改進化學實驗設計 提高課堂教學效率
——高中化學中“濃度對草酸溶液和高錳酸鉀溶液反應速率的影響”實驗改進探究

程 潔

（江蘇省宜興市丁蜀高級中學，江蘇宜興 214200）

一、“濃度對草酸溶液和高錳酸鉀溶液反應速率的影響”實驗存在的問題

為了讓學生體會化學反應中反應速率的相關影響因素，理清反應物濃度和催化劑等因素對化學反應的影響，在教學中經常利用草酸和高錳酸鉀溶液的反應實驗來輔助學生探究。

該實驗主要利用的實驗原理如下：

5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4=10CO2↑+2MnSO4+8H2O

在原有實驗中，教師選取A、B兩支大小相同的試管，并將4 ml濃度為0.01 mol/L的KMnO4分別加入A、B兩支試管當中，然后，將2 ml濃度為0.1 mol/L的H2C2O4溶液加入試管A中，觀察實驗現象，并將混合溶液褪色的時間記錄下來。然后，將2 ml濃度為0.2 mol/L的H2C2O4溶液加入試管B中，觀察實驗現象，并將混合溶液褪色的時間記錄下來。通過實驗操作我們會發現，在向裝有濃度為0.01 mol/L的KMnO4的A、B兩個試管中加入濃度不同的H2C2O4后，在起初的一段時間內，A、B兩支試管并沒有明顯的實驗現象，一段時間后，兩支試管中溶液的顏色開始逐漸褪去，并且裝有0.2 mol/L的H2C2O4溶液的B試管褪色的時間比裝有0.1 mol/L的H2C2O4溶液的A試管褪色的時間要短[2]。

詳細情況如下：在試管A中加入0.1 mol/L的H2C2O4溶液后，經過8分38秒后溶液顏色開始發生變化，經過15分28秒后溶液顏色褪成黃色。在試管B中加入0.2 mol/L的H2C2O4溶液后，經過20分16秒后溶液顏色開始發生變化，經過26分01秒后溶液顏色褪成黃色。高中階段的化學課一節課時間是45分鐘，如果在課上單做這一個實驗就耗費了26分鐘，效率較低，并不符合高效的化學課堂教學要求。

二、“濃度對草酸溶液和高錳酸鉀溶液反應速率的影響”實驗改進探究

為了提高“濃度對草酸溶液和高錳酸鉀溶液反應速率的影響”實驗的課堂操作性，我們可以圍繞以下幾個方面來進行實驗改進。第一點，實驗中不同濃度的H2C2O4與相同濃度的KMnO4反應，觀察到實驗現象的時間要有明顯的不同。第二點，為了減少實驗占據的時間，整個反應過程的時間控制在3分鐘之內。第三，混合溶液在一定時間內不能褪色。

實驗改進方案一：減小KMnO4的濃度，由原來的0.01 mol/L的濃度變為0.002 mol/L的濃度，觀察實驗現象并記錄實驗時間。在試管A中加入0.1 mol/L的H2C2O4溶液后，經過15分01秒后溶液顏色開始發生變化，經過22分11秒后溶液顏色褪成黃色。在試管B中加入0.2 mol/L的H2C2O4溶液后，經過20分19秒后溶液顏色開始發生變化，經過30分03秒后溶液顏色褪成黃色。整個反應時間未能明顯縮短，并不適合課堂上來操作。

實驗改進方案二：減少試管中KMnO4的體積，由原來的4 ml減少為2 ml，其他因素不變。在試管A中加入0.1 mol/L的H2C2O4溶液后，經過13分02秒后溶液顏色開始發生變化，經過15分22秒后溶液顏色褪成黃色。在試管B中加入0.2 mol/L的H2C2O4溶液后，經過20分13秒后溶液顏色開始發生變化，經過22分11秒后溶液顏色褪成黃色。該方案與方案一的實驗時間有明顯不同，但是耗費時間依然較長。

