重視操作細(xì)節(jié) 提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量

陳舉飛

（綿陽普明中學(xué) 四川 綿陽 621000）

影響化學(xué)實(shí)驗(yàn)的因素很多，很多實(shí)驗(yàn)因反應(yīng)條件、藥品多少等不同而實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象迥異。還有一些實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)原理、使用儀器、實(shí)驗(yàn)條件、藥品用量和添加順序等都一樣，僅僅因?qū)嶒?yàn)操作上的一些細(xì)節(jié)有所不同，導(dǎo)致最終的實(shí)驗(yàn)效果大不一樣。因此，教師在實(shí)驗(yàn)中要重視操作細(xì)節(jié)，以提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。

一、細(xì)化優(yōu)化操作細(xì)節(jié) 提高實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量

鐵的吸氧腐蝕實(shí)驗(yàn)是選修4的一個重要實(shí)驗(yàn)，教材提示的實(shí)驗(yàn)操作是：將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下，放入圖4-17所示的具支試管中。幾分鐘后，觀察導(dǎo)管中水柱的變化，思考引起變化的原因。［1］

教材的操作提示非常簡潔，給老師們留下了很大的“自由發(fā)揮”空間。于是出現(xiàn)了不同的老師或者同一位老師在不同時間完成這個實(shí)驗(yàn)時，實(shí)驗(yàn)效果差異很大的情況。

要想實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較高的可重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)條件就要盡量精確可控，具體需要明確的是：（1）清洗鐵釘表面的鐵銹選什么酸？酸的濃度為多少？（2）鐵釘表面殘留的酸液是否需要清洗？（3）飽和食鹽水的pH為多大？這些因素都會影響鐵釘表面溶液的酸性強(qiáng)弱，最終影響鐵的腐蝕類型和腐蝕速率。

實(shí)驗(yàn)探究表明：先選5mol/L鹽酸清洗鐵釘表面的鐵銹，隨即用蒸餾水清洗鐵釘表面的殘余酸液，再用pH約為4的鹽酸酸化的飽和食鹽水浸泡鐵釘，最后將鐵釘放入具支試管，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。是完成這個實(shí)驗(yàn)比較適宜的條件。

但實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：按上述實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還是不夠穩(wěn)定，玻璃導(dǎo)管中的液面上升速度時快時慢，鐵釘表面生成鐵銹的量時多時少。這是為什么呢？

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有兩個操作細(xì)節(jié)對實(shí)驗(yàn)效果有很大的影響：（1）鐵釘在pH約為4的飽和食鹽水中要浸泡多長的時間？（2）從飽和食鹽水中取出的鐵釘表面的殘留液體要不要清洗？

通常我們會認(rèn)為，鐵釘在pH約為4的飽和食鹽水中浸泡的時間長短對實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會有影響，或者覺得，浸泡時間越長，飽和食鹽水在鐵釘表面附著越好，實(shí)驗(yàn)效果會更好。實(shí)際卻是：鐵釘在飽和食鹽水中浸泡的時間過長，玻璃導(dǎo)管中液面上升的速度反而變慢，鐵釘表面也不容易看見明顯的鐵銹。這是因?yàn)殍F釘在飽和食鹽水中浸泡時，會與溶解在飽和食鹽水中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，［2］鐵釘從飽和食鹽水中取出后，與空氣中氧氣的反應(yīng)反而減弱，導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象不明顯。關(guān)于這一點(diǎn)，教材中的操作提示是有暗示的：“將經(jīng)過酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下”。仔細(xì)體會“浸泡一下”，就是暗示我們：鐵釘在飽和食鹽水中浸泡的時間要短一些。實(shí)際操作時，鐵釘在pH約為4的飽和食鹽水中浸泡的時間要盡量短一些，大約3s為宜。

鐵釘表面殘余液體的處理問題，一樣出人意料。從理論上講，鐵釘表面殘留的飽和食鹽水越多，對原電池反應(yīng)越有利，鐵釘腐蝕的速率越快。實(shí)際情況卻是：鐵釘表面殘留液體較多時，鐵釘腐蝕的速率反而減慢。這是因?yàn)椋鸿F釘表面的殘留液體會阻礙鐵釘與空氣接觸。于是出現(xiàn)鐵釘表面殘留液體較多時，玻璃導(dǎo)管中液面上升的速率變慢，鐵釘生銹也不明顯。反之，鐵釘表面殘留液體減少，鐵釘與空氣接觸更充分，鐵釘腐蝕的速率反而加快。所以，將鐵釘從pH約為4的飽和食鹽水中取出后，要用濾紙吸干鐵釘表面殘余的飽和食鹽水，然后迅速將鐵釘放入具支試管中，連接好儀器，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這樣的實(shí)驗(yàn)效果相對最好。

