導語：化學性質實驗優(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：探究式學習在化學實驗教學中占有非常重要的地位，為培養(yǎng)學生動手動腦等多方面能力，新課程改革對中學化學實驗教學提出新要求，使得探究性實驗和驗證性實驗的學習與教學在化學教學過程中的比重持續(xù)增加，傳統(tǒng)的實驗教學存在著實驗裝置復雜、操作繁瑣等諸多不足。對教材中傳統(tǒng)的Cl2制備及其化學性質的實驗進行優(yōu)化和完善，將Cl2的制備和其化學性質驗證的實驗裝置設計為一套密閉的、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。

關鍵詞：氯氣；化學性質；實驗教學；優(yōu)化

化學作為人類生活和社會發(fā)展的基礎學科之一，在生產(chǎn)生活中隨處可見。實驗是認識和學習化學的重要手段，通過實驗過程觀察實驗現(xiàn)象，在頭腦中將理論與實踐構建、結合，可以快速學習和掌握化學知識，加深對知識的理解，真正實現(xiàn)了理論和實踐的完美結合。高中階段所涉及的化學原理、結論大多數(shù)是從實驗中獲得，實驗是化學學科的靈魂。探究式實驗教學可以使學生易于走進化學，提升教學效果，當學生參與到實驗探究中，學生可以更加直觀的觀察實驗現(xiàn)象，對于化學本質的認識，從感性上升到理性，擴大學生對于知識的接受范圍，新課改中對于實驗部分進行修改和完善，用活動探究代替原有的演示實驗，很大程度上讓學生參與到實驗教學和學習中，新課標不再將三維目標即“知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀”細分，而是按照化學學科核心素養(yǎng)進行教學，這樣可以更加深刻的突出實驗探究在化學教學中的地位。在教學活動中，教師與學生要相輔相成，教師要根據(jù)學生的認知發(fā)展，改進教學內容，設置探究活動，代替原有部分演示實驗，將學生實驗和教師演示實驗融為一體。學生在開放、自由、平等的環(huán)境中學習，在探究中發(fā)現(xiàn)問題、產(chǎn)生疑問，在合作中處理問題、得出結果。傳統(tǒng)實驗及其教學已不能滿足新課改中對于培養(yǎng)學生能力和素養(yǎng)的要求，特別是有毒有害氣體的制備及其性質類的實驗教學更需要嚴格把控其安全性和可操作性，因此在保持實驗的科學性基礎上，對傳統(tǒng)化學演示實驗進行改進，使實驗更具有趣味性和直觀性。通過增進學生對于科學探究的理解，進而轉變學生思維方式，更大程度上加強學生創(chuàng)新精神和實踐能力。學生在實驗教學中的主體地位得到充分的體現(xiàn)，化學實驗教學的最終目的是應用于生活實踐，學習教材中的知識不是主要目的，更重要的是應用到實際，解決日常生活中的問題。鼓勵學生參與到實驗中去，有利于學生的個性發(fā)展，激發(fā)學生探究化學知識學習化學知識的興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力，增強學生思維轉換的能力。中學化學的知識體系中，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，電子結構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，使學生進一步認識Cl元素。

1.Cl2制備及其性質實驗現(xiàn)存的主要問題及改進現(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，反應混合物整體呈黑色，不利于觀察實驗現(xiàn)象，而且反應后二氧化錳會吸附在儀器內壁，難以洗滌。實驗中Cl2制備及其化學性質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實驗應既要“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、細口瓶玻璃塞、細口瓶瓶蓋等器材制成簡易裝置，用于Cl2的制備以及化學性質驗證實驗，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的強氧化性和氯水的漂白性，改進后的實驗裝置簡化、操作簡單，增強了學生的探究能力。實現(xiàn)裝置一體化，經(jīng)濟環(huán)保，便于課堂教學。在U型管的兩端分別實現(xiàn)Cl2的制備，和Cl2的化學性質的驗證實驗，除減少儀器數(shù)量外，還可以做到殘氣的零排放。Cl2的制備及性質實驗的改進較多見，在實際應用過程中，結合實際情況，我們對該實驗進行了進一步優(yōu)化和完善，設計了一組“綠色”、安全、便于操作、節(jié)約資源的綜合型實驗過程。

