用實驗解決化學問題 讓意外生成價值

杭偉華

摘要：從課堂教學中Fe2+與Fe3+相互轉化的實驗所遇到的意外出發展開實驗探究。探究中注重實驗方案的設計與能力的培養，巧妙借助新型實驗手段——數字化實驗突破實驗教學的難點，發現Fe2+與Fe3+的轉化可用H2O2作氧化劑，但要注意量的控制，從而進一步理解認識到氧化還原反應的一些轉化規律。

關鍵詞：課堂意外；實驗探究；數字化實驗；Fe2+與Fe3+轉化

文章編號：1005–6629（2016）6–0046–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

在真實的化學課堂上，特別是在實驗教學中，常會遇到意外，比如演示實驗沒有出現預期的現象。面對意外，我們應該怎么辦？這或許是每一位化學教師日常教學中都會遇到的問題。

著名化學家傅鷹先生曾經說過：“化學是實驗的科學，只有實驗才是最高法庭”、“不做研究就只能達到似懂而不可能達到真懂的地步”。在化學教學中，筆者謹記傅老的教導，堅持用實驗研究去解決化學問題。

1 問題的提出

江蘇教育出版社出版的《普通高中課程標準實驗教科書·化學1》專題3第二單元“鐵、銅的獲取與應用”的教學中，筆者安排了關于Fe2+與Fe3+相互轉化的實驗。取2mL 0.1 mol/L FeSO4溶液，向其中滴加2滴0.5 mol/L KSCN溶液，再加入2滴5% H2O2溶液，觀察實驗現象。對于該實驗，筆者預設的現象是出現血紅色，然而卻出現了意外：在分組實驗中，有些小組觀察到溶液出現了血紅色；有些小組觀察到溶液出現血紅色但又馬上褪去；有些小組實驗中觀察到有氣泡生成。

一石激起千層浪，學生紛紛被意外現象所吸引，都在討論出現意外現象的原因。面對這樣的場景，作為教師，應該怎么辦呢？

教材安排此實驗的目的是要求學生通過實驗掌握Fe2+與Fe3+的不同性質，特別是Fe3+遇KSCN溶液顯血紅色的特性、Fe2+的還原性，進而深入理解氧化還原反應原理，但學生分組實驗中的意外現象打破了原有的預設。對于這樣的意外，筆者沒有置之不理，而是及時抓住了“意外”，設計了探究活動，使其產生了更大的教學價值。

2 實驗探究

2.1 探究血紅色褪去的原因

提出問題：為什么有些組加入H2O2溶液后血紅色出現又褪去，有些組血紅色不褪呢？

猜想假設：學生討論發現，不同現象是由H2O2溶液的用量造成的，加3滴以上5% H2O2溶液的小組在實驗中均看到“血紅色出現又褪去”的現象。基于此，學生提出了如下假設，假設1：H2O2與SCN-發生反應；假設2：H2O2與Fe3+發生反應；假設3：H2O2與SCN-、Fe3+均發生反應。

實驗方案：將血紅色褪去的溶液平均分成兩份于兩支試管中，試管編號為①號、②號。往①號試管滴加2滴0.5 mol·L-1 KSCN溶液，往②號試管滴加2滴0.1 mol·L-1 Fe2（SO4）3溶液，觀察現象。

實驗現象：①號試管出現血紅色，②號試管無明顯變化。

實驗結論：1. H2O2與SCN-發生反應，從而使血紅色褪去；2. Fe2+優先與H2O2反應；3.不同組的不同現象是由H2O2的量不同引起的。

2.2 探究H2O2與SCN-反應的原理

提出問題：引導學生根據SCN-中硫元素的價態，預測SCN-的性質，分析H2O2溶液與SCN-發生反應的原理，并設計實驗證明。

實驗方案：

（1）取2mL 5% H2O2與2mL 0.5 mol·L-1 KSCN混合液于1號試管，觀察是否產生淡黃色渾濁。

（2）取2mL 5% H2O2與2mL 0.5 mol·L-1 KSCN混合液于2號試管，借助數字化實驗儀器，利用二氧化硫傳感器檢測（考慮到SO2的生成量很少，常規實驗手段無法檢測）。

（3）取2mL 5% H2O2與2mL 0.5 mol·L-1 KSCN混合液于3號試管，滴加少許BaCl2溶液，觀察是否有白色渾濁。

實驗現象：1號試管未出現淡黃色渾濁；2號試管檢測到SO2的生成（見圖1）；3號試管出現了白色渾濁。

2.3 探究生成氣體的成分

提出問題：Fe2+與Fe3+轉化實驗中的部分小組同學觀察到的氣體到底是什么呢？請結合初中化學知識對H2O2的性質作認識思考，并設計實驗證明所預測的產物。

實驗方案：

分別取5mL 5%的H2O2溶液于兩支試管，編號為1號、2號。往1號試管中滴加3滴0.3 mol·L-1 K2SO4溶液，往2號試管中滴加3滴0.1 mol·L-1 Fe2（SO4）3溶液，利用氧氣傳感器檢測（考慮到所產生O2的濃度不大，借用數字化實驗儀器O2傳感器檢測）。

實驗現象：1號試管未檢測到新產生的O2（見圖2）；2號試管檢測到新產生的O2（見圖3）。

實驗結論：Fe3+能催化H2O2的分解，所產生的氣體中有O2。

2.4 補充探究

學生課后在“探究H2O2與SCN-反應的原理”的實驗1號試管中意外地發現了淡黃色渾濁。淡黃色渾濁是怎么生成的，是SCN-被H2O2氧化所致，還是SCN-被空氣中氧氣氧化所致呢？學生補充了一個探究實驗：取2mL 0.5 mol·L-1 KSCN于試管中，敞口放置相同的時間，觀察現象。結果是未出現渾濁，說明淡黃色渾濁是SCN-被H2O2氧化生成S所致。

3 探究的價值

筆者認為本課的4組探究不僅解釋了意外現象，更是產生了一定的教學價值。

（1）知識方面：理解了Fe2+與Fe3+的轉化可用H2O2作氧化劑，但要注意量的控制；認識到氧化還原反應的優先轉化規律。

（2）方法方面：學會了控制變量和對比研究的實驗方法；掌握了實驗研究的基本流程：提出問題——猜想假設——實驗探究——結論與解釋。

（3）情感方面：培養了學生的研究意識，引導學生用實驗分析意外現象，解決化學問題；感受到先進實驗手段在化學學習中的應用。

最后，借用傅鷹先生的話與各位同行共勉：提出一個機理來解釋一種現象并不困難，困難的是如何以實驗證明它是正確的，而且是唯一正確的。

參考文獻：

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