几个初中化学趣味实验及相关探究课题_叶燕珠

实验研究

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几个初中化学趣味实验及相关探究课题

叶燕珠，吴新建，张贤金，汪阿恋

(福建教育学院化学教育研究所，福建福州 350001)

摘要：针对我国现行初中化学教材在选择实验内容时较少考虑实验的趣味性的现状，笔者分别从突出认知冲突情境以及贴近生活发掘有趣的探究课题两个维度出发，介绍了5个简易、安全、现象明显、较受师生欢迎的初中化学趣味实验，并将其中两个实验设计成可用于探究教学的探究性课题。

关键词：趣味化学实验；焰色反应；催化剂；蔗糖燃烧；实验探究

文章编号：1005–6629(2015)1–0052–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学趣味实验可以让学生在入门之初通过观察生动、有趣的化学现象，体验到化学学科的奥秘，从而培养学生学习化学的兴趣。通过趣味实验还可使学生的科学素养得以提升，从而形成实事求是的科学态度和严谨认真的学习习惯。因此在初中化学教学中，趣味实验显得尤为重要。下面笔者结合自己的教学实践，例举并介绍一些趣味实验教学案例，作为抛砖引玉之文。

1 突出实验趣味性，让学生在玩中学化学用CaCl 2替代BaCl 2，避免了使用有毒的重金属盐（且价格贵），使实验更“绿色”。通过实验，学生也获

2-得了在溶液中Ca 2+和SO 4不能大量共存的感性体验。

与发达国家的教材相比，我国初中化学教学中的趣味性实验的教学内容明显偏少。我国教材中的实验选题通常强调突出知识目标，很少考虑学生的学习兴趣[1]。这一现状给教育工作者提供了拓展和研究趣味实验的空间，比如我国现行教材大多提及“二氧化碳”、“酸碱指示剂”、“食品中的有机化合物”（如碘和淀粉的显色反应）等等[2]。为此，笔者设计了如下一些趣味性十足的实验。

Q c 可能小于K sp ，故沉淀不能生成。即使Q c ＞K sp ，也可能存在溶液的过饱和现象，由于没有结晶中心存在，固相暂时尚未析出，故观察不到沉淀生成[5]（加入H 2O 2，需振荡1min 后才看到明显沉淀，说明CaSO 4会形成过

2-饱和现象）。所以Ca 2+对SO 4的不灵敏反而是它能够

改进后，实验仪器仍采用试管和胶头滴管，实验现象清晰可辨，教学上既可安排演示实验也可分组实验，教学组织形式更自由。

3 一点释疑

笔者在学校推广这个改进时，有同事提出了疑问：

2-根据实验2及K sp 可知：c (SO4) ≥7.1×10-5 mol·L -1即

替代Ba 2+的一个优势。

因此，可将教材中的实验改进为：向试管中加入2mL 二氧化硫溶液，滴加1mL 2 mol·L -1氯化钙溶液，振荡后观察实验现象；再滴加0.5mL 4%过氧化氢溶液，振荡，放置片刻后滴加0.5mL 0.1 mol·L -1稀盐酸，观察现象。

参考文献：

[1]乔月东.关于二氧化硫通入氯化钡溶液有关现象的探究[J].化学教学，2007，（8）：7~8.

[2]陈小刚. SO2水溶液滴加BaCl 2溶液的实验探索[J].中学化学教学参考，2010，（9）：44~45.

[3]杨德壬主编.中学教学全书·化学卷[M].上海：上海教育出版社，1996：886.

[4]刘怀乐.涉及SO 2性质的几点教学注释[J].中学化学教学参考，2011，（5）：39~40.

[5]武汉大学、吉林大学等校编.无机化学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1994：396~397.

可产生CaSO 4沉淀，这个浓度并不高，可SO 2溶液保存48h 之后为什么没有沉淀呢？

笔者认为，主要有以下几个原因：一是SO 2溶液浓度较低。虽然SO 2是易溶于水的气体，在水中的溶解度较大：22.82g （0℃）、11.28g （20℃）[3]，但实际上很难配成SO 2的饱和溶液：在8~10℃时，将SO 2持续通入水中（90min 左右），所得SO 2溶液的浓度只有约0.54 mol·L -1 [4]；二是装置内溶解的O 2较少，故被氧化的H 2SO 3较少（按0.54 mol·L -1计，如果保存过程中有1%的SO 2被氧化，试剂瓶内至少有30mL 空气。故48h 后，打开SO 2溶液的试剂瓶仍能闻到明显的刺激性气味）；三是HSO 只能部分电离（K 2=1.2×10），降低了溶液中SO 的浓度；四是Q c 虽然比K sp 大了，但由于

