元素性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的微型化研究

黃運(yùn)瑞，李 錦

(南陽師范學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南 南陽 473061)

化學(xué)作為以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教育是實(shí)施全面化教育的有效形式[1-2]。實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)習(xí)者提供豐富的感性認(rèn)識，有助于學(xué)習(xí)者完成對化學(xué)由理論認(rèn)識到實(shí)踐認(rèn)識的轉(zhuǎn)變，從而更立體、更直接的獲取相關(guān)化學(xué)原理及其化學(xué)知識。與此同時，親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究操作，不僅對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力、觀察能力、思維能力和探究能力等的培養(yǎng)有極其重要的作用，也有益于其培養(yǎng)良好的科學(xué)素養(yǎng)、形成正確的價值觀。因此，實(shí)驗(yàn)對化學(xué)學(xué)習(xí)的重要性可見一斑。然凡事有利有弊。大量的實(shí)驗(yàn)自然會用到相當(dāng)多的化學(xué)試劑，稍不注意就會造成極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材中，有關(guān)元素性質(zhì)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)所選用試劑量較多，實(shí)驗(yàn)步驟也很難保證不違背綠色化學(xué)思想。因此，想辦法在不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前提下節(jié)省試劑格外重要。而微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)興起于20世紀(jì)80年代，美籍華裔化學(xué)家馬祖圣曾對微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)這樣定義：“微型化實(shí)驗(yàn)是以盡可能少的試劑，獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)”。作為一種新興的技術(shù)和方法，在減少實(shí)驗(yàn)試劑用量、降低試驗(yàn)費(fèi)用、減少污染、提高實(shí)驗(yàn)安排的靈活性和實(shí)驗(yàn)室的利用率、提高學(xué)生的動手能力和培養(yǎng)認(rèn)真細(xì)致的科學(xué)作風(fēng)等方面均具有顯著的效果[3-7]。而且隨著試劑用量的減少，燃燒、爆炸、中毒等事故隱患可以部分消除，為操作的安全提供了有力的保障[8]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器

點(diǎn)滴板，膠頭滴管，玻璃棒等。

1.2 主要藥品試劑

碘化鉀、硫酸等均為分析純試劑。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過程

參照高等教育出版社出版的《無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》(第四版)教材，主要包含以下實(shí)驗(yàn)改進(jìn)內(nèi)容：

(1) P區(qū)非金屬元素、主族金屬元素、ds區(qū)金屬性質(zhì)實(shí)驗(yàn)；

(2)鉻、錳及其化合物的性質(zhì)研究。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

表1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)前后實(shí)際用量的對比

表1(續(xù))

參照教材，在基本不影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的前提下，根據(jù)常規(guī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改用微型化實(shí)驗(yàn)儀器，用點(diǎn)滴板代替試管，精確控制各個試劑的濃度及用量，實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備精準(zhǔn)量化，通過實(shí)驗(yàn)探索，比較常規(guī)實(shí)驗(yàn)與微型化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。具體試劑用量變化見表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)行微型化后，試劑用量減少，用量控制更方便，反應(yīng)時間也相應(yīng)縮短。可以減少試管使用，同時減少污物，這樣不僅節(jié)約試劑用量，而且從源頭上減少了污染。例如：

(1)常見陽離子的鑒定實(shí)驗(yàn)及主族金屬的性質(zhì)研究實(shí)驗(yàn)中，將所需用到的化合物的量均降低到原來的1/20，大大節(jié)省了資源。而且對比常規(guī)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果不受影響。倘若所有的類似實(shí)驗(yàn)均采用微型化處理，所節(jié)省的能源必定相當(dāng)可觀。

(2)ds區(qū)金屬的性質(zhì)研究中，采用微型化試驗(yàn)后，常用試劑

和用量較大的試劑節(jié)省最多。 鋅、鎘、汞的硫化物在酸性溶液中的溶解性越來越弱，尤其是硫化汞就算是在王水中也必須通過水浴加熱才能溶解。減少試劑用量后，沉淀量減少，自然溶解所產(chǎn)生沉淀所用的時間也相應(yīng)減少。

(3)探究鉻、錳及其化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)所涉及的重金屬離子超過一定濃度時，都對人體有極大的損害，也可能引起中毒。而進(jìn)行微型化實(shí)驗(yàn)后，不但減少了試劑用量，而且有效地降低了師生中毒的可能性，此外還有利于試驗(yàn)環(huán)境的改善。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)微型化后，在所需試劑的最低限度內(nèi)對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，并不會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。借助點(diǎn)滴板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也較常規(guī)實(shí)驗(yàn)明顯。可以用少量多份的方法在同一個點(diǎn)滴板上做相關(guān)試驗(yàn)的對比，避免了實(shí)驗(yàn)過程中沉淀分成幾份的麻煩，實(shí)驗(yàn)效率得到了極大的提高。所用試劑量的減少，減少了資源浪費(fèi)，也減少了污染。

綜上所述，相對于常規(guī)實(shí)驗(yàn)，微型實(shí)驗(yàn)更具優(yōu)勢。因此，推廣微型實(shí)驗(yàn)是不可抗拒的潮流。

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