(xué)習(xí)了氯水的成份和性質(zhì)，說明氯水中存在酸性物質(zhì)，并且具有強(qiáng)氧化性，可使pH試紙褪色。Cl2不具有漂白性，而氯水具有漂白性。將AgNO3溶液加入到A瓶中，觀察到有白色沉淀生成，證明溶液中存在氯離子，Ag++Cl-=AgCl↓。滴有FeSO4和KSCN溶液的濾紙先出現(xiàn)血紅色后褪色，因為3Cl2+6FeSO4=2Fe2(SO4)3+2FeCl3，F(xiàn)e3+與SCN-顯血紅色，進(jìn)一步說明Cl2具有強(qiáng)氧化性和氯水具有漂白性。NaOH溶液與Cl2反應(yīng)生成NaClO，NaClO可使酚酞褪色，觀察到溶液由紅色變?yōu)闊o色，繼續(xù)滴加NaOH溶液，直至瓶口處無顏色變化為止，則Cl2被完全吸收，Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O。

3.實驗優(yōu)化的意義

(1)系統(tǒng)性改進(jìn)和完善后的實驗裝置更加簡便和安全，助力課堂實驗教學(xué)。優(yōu)化后的實驗裝置將Cl2的制備及其化學(xué)性質(zhì)實驗，即氯氣與水的反應(yīng)、次氯酸漂白性及酸性、檢驗氯離子存在等實驗，整合在同一實驗裝置中，連貫有序的進(jìn)行實驗操作，使實驗更加系統(tǒng)化，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解Cl2以及其化合物的性質(zhì)，利于將物質(zhì)的各種化學(xué)性質(zhì)知識的學(xué)習(xí)從宏觀上串聯(lián)起來，更好的掌握物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律及其化學(xué)性質(zhì)。(2)綠色安全性新課改要求將綠色化學(xué)過程融入化學(xué)實驗教學(xué)中，組合實驗是化學(xué)實驗綠色化改進(jìn)方法之一，查找相關(guān)化學(xué)實驗間的聯(lián)系與區(qū)別，通過合理調(diào)整實驗順序，將孤立的實驗進(jìn)行整合，充分利用各個實驗之間的關(guān)聯(lián)，使前一個實驗的產(chǎn)物或副產(chǎn)物作為后一個實驗的反應(yīng)物，加大化學(xué)物質(zhì)的使用率，降低廢物排放。因Cl2實驗涉及有毒氣體，所以要嚴(yán)格控制實驗裝置的氣密性，防止產(chǎn)生新的污染物，本實驗裝置處于封閉狀態(tài)，通過注射器的平衡狀態(tài)間接監(jiān)控裝置的氣密性，不會造成有毒氣體的逸出。尾氣處理也采用NaOH溶液吸收Cl2，通過顏色變化準(zhǔn)確判斷Cl2是否被完全吸收，確保實驗無Cl2存留。在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中，可以樹立環(huán)保觀念，增強(qiáng)安全意識，在細(xì)節(jié)處提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。(3)簡約性對比各個實驗室制氯氣的方法，可知在生成等物質(zhì)的量氯氣情況下，用KClO3制備所需濃HCl最少，表1為實驗室制氯氣濃鹽酸用量比較。濃HCl為易揮發(fā)刺激性物質(zhì)，用量減少利于保護(hù)環(huán)境和人身健康，因此用KClO3替換MnO2制備氯氣的方法更為合理，增加了安全性，也提高了原子利用率，使得所需藥品量少于傳統(tǒng)的實驗用量。同時對反應(yīng)原料的市場價格進(jìn)行調(diào)查，改進(jìn)后實驗室制氯氣所需原料市場價更低。而且取消加熱裝置，減少了實驗裝置中儀器的使用數(shù)量，可以縮短實驗時間，提高課堂教學(xué)效果。實驗過程簡約、連續(xù)、方便、可控性強(qiáng)，可任意停留在實驗的每個環(huán)節(jié)，便于開展探究式學(xué)習(xí)。(4)趣味性實驗所用氣球、注射器等為生活中常見的物品，將生活與化學(xué)巧妙的銜接起來，將枯燥單一的實驗操作為貼近生活的實驗過程，使學(xué)生積極主動的參與到實驗中去，增強(qiáng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣。本實驗裝置將原有的半封閉體系轉(zhuǎn)換為全封閉體系，有利于學(xué)生進(jìn)行分組實驗和分節(jié)操作，更加符合新課改中讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體的要求，能激發(fā)學(xué)生對于化學(xué)實驗探究的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)。(5)普適性根據(jù)化學(xué)實驗的特點將本實驗裝置進(jìn)行微調(diào)，可用于SO2制備及其性質(zhì)的實驗。濃HCl和KClO3分別替換為H2SO4和Na2SO3，通過該裝備便可完成SO2氣體制備及驗證SO2氣體的漂白原理、酸性、氧化性等性質(zhì)的驗證性實驗的演示。