2-4

-4

-2

Q c 不是按活度而是按浓度计算的，如果按活度计算，

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白雾

实验1 使红色的酚酞水溶液褪成无色并冒白雾（1）实验过程及现象

①杯中盛放约150mL 清水，放入一小片石碱（或绿豆大小一撮普通洗衣粉），再滴入1~2滴酚酞指示剂。滴入指示剂后无色透明水溶液变成红色。

②再在杯中加一勺干冰（哈根达斯蛋糕店有售）。加干冰后红色褪去，杯口产生大量白雾（见图1）。

干冰

石碱清水

几滴

碘酒

米汤

维C 汁

加碘盐

碱

干冰

图2 七变色实验

100mL 加入3g 碘粒、3g KI即可；维C 果汁可用药片自配1%的维生素C 溶液，一片维生素C 药片含维生素C 约100mg ；加碘食盐中的碘化物为碘酸钾，有氧化性，和碘离子反应生成单质碘。

③常压下干冰的冰点为：-78.5℃，故取用干冰要用勺子或镊子，切勿用手直接拿，以免冻伤。

实验3 学生自做简易焰色反应实验（1）实验过程及现象

①取一个小杯，放入约2mL 水，再加入黄豆大小一撮食盐，搅拌溶解，得到食盐水。另取一束细铁丝（如只有一根铁丝，则可将其一端绕成螺旋状）。再取一个酒精灯，点燃酒精灯并观察火焰（见图3左侧照片），火焰较淡。将铁丝一端插入酒精灯火焰中灼烧至无异常颜色。冷却后用铁丝这一端蘸取食盐水，将湿的一端再插入酒精灯火焰中灼烧，观察现象（见图3右侧照片），火焰呈现清晰的黄色。

酚酞

图1 使红色水溶液褪成无色并冒白雾

（2）实验说明

①还可将上述实验中的酚酞指示剂换成紫甘蓝的菜汁或广泛pH 试纸的浸泡液（一叠黄色pH 试纸浸于约40mL 水中，加热近沸点再冷却，取其浸泡液）。用广泛pH 试纸的浸泡液做该实验，实验现象为：滴入数滴指示剂后，无色透明的水溶液变成深的蓝紫色，加干冰后蓝紫色变蓝色，再渐渐变成青色、绿色、黄色，杯口产生大量白雾，如最后再加些白醋，该水溶液还会变成红色。

②取用干冰要用勺子或镊子，切勿用手直接拿，以免冻伤。

实验2 有趣的七变色实验（1）实验过程、现象及原理

在一个杯中放入约150mL 清水，首先加入2滴碘酒，杯中清水变碘水而成浅黄色溶液（像茶水，见图2中第2个杯）；第二步加入约0.5mL 米汤（或淀粉指示剂），杯内溶液立即变蓝色（碘与淀粉在水中反应呈蓝色，见图2中第3个杯）；第三步加入几滴维C 果汁，蓝色褪去（维生素C 具有还原性，碘被还原成碘离子，见图2中第4个杯）；第四步加入一小勺加碘食盐，蓝色又复出（加碘食盐中含有作为氧化剂的碘酸钾，碘离子又被氧化成碘，见图2中第5个杯）；第五步加入一小片纯碱（或一小撮普通洗衣粉等），蓝色又褪尽（碘遇碱液发生歧化反应，见图2中第6个杯）；最后在杯中加一勺干冰，加干冰后蓝色又复出，而且杯口产生大量白雾（干冰溶于水和碱液中和，引发反歧化反应而又生成碘，干冰温度极低，使四周温度下降，空气中水蒸气凝聚成小水珠而呈白雾状，见图2中第7个杯）。

（2）实验说明

①上述实验所加试剂量要小，否则既浪费试剂又使后几步反应变迟钝。

②碘酒可用市售碘酒，也可自配：取75%的乙醇

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对照 铜 钠

图3 铜和钠的焰色反应现象

②准备一根一端附有铜锈的铜丝（铜锈呈绿色）。如果身边只有不生锈的铜丝，那就另备一个小杯，杯里放入约2mL 稀盐酸待用。点燃酒精灯，将生有铜锈的铜丝的一端插入酒精灯火焰中灼烧，观察现象（见图3中间照片），火焰呈现清晰的绿色。如果是新的铜丝，则先将铜丝的一端插入稀盐酸中，再将蘸湿的一端置于酒精灯火焰中灼烧，也可使火焰呈现绿色。