所以，教師在實(shí)驗(yàn)研究中，不僅要重視優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，還要注意優(yōu)化操作細(xì)節(jié)，才能取得良好的實(shí)驗(yàn)效果，提高實(shí)驗(yàn)完成的質(zhì)量。

還有一些實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)操作方法的選擇上隱藏著學(xué)生容易忽視的信息。這時我們老師就要有意識地引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、認(rèn)真思考、深入探究，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的作用。

二、理解操作意圖 充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)功能

從海帶中提取單質(zhì)碘是必修2的一個典型實(shí)驗(yàn)。教科書上提示的實(shí)驗(yàn)操作是：取干海帶刷凈、剪碎，放在坩堝中焙燒，使海帶完全灰化；將海帶灰轉(zhuǎn)移到燒杯中，加入一定量蒸餾水，充分?jǐn)嚢瑁^濾得濾液；往濾液里加硫酸溶液酸化，再加入雙氧水，溶液由無色變成棕黃色；取少許上述溶液，滴入幾滴淀粉溶液，發(fā)現(xiàn)淀粉溶液變成藍(lán)色，即可檢驗(yàn)出碘單質(zhì)；向剩余的濾液中加入四氯化碳溶液進(jìn)行萃取。［3］

學(xué)生按照教材的提示進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)過程順利流暢，實(shí)驗(yàn)結(jié)果水到渠成。大都覺得自己的實(shí)驗(yàn)完成得很好，成功提取了海帶中含有的碘。但很少有同學(xué)能提出自己的困惑，表明他們?nèi)狈?shí)驗(yàn)的深入思考，沒能充分發(fā)揮這個實(shí)驗(yàn)的作用。

這時，老師要通過精心設(shè)計(jì)的問題，去引導(dǎo)學(xué)生思考。

問題1：海帶中的碘元素是以什么形式存在的？

學(xué)生的第一反應(yīng)是：這還需要問嗎？海帶中的碘元素當(dāng)然是以I-的形式存在的，因?yàn)橥鶠V液中加入過氧化氫后有碘單質(zhì)生成，說明濾液中含有I-。

老師繼續(xù)引導(dǎo)。

問題2：濾液中有I-，就一定是海帶中有I-嗎？

學(xué)生意識到：雖然濾液中有I-，但不能說明海帶中含有I-，因?yàn)樽茻腔瘜W(xué)變化。怎樣才能證明海帶中有I-呢？學(xué)生提出采用浸泡的方法處理海帶，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無變化。用蒸餾水浸泡海帶，取浸泡液，加硫酸溶液酸化、再加雙氧水、滴入淀粉溶液，發(fā)現(xiàn)溶液仍然變藍(lán)色，說明海帶中含有I-。學(xué)生暗自得意，其實(shí)學(xué)生的思維還是不夠嚴(yán)謹(jǐn)。

問題3：海帶中含有I-，就能說“海帶中的碘元素是以I-的形式存在”的嗎？

學(xué)生深入思考之后，發(fā)現(xiàn)二者確有不同，教師引導(dǎo)他們設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，作進(jìn)一步的探究。

稱取等量海帶，分別用灼燒成灰和沸水浸泡兩種方法進(jìn)行處理，然后過濾，分別在濾液中加入足量的稀硫酸、過氧化氫溶液、等量的四氯化碳溶液。發(fā)現(xiàn)采用灼燒方法處理的海帶比用浸泡方法處理的海帶提取出的單質(zhì)碘要多，這說明海帶中除了含有I-外，還含有用浸泡的方法不能提取出來的碘元素，即不溶于水的含碘化合物，這種不溶于水的含碘化合物是有機(jī)物。［4］從實(shí)驗(yàn)中學(xué)生最終理解了海帶中的碘元素主要存在于較復(fù)雜的含碘有機(jī)物中，灼燒能夠使海帶中的有機(jī)碘轉(zhuǎn)化為I-。

通過上述實(shí)驗(yàn)，學(xué)生了解了海帶中碘元素的存在形式，理解了處理海帶的方式選擇灼燒而不采取浸泡的原因。促進(jìn)了他們養(yǎng)成注意細(xì)節(jié)、深入思考的習(xí)慣，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)的功能。

重視實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)，能幫助老師抓住影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵因素，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定、可靠；也有助于學(xué)生發(fā)掘?qū)嶒?yàn)的隱蔽信息，養(yǎng)成仔細(xì)分析、審慎思考的習(xí)慣，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

我們常說：“細(xì)節(jié)決定成敗”，化學(xué)實(shí)驗(yàn)尤其如此。