淺談中學微型化學實驗

一、 微型化學實驗( Microscale Laboratory，ML )

崛起于20世紀80年代的微型化學實驗，是國際公認的一種在微型化的條件下對化學實驗創新性變革的新技術和新方法。簡單地說，就是以盡可能用少的藥品來獲取最有效的實驗信息，具體講就是藥品用量少(一般為常規量的1/10～1/1000)、儀器容量小、基本無污染、操作簡單、方便省時、實驗現象直觀明顯的化學實驗。微型化學實驗因其具有減少污染、現象明顯、快速、節約、安全等優點，并以其良好的教學功能和教學效果，在化學實驗教學改革等領域扮演著重要的角色，引起世界各國化學界的高度重視。

中學微型化學實驗就是把微型化學實驗的理念應用于中學化學實驗中，其基本特征是：（1）儀器微型化，藥品用量少；（2）微型化學實驗不是常規化學實驗的簡單縮微或機械減量，而是在微型化的條件下對實驗重新設計與探索，達到以盡可能少的藥品來獲取盡可能多的、最為有效化學信息的目標，是在微型化的條件下對常規化學實驗的創新性變革。

二、 高中微型化學實驗的一些實踐與探索

近年來，結合《中學微型化學實驗的研究與實踐》課題筆者主要開展了以下四個方面的一些實踐與探索。

1. 減量（Reduce）

減量主要是減少藥品的用量，主要是以下兩個方面：

（1）利用小試管、點滴板、多用滴管、井穴板等微型化的儀器。如高一的《氯、溴、碘的性質 氯離子的檢驗》《同周期、同主族元素性質的遞變》《濃硫酸的性質硫酸根離子的檢驗》，高二的《鎂、鋁及其化合物的性質》《乙烯的制取和性質》《鐵及其化合物》《化學反應速率化學平衡》等實驗，均以12×70 mm的小試管來代替常規試管。在《乙烯的制取和性質》的實驗中，改換反應容器后使得乙醇與濃硫酸的混合液由書上的18ml 降為2ml～3ml。在我們回浦中學，高一有24個班、高二有24個班、高三有18個班，每班每次實驗分成28組。按現有的高二有18個班來計算，每組能節約混合液15 ml，每班至少可節約420 ml，高二年級就可節約10080 ml。耗時方面，原來按書本上要求做，完成性質實驗的全過程一般需十多分鐘。現在只需三分鐘左右即可。由此，還可大大節約作為能源的乙醇的消耗。在《濃硫酸的性質硫酸根離子的檢驗》實驗中，以6穴點滴板代替常規試管，尤其在硫酸根離子的檢驗中以黑色6穴點滴板代替常規試管，由于黑色背景，現象就更明顯，實驗效果也就更好。

（2）降低試劑的濃度。如《同周期、同主族元素性質的遞變》這一實驗中的氯水、溴水、碘水的濃度沒有明確規定。而高濃度的氯、溴對人身有較大的毒害。因此，我就把氯水、溴水的濃度盡可能降低，如溴水的外觀由棕紅色稀釋至淡黃色。此外，酚酞、石蕊、品紅、甲基橙等指示劑均適當降低濃度，如酚酞、石蕊原濃度為0.5％～1.0％，可減少到0.1％～0.25％，也可以相應減少酒精的用量。而硫氰酸鉀、三氯化鐵溶液的濃度則可由0.01mol/L降為 0.005mol/L。以上實驗藥品的減量都增強了實驗效果。因此，在保證獲取最有效實驗信息的前提下，應盡可能地降低實驗藥品用量，減少藥品損耗，預防環境污染。

2. 回收（Recycle）

回收主要包括：

（1）回收未反應的原料、副產物(含“三廢”)。如用KMnO4制取O2所得到的剩余物質中主要含有MnO2、K2MnO4和未反應掉的KMnO4，這三種物質的混合物均可用來加入濃鹽酸制取氯氣。再如《濃硫酸的性質硫酸根離子的檢驗》實驗中學生稀釋的硫酸還有剩余，這時就要求學生將所剩硫酸集中倒在講臺上的燒杯里。還有像在《乙烯的制取和性質》實驗中，由于最后的混合液中尚有相當的濃硫酸，就要求學生集中倒在指定的廢物桶中，處理后再排放。

（2）回收催化劑等非反應試劑。如《化學反應速率 化學平衡》的“催化劑對化學反應速率的影響”實驗中，MnO2 是H2O2分解生成O2的催化劑。在實驗結束時，要求學生將小試管中的H2O和MnO2 一起倒入指定的回收容器（燒杯等）中，以便集中回收MnO2。

3. 重復使用（Reuse）

重復使用主要是將上一個實驗步驟中剩余的藥品以及回收來的化學藥品用到下一個實驗步驟中或用到其他的實驗中去。如前面提到的濃硫酸稀釋后，不是直接倒掉，而是用到后面的濃、稀硫酸的性質比較實驗中去。再如回收的MnO2、K2MnO4和KMnO4用于濃鹽酸制取氯氣的實驗中。這樣，大大減少了藥品用量，提高了藥品使用效率。

4. 盡可能密閉可控、處理尾氣

制備H2S、SO2、Cl2、NO與NO2等氣體，在Cu與硝酸、濃硫酸的反應實驗中，往往會有有毒氣體進入空氣而毒化教室、實驗室的空氣，又直接影響師生健康。以銅和濃硫酸反應為例，如按照教材上的要求，每個實驗小組取2ml濃硫酸，每實驗小組產生417mlSO2氣體，以每班分28個實驗組為計，全班一次實驗就排放出11.68LSO2氣體。按實驗室平均面積為50m2計算，實驗期間，實驗室內SO2氣體的質量濃度為3.68mg/m3，約是我國規定居民區大氣中SO2平均最大允許質量濃度0.15mg/m3的28倍。而每個年級有一、二十個平行班，連續做實驗，實驗室里SO2的濃度會更大。因此，在這類實驗中除了安裝尾氣處理裝置外，還要盡可能使整個裝置密閉可控。

在高中微型化學實驗的實踐中，我覺得微型化學實驗主要優點有：

（1）有利于向學生傳播綠色化學的觀點，幫助學生學會減量、減廢、回收等防治污染的重要方法，使他們樹立綠色化學觀念、保證人類生存質量的責任感。正確引導并妥善處理化學實驗的廢棄物（回收、無害化處理），既提高了實驗的科學性、實驗操作的規范化，又培養了學生良好的實驗習慣。

（2）有利于學生把握藥品的實際用量，培養學生的規范化操作，提高實驗的科學性和實驗效果，從而培養學生嚴謹的實驗態度和科學的實驗方法。

（3）有利于激發學生學習興趣、實現人人動手實驗、強化動手能力的訓練、全面提高學生科學素質、樹立提高實驗教學效益，強化化學實驗教學中的素質教育和創新教育，培養具有創造能力人才。

總之，中學微型化學實驗不是常規實驗的簡單微縮，也不是對常規實驗的補充，更不是與常規實驗的對立，而是在整個實驗過程中貫穿了綠色化學的思想，有效實現“盡可能小劑量實驗、省資源、少污染、減成本”，還增強學生的環境保護意識，是對中學化學常規實驗進行的改革和發展。讓我們每一位中學化學教師都為此作出新的、更大的貢獻！

（淮北工業學校）