中学化学实验微型设计案例及分析

中学化学实验微型设计案例及分析

张建夫 陈亚红 赵 璐

（周口师范学院 化学系，河南 周口 466000）

摘 要：微型化学实验体现了绿色化学的理念，是化学实验改革的一种必然趋势和要求。本文根据微型化学实验的设计原则，通过对二氧化硫化学性质实验和铜与稀硝酸反应进行微型化的研究和设计，体现微型化学实验具有试剂用量少、效果明显、实验安全，能激发学生学习兴趣，从而凸显微型化学实验在中学化学实验教学中的显著作用。

关键词：中学微型化学实验 设计案例 分析

微型化学实验（Microscale Chemical Experiment简称M.L）是美籍华裔学者马祖圣[1]在其编著的《化学中的微型操作》首次提出的。它是化学实验方法中的创新型的变革，近年来在国内外的发展很快

[2]

。微型化学实验，是指微小量的化学试剂在微型化学仪器装置中进

行的一系列化学实验[3]。它的化学试剂用量一般只有常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一。实验效果显著，且节能、环保、安全、方便[4]。在中学化学教学中引入微型化学实验，不仅有利于激发学生的学习兴趣，培养学生的动手、观察、思维、自学等能力，势在必行

[5]

。

1.微型化学实验设计原则[6]-[7]

微型化学实验设计应该遵循：（1）科学性原则，要求实验原理、

实验装置、实验操作要科学规范。（2）可行性原则，要求实验方案可行，现有实验仪器、试剂、设备和方法可满足实验要求。（3）简约性原则，要求实验方案简单，用试剂少，时间短，效果好。（4）安全性原则，要求实验安全可靠、无污染、可循环。（5）创新性原则，要求实验安全可靠、无污染、可循环。（6）实践性原则，要求实验设计可广泛地应用于化学实验教学。

2、微型化学实验的设计案例

2.1 二氧化硫的化学性质实验 2.1.1 实验原理

二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的有毒气体，是酸性氧化物，就有还原性、氧化性、漂白性。相关化学性质可通过与紫色石蕊试液、高锰酸钾溶液、硫化钠溶液及品红溶液的反应来验证。

相关化学方程式为：

1.Na2SO3+H2SO4=NaSO4+SO2↑+H2O(二氧化硫的制取)

2.SO2+H2O=H2SO3（二氧化硫是酸性氧化物使紫色石蕊试液变红） 3.5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4(二氧化硫具有还原性使高锰酸钾紫色溶液褪成无色)

4.5SO2+2Na2S+2H2O=3S↓+4NaHSO3(二氧化硫具有氧化性反应生成黄色颗粒状物质)

5.二氧化硫具有漂白性使品红溶液褪色（略） 6.SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O二氧化硫有毒尾气吸收）

2.1.2 实验药品及仪器

Na2SO3(分析纯)、H2SO4（6mol/L）、紫色石蕊试液（分析纯）、酸性KMnO4溶液（0.01mol/L）、品红溶液（1g/L）、NaOH溶液（6mol/L）、广口瓶（150mL）3个、注射器1个、橡皮塞3个、医用输液管若干、橡皮筋若干、无色试纸等

2.1.3装置图

2.1.4 实验步骤。

2.1.4.1 如图连接好装置，检验该装置的气密性后待用 2.1.4.2 向1号玻璃瓶中用药匙加入适量固体Na2SO3，2号玻璃瓶橡皮塞周围用透明胶布分别粘上湿润的不等长度的紫色石蕊试纸、紫色的高锰酸钾试纸、红色的品红试纸，3号玻璃瓶中加入适量的NaOH溶液。

2.1.4.3 塞紧各瓶橡皮塞，用注射器吸取适量的稀H2SO4，扎入1号瓶内。

2.1.4.4 慢慢推动注射器的活塞，将硫酸挤入瓶中，观察2号瓶内各试纸颜色的变化，有明显现象繁盛时立即停止加入硫酸。

2.1.4.5 记录实验现象，得出实验结论。

稀硫酸雨亚硫酸钠的反应激烈，不断产生大量小气泡，过一会儿2号瓶中紫色石蕊试纸变红，紫色高锰酸钾试纸褪色，硫化钠试纸上有许多黄色的小颗粒，红色品红试纸褪色。该装置简单，现象明显，节约药品，无污染。

2.2 铜与稀硝酸的反应

2.2.1 实验原理

稀硝酸在缺氧的条件下与铜片反应生成无色的NO气体，反应式为：3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。然后接触空气中的氧气又生成了红棕色的NO2气体，反应式为：2NO+O2=2NO，NO2溶于水生成HNO3，反应式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO。由于二氧化氮也是一种有毒的污染气体，随意同样需要尾气处理，反应式为：O2+NO2+NO=2NaOH=2NaNO3+H2O。并且同时伴有蓝色沉淀生成：Cu（NO3）2+2NaNO3+Cu(OH)2↓。

2.2.2 实验药品和仪器

稀硝酸（3mol/L），铜片，NaOH（6mol/L），注射器（20Ml），酒精灯，三脚架，石棉网，烧杯（2个）。

2.2.3 实验装置

2.2.4 实验步骤

2.2.4.1 如图连接好实验装置，检验该装置的气密性待用。 2.2.4.2 在空气注射器中加入铜片，用酒精加热稀硝酸后，用注射器慢慢吸取热的稀硝酸1mL，挺直抽拉注射器，观察到注射器内铜片溶解，且表面有气泡沉声，溶液变成蓝色，溶液上方气体为无色。

2.2.4.3 继续抽拉注射器，吸取少量空气，可观察到无色气体变为红棕色气体。

2.2.4.4迅速将注射器插入稀NaOH溶液，推挤出注射器内的液体和气体，观察到烧杯内有蓝色沉淀生成。

结论：此实验设计简单可行，操作方便，现象明显，不仅能清楚地观察到无色的NO，而且能观察到无色的NO气体迅速被氧化成红棕色的NO2，红总的的NO2又迅速转化为N2O4的过程，而且环保新颖。

3.结论

微型化学实验在激发学生学习兴趣，强化学生动手能力，培养学生创新思维和绿色化学观念等方面有着独特的功效。在中学化学教学中，利用微型化实验开展化学实验，是中学化学教育的一次创新性变革，它不仅可以逐步改变我国长期以来重理论、轻实践、让学生在课上画实验、课后背实验的不良教学状况，而且可以改变化学实验在学生心目中以往的不良形象，使化学实验真正成为化学教育中实施素质教育的重要途径。微型化学实验具有许多的有点，但是也有一些局限性，并不是所有的实验都可以用之代替。在实验教学中，根据实验的内容和要求，使常规实验和微型实验相结合，取长补短，可以达到更好的实验效果。

参考文献：

[1]黄亚丽。微型化学实验及其推广应用[J]。漳州师范学院学报，1999,12，（3）：78-81. [2]陈红兵，张金桐。微型化学实验教学的改革探讨[J]。山西农业大学学报，2005,4（6）：17. [3]周怀宁，王得琳。微型有机化学实验[M]。北京科学出版社，2002,2. [4]尹振晏。微型化学实验前景广阔[J]。化工高等教育，2002，(2)：89-91.

[5]董奎娜。浅谈开展微型化学实验的误区[J]。中小学实验与装备，2007,17，（89）：22. [6]朱兵等。化学实验改革的新方向-微型实验[J]。化学通报，1991，（9）。

[7]宋凤云。开展微型化学实验促进中学化学教育改革[J]。聊城大学学报（自然科学版）。2006,19，（1）：99.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/s783.html