2.Cl2制備及其化學性質實驗的優(yōu)化

(1)實驗裝置和實驗過程圖2優(yōu)化后的Cl2制取及其化學性質實驗裝置圖本實驗選用KClO3和濃HCl為反應物在常溫下制取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時間，可操作性強。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制取及其化學性質實驗裝置圖。按圖2組裝好所需裝置，使用前先檢查裝置氣密性，拉動任意一側注射器活塞，若活塞能自動復原，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瓶的內壁下側，再固定好裝有少量蒸餾水的氣球，使氣球與pH試紙在同側便于潤濕試紙。將滴有FeSO4和KSCN溶液的濾紙粘貼在B瓶內壁下側。關閉彈簧夾。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。當有黃綠色氣體產(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KClO3與濃HCl反應后，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后先變成藍后又很快褪色，發(fā)生了化學反應：Cl2+2KI=2KCl+I2，淀粉遇I2變藍，同時干燥的pH試紙無明顯變化。生成的Cl2與蒸餾水反應，溶液沿器壁流下，pH試紙濕潤后先變?yōu)榧t色后褪色，發(fā)生化學反應：Cl2+H2O=HCl+HClO，探究式學習了氯水的成份和性質，說明氯水中存在酸性物質，并且具有強氧化性，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，進一步說明Cl2具有強氧化性和氯水具有漂白性。NaOH溶液與Cl2反應生成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)性改進和完善后的實驗裝置更加簡便和安全，助力課堂實驗教學。優(yōu)化后的實驗裝置將Cl2的制備及其化學性質實驗，即氯氣與水的反應、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，連貫有序的進行實驗操作，使實驗更加系統(tǒng)化，便于學生學習和理解Cl2以及其化合物的性質，利于將物質的各種化學性質知識的學習從宏觀上串聯(lián)起來，更好的掌握物質之間的轉化規(guī)律及其化學性質。(2)綠色安全性新課改要求將綠色化學過程融入化學實驗教學中，組合實驗是化學實驗綠色化改進方法之一，查找相關化學實驗間的聯(lián)系與區(qū)別，通過合理調整實驗順序，將孤立的實驗進行整合，充分利用各個實驗之間的關聯(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物，加大化學物質的使用率，降低廢物排放。因Cl2實驗涉及有毒氣體，所以要嚴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，通過顏色變化準確判斷Cl2是否被完全吸收，確保實驗無Cl2存留。在學生學習的過程中，可以樹立環(huán)保觀念，增強安全意識，在細節(jié)處提升學生的化學核心素養(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，用量減少利于保護環(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。同時對反應原料的市場價格進行調查，改進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，提高課堂教學效果。實驗過程簡約、連續(xù)、方便、可控性強，可任意停留在實驗的每個環(huán)節(jié)，便于開展探究式學習。(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，使學生積極主動的參與到實驗中去，增強學生探究學習的興趣。本實驗裝置將原有的半封閉體系轉換為全封閉體系，有利于學生進行分組實驗和分節(jié)操作，更加符合新課改中讓學生成為學習的主體的要求，能激發(fā)學生對于化學實驗探究的求知欲，培養(yǎng)學生的化學素養(yǎng)。(5)普適性根據(jù)化學實驗的特點將本實驗裝置進行微調，可用于SO2制備及其性質的實驗。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、氧化性等性質的驗證性實驗的演示。

4.總結

在使用中改進優(yōu)化實驗裝置和實驗過程，使實驗更加適合學生學習，更加符合時代要求，化學實驗是提高學生的探究能力和學科素養(yǎng)的途徑之一。以科學性為前提，依照實驗原理，進一步優(yōu)化和完善了Cl2的制備及其化學性質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，有助于化學實驗的探究式學習，開拓了學生的思維。實驗的整體性和操作一體化，可控性強、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優(yōu)化可以解決教學實際問題，利用演示操作，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和能力，還可以提高化學實驗的教學效果和效率，保證教學和學習的質量。

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