人教版九年級化學實驗創新設計

◆李和東

作者：李和東，東平縣接山鎮第一中學。

在人教版新教材使用過程中，發現實驗的教學素材有些欠缺和不足。教材是教師開展教學活動的藍本，是學生獲取化學知識的源泉。因此，實驗素材的選擇上就應該考慮實驗的科學性和可操作性。化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學對激發學生的學習興趣，幫助他們形成化學概念、鞏固化學知識、獲得化學技能，培養學生實事求是、嚴肅認真的科學態度，全面提高學生的科學素養具有非常重要的作用。筆者在教學過程中將部分實驗的操作加以改進和創新，收到良好的實驗教學效果。

1 對蠟燭及其燃燒的探究

教材第12頁：

（2）……分別取一個干燥的燒杯和一個用澄清的石灰水潤濕內壁的燒杯，先后罩在蠟燭火焰的上方，仔細觀察燒杯壁上分別有什么現象發生……

（3）熄滅蠟燭，觀察有什么現象發生？用火柴去點蠟燭剛熄滅時的白煙，如圖1-12（略）所示，蠟燭能否重新燃燒？

1.1 實驗分析

1）澄清的石灰水的有效成分為Ca(OH)2，Ca(OH)2在水中的溶解度是很小的（在20 ℃時的溶解度為0.17克），并且隨著溫度的升高而減少[從人教版九年級《化學》下冊37頁圖9-13（略）可以看出]。經過實際測量，用手拿著燒杯罩在火焰的上方感覺到燙手時，燒杯內的平均溫度為37 ℃，此時的溶解度為0.14克。而這0.14克Ca(OH)2是溶解在100克水中，所以，用來潤濕燒杯內壁的Ca(OH)2就很少了。

2）燒杯內的溫度逐漸升高，水分很快就蒸發了，Ca(OH)2就會析出來。Ca(OH)2和CO2反應生成CaCO3白色沉淀，最后得到的白色沉淀是Ca(OH)2和CaCO3固體的混合物，并不是全部是CaCO3固體。

3）筆者經過多次實際實驗，發現燒杯內壁的水分蒸發以后，根本觀察不到白色的粘附物，所以很難得出有CO2氣體生成的結論。

4）在實際教學中發現，要把蠟燭熄滅后產生的白煙點燃的操作難度較大，很多教師和學生很難做成功。其原因在于：①吹滅或扇滅時很多的白煙擴散開，火柴不容易點燃；②焰芯周圍的溫度低，達不到著火點，所以用火柴很難點燃。

1.2 實驗改進

1）取一個干燥的燒杯罩在火焰的上方，可以觀察到燒杯內壁有細小的水珠產生，由此證明蠟燭燃燒的產物中有水生成。

2）用一個集氣瓶罩在火焰的上方大約幾分鐘的時間（裝置見圖1），迅速用一塊干燥的玻璃片蓋在燒杯口上，將燒杯放在桌面上，將少量的澄清的石灰水倒在燒杯中，振蕩，可以觀察到澄清的石灰水變渾濁，由此可以證明蠟燭燃燒的產物中有CO2生成。

3）用一個酒精燈的燈帽蓋滅，迅速移開，用點燃的火柴接近白煙就可以把白煙點燃（裝置見圖2）。

圖1

圖2

2 探究吸入的空氣和呼出氣體中的水蒸氣的實驗

教材第16頁：

取兩塊干燥的玻璃片，對著其中的一塊呼氣，觀察玻璃片上水蒸氣的情況，并與另一塊放在空氣中的玻璃片作比較。

2.1 實驗設計的缺陷

1）實驗操作在開放體系中完成。

2）人體呼出的氣體接近于人的體溫，而按教學進度，開展本實驗的時間是9月份，9月份的氣溫低，玻璃片上的水珠是由于呼出的氣體中的水蒸氣發生液化現象所致。另外，冷而干燥的燒杯放在空氣中也可以產生這個現象。所以，本實驗的結論缺少說服力。在廣東、浙江、海南等9月份溫度高的地區做此實驗，效果不明顯，甚至觀察不到這個現象。因此，實驗的結論缺少說服力。