4.總結(jié)

在使用中改進(jìn)優(yōu)化實驗裝置和實驗過程，使實驗更加適合學(xué)生學(xué)習(xí)，更加符合時代要求，化學(xué)實驗是提高學(xué)生的探究能力和學(xué)科素養(yǎng)的途徑之一。以科學(xué)性為前提，依照實驗原理，進(jìn)一步優(yōu)化和完善了Cl2的制備及其化學(xué)性質(zhì)實驗的裝置和操作過程，實驗便于操作，藥品用量少，實驗過程連續(xù)可控，實驗現(xiàn)象鮮明，使用注射器和氣球增加實驗的趣味性，貼近了生活，有助于化學(xué)實驗的探究式學(xué)習(xí)，開拓了學(xué)生的思維。實驗的整體性和操作一體化，可控性強(qiáng)、綠色安全、簡約簡便，符合新課改要求。對教材中某些實驗的改進(jìn)優(yōu)化可以解決教學(xué)實際問題，利用演示操作，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力，還可以提高化學(xué)實驗的教學(xué)效果和效率，保證教學(xué)和學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)[M].北京:人民教育出版社,2017:6.

[2]王祖浩,王磊.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)解讀[M].武漢:湖北教育出版社,2011:69-81.

[3]夏正盛.高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)教師讀本[M].武漢:華中師范大學(xué)出版社,2003:226.

[4]關(guān)寧,張麗霞.綠色化學(xué)理念下氨氣、二氧化硫的制取及性質(zhì)實驗的改進(jìn)[J].化學(xué)教與學(xué),2016,4:94-96.

[5]宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書:化學(xué)1(必修)[M].3版.北京:人民教育出版社,2007:70-74.

[6]蘭濤,藍(lán)偉文,陳啟添,王加香.氯氣性質(zhì)實驗裝置的改進(jìn)及其應(yīng)用[J].教學(xué)儀器與實驗,2014,30(9):37-39.

[7]尉燕萍.氯氣性質(zhì)實驗的改進(jìn)[J].實驗教學(xué)與儀器,2009,1:23.

[8]羅瑪,丁偉.氯氣的制取與主要性質(zhì)的實驗改進(jìn)研究[J].教學(xué)儀器與實驗,2012,28(11):11-12.

[9]王秀榮.氯氣的制備與性質(zhì)綜合實驗設(shè)計[J].化學(xué)教育,2018,39(1):72-74.

[10]蔣華芳.“氯氣的制取及其性質(zhì)”微型創(chuàng)新實驗設(shè)計[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2018(24):58.

[11]曾祥祿.氯氣的簡易制取及性質(zhì)驗證微型實驗[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2018(02):59.

[12]朱麗娜.“氯氣制取及驗證性質(zhì)”實驗的改進(jìn)[J].實驗教學(xué)與儀器,2017,34(10):31-32.

作者:劉佳瑩 劉晶 任冬梅 趙巖 夏云生 單位:1.渤海大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 2.北票市尹湛納希高級中學(xué)