實驗改進方案三：增大H2C2O4的濃度，由原來的0.1 mol/L和0.2 mol/L增加至0.5 mol/L和1.0 mol/L，觀察實驗現象并記錄實驗時間。在試管A中加入0.5 mol/L的H2C2O4溶液后，經過2分13秒后溶液顏色開始發生變化，經過3分02秒后溶液顏色褪成黃色。在試管B中加入1.0 mol/L的H2C2O4溶液后，經過3分48秒后溶液顏色開始發生變化，經過6分21秒后溶液顏色褪成黃色。增大H2C2O4的濃度后，整個實驗的反應時間明顯縮短，基本上7分鐘內能夠完成，但是相對于45分鐘的課堂教學時間而言，該實驗時間還需要進一步縮短。

實驗改進方案四：增大H2C2O4的濃度，由原來的0.1 mol/L和0.2 mol/L增加至0.5 mol/L和1.0 mol/L；同時，減少試管中KMnO4的容量，由原來的4 ml減少為2 ml，觀察實驗現象并記錄實驗結果。分別向裝有1 ml KMnO4的試管A、B中分別加入0.5 mol/L和1.0 mol/L的H2C2O4溶液。其中，試管A加入1.0 mol/L的H2C2O4溶液后，經過1分17秒后溶液顏色開始發生變化，經過1分54秒后溶液顏色褪成黃色。試管B中加入1.0 mol/L的H2C2O4溶液后，經過2分08秒后溶液顏色開始發生變化，經過2分50秒后溶液顏色褪成黃色。整個實驗提高了H2C2O4的濃度，增加了單位體積內分子的數目，縮短了褪色時間，并且減少了KMnO4的使用量，很適合課上演示。

實驗改進方案五：增大H2C2O4的濃度，由原來的0.1 mol/L和0.2 mol/L增加至0.5 mol/L和1.0 mol/L，并將濃度為0.01 mol/L的KMnO44 ml減少為1 ml，觀察實驗現象并記錄實驗時間。在試管A中加入0.5 mol/L的H2C2O4溶液后，經過2分06秒后溶液顏色開始發生變化，經過2分50秒后溶液顏色褪成黃色。在試管B中加入1.0 mol/L的H2C2O4溶液后，經過1分16秒后溶液顏色開始發生變化，經過1分54秒后溶液顏色褪成黃色。整個實驗反應過程耗費的時間明顯縮短，減少了化學課堂教學中做實驗占據的時間，提高了課堂教學時間的利用率。

實驗改進方案六：增大H2C2O4的濃度，由原來的0.1 mol/L和0.2 mol/L增加至0.5 mol/L和1.0 mol/L,同時，減少KMnO4的濃度，由原來的0.01 mol/L的濃度變為0.002 mol/L的濃度，觀察實驗現象并記錄實驗結果。向裝有4 ml濃度為0.002 mol/L KMnO4的試管A、B中分別加入2 ml濃度為0.5 mol/L和1.0 mol/L的H2C2O4。其中，A試管中7分44秒時開始出現顏色變化，到12分32秒時褪成黃色，B試管中3分24秒時開始出現顏色變化，到5分32秒時褪成黃色。整個實驗提高了H2C2O4的濃度，增加了單位體積內的分子數目，褪色反應時間有所減少，但是時間還是較長，并不適合課上的演示。

三、“濃度對草酸溶液和高錳酸鉀溶液反應速率的影響”實驗改進結果

通過“濃度對草酸溶液和高錳酸鉀溶液反應速率的影響”實驗改進探究發現，方案五不僅能夠縮短實驗時間，提高課堂教學效率，還將化學藥品的使用量降到了最低，體現了綠色化學的理念，既適合教師的課堂教學演示，也適合學生的操作實驗。

[1] 楊明生,關強.中學化學實驗教學研究的現狀分析報告[J].化學教育,2012,(01):57.

[2] 李素榮.新課程下高中化學實驗教學存在的問題與解決策略[J].遼寧師專學報,2010,(09):11-12.