（2）实验说明

蘸取稀盐酸的铜丝或铜锈在灼烧时，会有较多微小颗粒扩散出来，故焰色就明显变绿了。

上述这些趣味化学实验具有视觉冲击力，易使学生产生认知冲突。学生通过做这类趣味化学实验，会深刻体验到学习过程中的快乐，进一步增强学习化学实验的兴趣和探究化学知识的积极性。

2 贴近生活发掘有趣的科学探究小课题结合社会和生活，初三实际上有许多趣味小课题

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值得探究。例如：何为蓝瓶子实验？何为大象的牙膏实验？茶水为何会变色？鸡蛋加水再加食用油为何能调制出色拉酱、蛋黄酱或蛋奶酥？84消毒液为什么会使杯中红茶褪色？怎样简易地鉴别真假黑米、红酒、香醋？从橙子皮中获得的橙子油碰到乳胶气球为什么会使气球一碰就破等等[3，4]，这些都可以设计成可自行操作和探究的有趣的实践活动。通过观察和分析实验现象，可使学生加深对客观世界的认识，同时体验科学探究的一般过程。

实验4 有关催化剂的趣味探究实验课题有一个较著名的“香烟灰烬催化蔗糖燃烧”的趣味实验[5]：将一块方糖放在酒精灯火焰上灼烧，先是熔化，然后碳化，蔗糖始终不会燃烧，但如果将该块方糖沾少量的香烟灰再放在酒精灯火焰上灼烧，它却能够燃烧起来（如图4）。

获奖。该获奖实验的具体做法为：用氯化铁溶液将几张相同的滤纸润湿，干燥后点燃滤纸。实验结果表明该滤纸与普通滤纸不同，不能燃烧完全，而是很快变黑，滤纸边缘出现红热现象，反应产物为黑褐色固体，且该产物能被磁铁所吸引。用导电仪测试该黑褐色产物，发现它能导电，故可推论该黑褐色产物中主要是含单质铁。

学生在做该实验时，进一步设计了一些验证该黑褐色产物是单质铁的检测方法；一是铁和盐酸反应会产生氢气，二是铁在氧气中能燃烧并有火星四射的特殊现象。

验证实验1：把上述黑褐色产物研碎后放入一试管，加入少量水（盖住黑褐色产物），不断搅拌以赶走气泡。静置片刻后沿试管内壁缓慢注入浓盐酸，使溶液的酸度不断增强，实验结果表明黑褐色固体只有部分溶解，溶液呈黄绿色，但整个实验过程中均未发现有气泡冒出。

验证实验2：把含有氯化铁黄色滤纸折叠后将其一端在灯焰上灼烧至黑色，冷却后再将其灼烧至发红，迅速插入氧气瓶中（见图5），发现黑色的这端会在氧气中燃烧，但没有火星四射的现象，重复多次现象仍

图4 蔗糖燃烧了起来

如此。查找资料又发现Fe 3O 4也有磁性及导电性，于是学生质疑“点纸成金”实验的产物推断为铁的结论可能有误，但一时也无法去争辩。巧的是《化学教学》期刊2013年12期发表了由高校专家撰写的题为《在滤纸上还原Fe 3+离子实验的再探究》的文章[7]，作者通过X 射线粉末衍射仪对该实验的产物进行了图谱比对分析，结论是即使加热的程度不同，如在酒精喷灯下灼烧，仍然不能还原得到单质铁。这篇文章的结论证明学生的探究是成功的。这是一个很好的实验探究课题，它通过对“点纸成金”这一趣味实验的探究将多个实验有机地融合在一起，有利于启迪学生的创造性思维，充分发挥化学探究实验的学科价值和教学功能。

此实验国外有不少文献报导过，其中日本的《化学の教育》是这样分析的：烟灰中含有碳酸盐，碳酸盐是该反应的催化剂。另外，美国的化学期刊曾有文献报导烟灰中含有稀土金属离子，稀土金属离子对蔗糖的燃烧具有催化作用。那么香烟灰中到底是什么化学物质在起作用呢？笔者把这个有趣的问题作为探究课题，和学生一同探讨。探究过程如下：

步骤一：用各种灰烬做促使蔗糖燃烧的实验。结果显示：稻草灰、木灰、茶叶灰、棉花灰、纸灰、鸭绒灰、羊毛灰、鸡毛灰等十余种灰烬对蔗糖的燃烧有催化作用。而涤纶布料灰、塑料薄膜灰对蔗糖的燃烧没有催化作用。经归类分析后（如涤纶布料等灰不含金属元素）再探讨：这种催化作用是否与金属元素的化合物有关呢?

