中學化學演示實驗的改進與創新

丁旭

摘 ?要：化學演示實驗在化學教育中有著舉足輕重的地位，在一定程度上決定著化學教育的質量。但由于實驗效果、應試教育等各種因素的影響，化學演示實驗難以開展。本文在實驗改進的原則下對“鋁熱反應”實驗進行探究與優化，使化學演示實驗的功能與地位能夠得以發揮。

關鍵詞：化學演示實驗;原理方法

1.教材實驗分析

教材中的方法是：把兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起，取出內層濾紙，在其底部剪一小孔后用水潤濕，再套回原處，并架在鐵圈上（如圖4-1-1所示），下面放置一盛沙子的蒸發皿。將5g干燥的氧化鐵粉末和2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，在混合物上面加少量氯酸鉀固體，中同插一根用砂紙打磨過的鎂帶。用燃著的小木條點燃鎂帶。

實驗準備時發現：

（1）鎂條不易點燃，或燃燒后放出的熱量少無法引燃鋁熱劑，導致實驗成功率較低。并且鎂條點燃后立即產生耀眼白光，留給老師的安全距離時間太少。

（2）鋁熱劑比例5：2過高，燃燒時火星飛濺較遠，存在不安全因素。

（3）濾紙漏斗遮擋住了內部的反應，且易被引燃，導致學生只能看到“一團火” 的表面現象。

（4）鐵球下落致其略帶銹色而非銀白色，沒有紅熱鐵水。

（5）大量白煙直接排放在空氣之中，對環境有污染。

2.實驗研究現狀

人教版、魯科版、蘇教版等各個教材中都有涉及到有鋁熱反應，但是每個版本里的實驗設計都較為簡易，歷來就有許多研究者對“鋁熱反應”進行優化與創新。

（1）裝置的改進：但世輝[28]等人提出如圖2的實驗設計，將整個反應裝置盛放于廣口瓶中，并在廣口瓶的上方套一個小氣球用于吸收產生的有污染的氣體;李妍[29]等人提出如圖4-3的實驗設計，將整個實驗在一個塑料透明盒里進行，用粉筆的凹槽代替紙漏漏斗。

這類裝置看起來可以防止產生的風塵等污染物排放在空氣中，但是實際上這些裝置的體積過小，對試劑的用量必須要少量。如果鋁熱劑用量過多，產生的光化學污染就會充滿整個裝置，阻礙現象的觀察。如果鋁熱劑用量過小，產生的熱量不足以引發反應繼續進行。看似能夠解決污染問題，實際上并未從根本上消除污染，當停止實驗打開裝置，污染物就彌漫在整個實驗室。

王屹[30]提出用如圖4的裝置b型熔點測定管代替漏斗進行反應。利于學生對鋁熱反應現象的觀察。但是實際上，b型熔點管測定受熱最高溫度是1200—1300度，而鋁熱反應的溫度是1400度以上，所以在進行實驗時b型熔點管會受熱從支管口出裂開。且支管口管徑過小，反應時通氧量不足，鋁熱劑反應不充分。

引燃方式的改進：在王屹、但世輝等人的實驗改進中提出用高錳酸鉀和熱甘油反應代替鎂條，雖然減少了鎂條的光化學污染，但是高錳酸鉀和熱甘油反應會產生大量的白煙，也是一種污染。龍占利[31]曾提出可以用火柴頭和氯酸鉀或是氯酸鉀、蔗糖、濃硫酸進行引燃。其中蔗糖和濃硫酸反應，在高溫下蔗糖會融化并糊在鋁熱劑上，阻止鋁熱劑繼續反應。

3實驗創新要求/改進要點

在教材實驗中，鋁熱反應中的鎂條不易點燃，點燃后產生刺眼白光存在大量光污染;鐵球的掉入蒸發皿為飛濺式，下落時間和位置不可控學生操作時有一定安全隱患;反應結束后，產生大量白煙未進行處理，對環境造成污染。為此我和我的學生研究并改進了實驗，使用易拉罐和太空沙在亞克力箱子中進行，產生的白煙利用膠體電泳除去。使實驗簡單可控﹑現象明顯并且更加環保，是可推廣的實驗操作。

4實驗原理和方法

（1）往自制易拉罐漏斗里添加太空沙成中空圓形，中空部分加入氧化鐵和鋁粉，鋁熱劑添加完成后，放入用乙醇浸泡過的粉筆和一小節煙花棒后把整個漏斗放在鐵三角加上，漏斗下放一個蒸發皿。

（2）把自制的亞克力箱子放在整個裝置之上，讓反應在箱子里發生。箱子上端先放置一層包裹著活性炭的棉布，然后是用濃鹽酸浸泡的海綿，最后是靜電除塵裝置;

（3）用點火器點燃粉筆，開始反應，打開靜電除塵裝置，完成實驗;

參考文獻

[1] ?許文皓. 滬教版初中化學幾個重要演示實驗的改進研究[D].東華理工大學，2018.

[2] ?趙瑞雪，倪剛.淺談基于手機輔助的PBL模式在中學化學教學中的應用——以“酸堿鹽在水中的電離”為例[J].中國教育技術裝備，2019（07）：121-122