圖3

2.2 實驗器材

青霉素瓶（帶瓶塞）；少量冰渣；吸管。

2.3 實驗操作步驟

1）將青霉素瓶的瓶塞打開，其中的一只在空氣中靜置2分鐘，塞緊瓶塞。

2）用吸管對另外的一只瓶子內吹氣約2分鐘，迅速塞緊瓶塞。

3）將兩只瓶子浸沒在冰渣中約2分鐘，裝置見圖3。

4）取出瓶子，用吸水紙將瓶子的外壁擦干凈，可以觀察到對著吹氣的瓶子內壁附著的水珠比盛空氣的瓶子多。由此可以證明：人體呼出氣體中的水蒸氣比吸入的空氣中的水蒸氣多。

2.4 實驗改進的優點

1）實驗操作簡單，材料易得，實驗室僅需要提供少量的冰渣即可完成一個班的分組實驗。

2）空氣和呼出氣體分別被密封在兩只瓶子中，不受外界影響。

3）設置對比實驗裝置，實驗的結論更具有說服力。

3 空氣中氧氣含量的測定

3.1 測定方法的缺陷

1）實驗時都要在瓶外點燃紅磷，再伸入瓶中，燃著的紅磷放出的熱量使瓶內的空氣膨脹，有一部分空氣被排除了，增大了實驗的誤差。

2）瓶子上部的氧氣沒有反應完，進一步增大了實驗的誤差。

圖4

圖5

3）在點燃紅磷時產生的白煙污染了教室里的空氣，不利于師生的健康。

3.2 測定方法的改進

【方法1】裝置如圖4所示。取一只大的試管，將一只注射器的針頭倒穿過橡皮塞，針尖又插入橡皮塞中，然后塞緊橡皮塞，用紅色水性筆將試管平均分成五等分；實驗時取足量的白磷放入試管底部，塞緊橡皮塞；用試管夾夾住具支試管在熱水中加熱片刻，白磷即可燃燒，產生濃濃的白煙；待白磷熄滅并冷卻后，將試管倒置在水槽中，打開針尖上的橡皮塞，水在大氣壓強的作用下就會進入試管中，流進試管的水量十分接近試管容積的1/5。

【方法2】裝置如圖5所示。在一個廣口瓶中放入一塊銅片，并將瓶子平均分成五等分，在銅片上放一塊吸干的白磷，塞好橡皮塞，用止水夾將乳膠管夾緊；將瓶子放在熱水中加熱，可以觀察到白磷在瓶子中燃燒，產生濃濃的白煙；待瓶子完全冷卻后，打開止水夾，可以觀察到燒杯中的水進入到瓶子中。測得氧氣在空氣中的體積分數接近1/5。

【方法3】定量測定空氣中氧氣的含量。

1）器材：集氣瓶、燃燒匙、60毫升注射器、水、紅磷。

2）實驗步驟（實驗裝置見圖6）：

圖6

①事先量出集氣瓶的實際體積V1；

②先在注射器中抽取60毫升水，將針頭穿過橡皮塞；

③在燃燒匙中加入適量的紅磷，迅速插入集氣瓶中；

④將燃燒匙放在酒精燈上，將紅磷點燃，迅速伸入集氣瓶內，可以看到注射器中活塞慢慢往下移；

表1

⑤活塞停止時，記下此時的體積為V2，用V2/V1，就可以算出氧氣在空氣中的體積。實驗數據處理見表1。

3）實驗說明。

①燃燒匙接觸的面積小，有一小部分的氧氣是不能參加反應的。陜西師范大學的張貞、楊承印采用KY-2B型指針式控氧儀測得集氣瓶內剩余氧氣的平均含量為2.45%。也就是說，不管采用過量的白磷或紅磷，瓶內的氧氣始終無法反應完，最后得到的結論都是一個約數——21%。

②采用教材上的裝置，冷卻集氣瓶所需要的時間大約為20分鐘，對實驗教學有一定的影響。用改進裝置則可以觀察注射器的活塞“動態”的慢慢的下降的過程。通過注射器的示數變化來測定氧氣的含量。

【方法4】實驗裝置見圖7。

圖7

1）器材：鐵架臺（帶鐵夾）、U形管、橡皮塞、酒精燈、銅絲、火柴、水、白磷、鑷子。

2）實驗步驟。

①將銅絲錘扁成“勺”狀，穿過橡皮塞，在“勺”中放一粒白磷。

②在U形管中加適量的水，在一端留一段空氣柱，將橡皮塞塞入U形管，將空氣柱平均分成5等分，用紅色膠圈作標記。

③點燃酒精燈，加熱銅絲，可以觀察到白磷燃燒起來，產生大量的白煙，空氣柱中的水位逐漸上升，到達大約1/5處。

3.3 實驗改進的意義

1）具有科學性和可操作性，測得的氧氣的體積十分接近瓶子容積的1/5。

2）減少了在酒精燈上點燃和伸入瓶中等步驟，不會污染室內的空氣，有利于保護師生的健康，符合環保理念。

3）裝置的氣密更好，操作簡便，現象直觀明顯，在實驗教學中值得推廣。

圖8

圖9

4 硫在氧氣中燃燒

教材第34頁：

在燃燒匙里放少量的硫，加熱，直到發生燃燒，觀察硫在空氣中燃燒時發生的現象。然后把盛有燃著硫的燃燒匙伸進充滿氧氣的集氣瓶里，再觀察硫在氧氣里燃燒時發生的現象。比較硫在空氣里和在氧氣里燃燒有什么不同。（裝置見圖8）

4.1 實驗設計的缺陷

1）取用的硫粉質量大，產生的SO2多。

2）燃燒匙要遮擋部分火焰，影響實驗觀察的效果。

4.2 實驗改進的方法（裝置見圖9）

1）用玻璃棒代替燃燒匙。

2）先在集氣瓶中加入適量的氫氧化鈉溶液用來吸收產生的SO2氣體。用玻璃棒在酒精燈上加熱至發燙，蘸上少許的硫粉，可以觀察到硫粉在空氣中燃燒產生淡藍色的火焰；然后迅速伸入氧氣瓶中，可以觀察到產生藍紫色的火焰。

3）產生的SO2氣體用氫氧化鈉溶液吸收，避免污染室內空氣，保護師生的健康。

人民教育出版社出版的教材，是國家出版的主流教材，是很多地區高考和中考命題的主要依據。因此，更應該以一種開放的心態吸收當前實驗教學的優秀成果。