步骤二：用各种纯化学试剂做促使蔗糖燃烧的实验。结果显示：碳酸钠、碳酸钾等不能促使蔗糖燃烧。而氧化铜、氧化钙、二氧化锰、氧化镁、氧化铁、四氧化三铁、氧化铅等金属氧化物能促使蔗糖燃烧。

学生最终认为香烟灰中是一些金属氧化物在起催化剂作用。这一结论应该比上述国外的那些推测更具科学性和可能性。

实验5 有趣的“点纸成金”实验课题

“点纸成金”实验在国内是较著名的趣味实验，较早是用硫酸铜来做。2010年有人改用FeCl 3来做[6]，并

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图5 黑色物质在氧气中燃烧

3 小结

综合上述，趣味实验的设计要求教育工作者有创新意识，要善于思考，勤于动手，努力寻找创新趣味实验设计的切入点，为更好地设计新颖的趣味实验打开思路，提供方向。还要多多了解、学会趣味实验教学的过程与方法，比如通过比较实验原理、装置，找出异同点，获得分类、对比等研究方法以及物质性质决定研究

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钠与硫爆炸反应实验的设计

王培明1，齐俊林2

(1.通州区运河中学，北京 101101；2.唐山师范学院玉田分校，河北唐山 064100)

摘要：为拓展演示实验内容，利用塑料油桶、玻璃棒、燃烧匙、金属钠和硫粉等材料，设计了钠与硫爆炸反应实验装置及方法。利用该方案，可使实验能在安全可控条件下进行，学生能观察到反应爆炸时发出强烈的火光，同时又能避免反应产物对环境的污染。实践表明，该实验能够极大地激发学生学习兴趣，培养学生创新意识，增强学生对知识的感性认识。

关键词：钠；硫；演示实验设计；化学实验教学

文章编号：1005–6629(2015)1–0055–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

钠与硫的反应是高中化学中的重要反应，也是硫的化学性质的重要特征反应。但由于钠与硫的反应比较剧烈，容易发生爆炸，且污染环境，因此现行教材中没有介绍该实验的操作方法，致使许多教师一般也不敢轻易做该演示实验。笔者在讲课时发现学生对演示实验有着浓烈的兴趣。例如：学生对现行高中化学教材[1]“钠在空气中燃烧实验”就非常感兴趣。为此，我们对钠与硫反应实验也进行了潜心研究，并取得了突破性进展。现将研究结果介绍如下，以供参考。

的副产物二氧化硫污染教学环境或者反应物过多会给实验造成干扰，学生会认为反应物不只是钠与硫，其实还有水。笔者采用灼热的玻璃棒引发实验，简便易行，避免干扰因素；采用透明塑料桶做防护罩，既不影响现象观察，又避免爆炸带来的危险；同时将反应物、生成物及副产物封闭，最后有害气体被碳酸钠溶液吸收，起到消除环境污染的作用。

2 实验设计2.1 实验用品

去底塑料油桶（5L ）1个（如图2所示）、塑料水槽1个、6号橡胶塞1个、玻璃棒2根、燃烧匙1个、酒精灯1盏、火柴1盒、玻璃片、小刀、打孔器、剪刀、烧杯（50mL ）1只、胶头滴管1支、试管1支。

图1 钠在空气中燃烧

1 原理分析

由于金属钠的化学性质很活泼，能与很多非金属直接化合。钠与硫在微热或研磨条件下很容易发生反应，反应很剧烈，甚至发生爆炸，生成硫化钠。笔者也曾拜读过某些学术期刊上有关该实验的方法[2，3]。他们采用钠与水反应发热引发该反应，但是这些方法产生方案制定等思想方法，使趣味实验教学活动更好地为当今的教学改革服务。

参考文献：

[1]郑长龙主编.化学实验教学论[M].北京：高等教育出版社，2002：29.

[2]姚子鹏主编.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级下册）[M].上海：上海教育出版社，2012：209.

[3]张平，竺际舜主编.生活中的化学[M].上海：上海教育出版社，化学教学 2015年第1期

图2 去底油桶

金属钠、硫粉、10%碳酸钠溶液、醋酸铅溶液、蒸馏水、凡士林。

2.2 实验材料的加工2.2.1 橡胶塞的加工

取1个6号橡胶塞，在中央用打孔器打一个直径

2011：141.

[4] Yann VERCHIER，Nicolas GERBER. Wonderful Chemis-try In Life [M]. CHINA MACHIME PRESS，2013：7.

[5]王程杰主编.中学化学实验研究[M].上海：华东师范大学出版社，2005：18.

[6]李平，杨菲.“点纸成金”——在滤纸上还原Fe 3+离子的实验设计[J].中学化学教学参考，2010，（5）：46.

[7]朱明建，项喆源，龙环胜等.在滤纸上还原Fe 3+离子实验的再探究[J].化学教学，2013，（12）：70~71.

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