高中化學演示實驗的改進

杜曾

【內容摘要】化學是一門以實驗為基礎的自然學科，演示實驗作為直觀的教學方式，對提高學生的相關知識，培養(yǎng)學生的學習興趣，提高學生的主觀能動性有著十分重要的意義。本文主要對《酚醛樹脂的制備及性質》的演示實驗進行了相應的改進，體現了化學實驗的探究性、綠色化的一些理念，增強實驗對學生的教學意義。

【關鍵詞】高中化學 酚醛樹脂 實驗改進

化學是一門以實驗為基礎的自然學科，最直觀、最有效的化學教學手段之一。《普通高中化學課程標準（2017年版）》中，明確指出：“化學實驗對于全面發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)有著極為重要的作用。有助于激發(fā)學生學習化學的興趣，創(chuàng)設生動活潑的教學情境，幫助學生理解和掌握化學知識和技能，啟迪學生的科學思維，訓練學生的科學方法，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和價值觀。”[1]

一、問題提出

室溫下，甲醛是一種氣體，其水溶液的揮發(fā)性較強。按照課本中的方法制酚醛樹脂，在給混合液體開始加熱到發(fā)生反應的這段時間內，甲醛的揮發(fā)性隨著溫度的升高而增強。而玻璃導管的冷凝效果有限，導致甲醛氣體在實驗室中，若課堂上同時開展多個實驗，對師生的身體健康造成一定的影響，個別時候達到難以忍受的地步。可以通過對實驗裝置的進行相應改進，方便對高中學生的演示實驗的開展。

二、研究現狀

有教師通過實驗，改進了酚醛樹脂制備實驗的條件和方法，同時采用FeCl3、AlCl3、NH4Cl等作為催化劑，并用它們可制得不同顏色樹脂。如果將其應用在課堂教學中，也可一定程度的提高學生的學習興趣。也有教師將反應器由大試管換成60 mL廣口瓶，對反應容器進行了一定的改進。由于酚醛樹脂作為聚合物，從試管中取出較為困難，因此也有許多文獻對酚醛樹脂的取出方法做了相應的改進。陸燕海，姚紅英[2]通過進行探究，篩選出了較優(yōu)的實驗條件，顯著縮短了制備時間，提高了實驗成功率。本文改進教材中實驗裝置的不足之處，使得實驗現象更明顯，更加安全、環(huán)保。如果需要進一步引導學生對反應的最佳條件進行探究，也可以采用本裝置對實驗條件進行優(yōu)化，幫助學生形成嚴謹的科學態(tài)度。

三、實驗設計

1.實驗類型：演示實驗

2.實驗儀器及試劑。

（1）實驗儀器：三頸燒瓶、球形冷凝管、量筒、恒壓滴液漏斗、燒杯、水浴鍋、溫度計、三角漏斗；（2）實驗試劑：苯酚、甲醛（40%）、濃鹽酸（37%）、乙醇、高錳酸鉀溶液。

3.實驗裝置

四、實驗步驟及現象

1.苯酚的取用

苯酚是一種具有特殊氣味的無色針狀晶體，有毒，是生產某些樹脂、殺菌劑、防腐劑以及藥物（如阿司匹林）的重要原料。熔點43℃，常溫下微溶于水，易溶于有機溶劑；當溫度高于65℃時，能跟水以任意比例互溶。對于苯酚的取用，通常是現將其加熱溶解，但此種方法反復操作時比較繁瑣，且對實驗人員容易造成傷害。本文采用田宗學[3]介紹的方法。先將裝有苯酚的試劑瓶水浴加熱，再將液態(tài)的苯酚轉移到潔凈的塑料瓶中，并及時蓋好瓶蓋，側著塑料瓶慢慢不斷旋轉，使瓶內液態(tài)苯酚在塑料瓶壁上重新變?yōu)楣虘B(tài)。再將盛有苯酚的塑料瓶擠捏數次，使苯酚固體脫落，將苯酚固體呈細小顆粒或粉末狀，放入棕色試劑瓶中待用。

2.操作步驟

（1）按圖1組裝好實驗裝置。

（2）向三頸燒瓶中加入20 g苯酚和3 mL濃鹽酸，并開始攪拌。

（3）向恒壓滴液漏斗中加入30 mL質量分數為40%的甲醛溶液，待水浴溫度升至60℃至70℃時逐滴加入。

（4）水浴加熱，保持60℃至70℃。當有酚醛樹脂生成時，冷卻至室溫，并用玻璃棒攪拌。

（5）加入30mL乙醇溶液，加熱，觀察酚醛樹脂是否溶解。

五、實驗原理及特點

1.實驗原理

教材中的方法為“一鍋法”，將反應物全部置于試管中。改進的方法為：先將苯酚晶體與濃鹽酸置于三頸燒瓶中混合均勻，再在加熱的條件下，將甲醛溶液逐滴加入到混合液中，并攪拌加熱一定時間。當有乳白色膠狀物生成時，說明已經反應充分。

本方法中用恒壓滴液漏斗將甲醛逐滴加入，目的在于使甲醛主要以參加反應為主、揮發(fā)為輔，先形成低聚物，再加熱即轉變成高聚物。減少試劑在取用過程中的揮發(fā)，反應效果較好。并將可能逸出的甲醛氣體用高錳酸鉀溶液吸收，防止污染環(huán)境。

2.實驗特點

教材中的方法：采用大試管作為反應器，反應的空間有限，雖然已經采用水浴加熱，有時仍會有暴沸現象，容易產生危險。玻璃導管作為連通大氣和冷凝回流的裝置，效果有限，容易有甲醛氣體逸出，若多組學生同時進行酚醛樹脂的制備實驗時，甲醛在室內達到一定濃度時，對皮膚黏膜的刺激作用。

改進后的裝置：采用三頸燒瓶作為反應容器，并配有磁力攪拌器進行攪拌，甲醛溶液逐滴加入，使得反應更充分。用溫度計實時監(jiān)控反應溫度，便于后期對反映條件進行優(yōu)化。采用球形冷凝管進行冷凝回流，冷凝效果更好。用酸性高錳酸鉀溶液吸收可能逸出的甲醛氣體，防止污染環(huán)境，體現綠色化學的思想。相對于教材中的裝置，實驗現象更為明顯。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版） [S].北京：人民教育出版社，2018（1）.

[2]陸燕海，姚紅英.對酚醛樹脂合成實驗的若干補正[J].化學教學，2015，No.343（10）：49-52.

[3]田宗學.苯酚的取用技巧[J]. 化學教學，2002，（11）：10.

（作者單位：珠海市第二中學）