耿元元

摘要：化学是一门以实验为基础的学科。化学实验是学生获取化学知识的重要手段，也是提高学生科学素养的重要载体。为了更好地体现化学实验的功能，应根据具体情况对教材中的一些化学实验进行优化改进。用排水法收集二氧化碳的可行性，可由绝对到相对，以培养学生严谨求实的科学态度和精益求精的科学精神;二氧化碳与氢氧化钠溶液反应的实验现象，可由默认到探究，帮助学生更深刻地理解化学性质;对于尾气处理，应由有污染到绿色化;氧化钙与水反应放热实验，可由寻常到创新，从生活化的角度创新实验。

关键词：实验教学优化;相对化;探究;绿色化;创新

化学是一门以实验为基础的学科。化学实验是学生获取化学知识的重要手段，也是提高学生科学素养的重要载体。为了更好地体现化学实验的功能，初中化学教师可根据具体情况对教材中的一些化学实验进行优化改进，如由绝对到相对、由默认到探究、由有污染到绿色化、由寻常到创新等。以下分享几例。

一、由绝对到相对——能否用排水法收集二氧化碳

人教版初中化学九年级上册教材只提及用向上排空气法收集二氧化碳，那么到底能否用排水法收集二氧化碳呢？通过查阅相关文献可知，在常温常压下，二氧化碳在水中的溶解量并不大，1体积的水可溶解0.88体积的二氧化碳。杜德生老师指出：“只有不到百分之四的二氧化碳和水反应生成碳酸，与此同时，还有一定量的碳酸分解成二氧化碳和水。与反应中产生的大量二氧化碳比较，溶于水的损失几乎可以忽略不计。而且用向上排空气法收集二氧化碳时，有一部分的二氧化碳会随着空气一起排出。”另外，钱胜老师明确指出，二氧化碳在水中的溶解度并不大而且溶解速度也比较缓慢，只要不是精密实验，二氧化碳既可以用向上排空气法收集，也可以用排水法收集（二氧化碳损失很少）。

此外，教材中的“对人体吸入的空气和呼出的气体的探究”实验，就是用排水法收集呼出的气体的，而且把收集到的气体与空气中的二氧化碳含量进行比较。还有，教材在第113页和第118页都提到了碳酸具有不稳定性，很容易分解成二氧化碳和水。事实上，在制取二氧化碳的过程中，也是先通过碳酸钙和稀盐酸反应生成碳酸，再利用碳酸的不稳定性生成二氧化碳和水的。由此，更加证明了用排水法收集二氧化碳时，只有很少量的二氧化碳会和水反应生成碳酸，而碳酸又非常不稳定，很容易分解生成二氧化碳。

在实验室制取二氧化碳的实验教学中，笔者在用向上排空气法收集二氧化碳的同时，会引导学生探究能否用排水法收集二氧化碳。这个实验极大地激发了学生探究的欲望，有学生还提出可以与排水法收集氧气进行对比。最终通过实验发现，用排水法也可以收集二氧化碳，但收集的速度要慢于氧气。这样由绝对到相对的教学改进，能很好地培养学生严谨求实的科学态度和精益求精的科学精神。

二、由默认到探究——证明二氧化碳与氢氧化钠溶液发生反应

碱与非金属氧化物的反应是碱的重要化学性质。学生都能根据产生的白色沉淀判断出二氧化碳与氢氧化钙溶液发生了反應，但二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应却没有明显的现象，则应当如何证明该反应的发生呢？对此，笔者引导学生开展如下探究实验：取两只相同的集气瓶，收集满二氧化碳气体，分别向其中加入等体积的水和氢氧化钠溶液，立刻塞紧带有U型管（U型管中装有红墨水）的橡皮塞，放在水平桌面上，观察现象。片刻后可以看到，U型管两边的液面存在高度差（如图1所示），说明二氧化碳被消耗，即二氧化碳与氢氧化钠溶液发生了反应。

进一步地，氢氧化钠和氢氧化钙都能与二氧化碳反应，那么，除去二氧化碳，用哪种试剂效果更好？笔者在上述探究实验的基础上引导学生自主探究：在两只相同的烧杯中分别加入等体积的水，再向其中分别加入氢氧化钠和氢氧化钙至不再溶解;用两个大试管收集满二氧化碳，同时倒扣入两份溶液中（试管高度保持一致），最后根据试管中液面上升的高度得出结论：氢氧化钠吸收二氧化碳的效果更好。

三、由有污染到绿色化——尾气处理

“燃烧条件的探究”是初中化学中一个非常重要的实验，操作方便，现象也很明显，对比强烈，学生容易理解，但稍显不足的是用教材中的方法进行实验时，白磷燃烧产生的大量白烟对周围环境造成污染——该实验需要在通风橱中进行，以降低对师生的影响，但这并不能从根本上避免污染。针对上述实际问题，可以使用 Y形试管来改进。如下页图2所示，将教材中放置于铜片上的红磷和白磷分别装于Y形试管的 2根支管中，管口用气球扎紧，避免磷燃烧时产生的白烟污染环境;再将2根支管同时以同样的深度伸入热水中加热（注意管底部不要触碰水中的白磷），随后观察实验现象即可;实验结束后，向气球中注入氢氧化钠溶液，即可吸收白烟，避免污染。

改进后的实验装置有效避免了燃烧产生的白烟对环境的污染，体现了实验的绿色化。由于整个实验装置是一种相对密封的状态，水的温度不需要达到80 ℃，一般热水瓶中的水倒出来就可以直接使用，不需要酒精灯加热，保证了实验的安全可靠性，节省了时间。改进后的实验装置不再局限于教师的演示实验，还可以用于学生自己开展分组实验，对提高学生的实验技能和从事科研活动的兴趣有很大的帮助。

“硫在空气和氧气中燃烧”实验产生的有毒气体二氧化硫对空气的污染非常严重，因此教材也建议“实验由教师演示，应在通风橱中进行”。那么，我们应该如何既达到观察实验的目的，又减少污染呢？笔者设计了如下实验方案：如图3所示，在集气瓶中放一朵小花，在坩埚盖中放半药匙硫粉，将玻璃棒下端在酒精灯火焰上加热30秒后迅速伸进集气瓶中，塞紧橡皮塞，下移玻璃棒引燃硫粉，观察硫在空气中燃烧的实验现象;通入氧气，观察硫在氧气中燃烧的实验现象;停止通氧气再观察现象，再通氧气再观察现象;实验结束后，观察小花的变化情况，稍稍打开废气袋嗅闻二氧化硫的气味;最后用注射器从导管向集气瓶和废气袋中注入氢氧化钠溶液，以吸收二氧化硫。

让硫在密闭容器中燃烧，并将产生的二氧化硫储存起来，体现了实验的绿色化;把二氧化硫的生成和性质实验进行整合，实现了实验的综合化;通入氧气的操作、小花变色以及奇妙的实验现象，使实验趣味化;硫在空气和氧气中燃烧现象的对比和再现，让学生亲身体会到氧气的浓度不同导致硫燃烧现象的不同这一变化过程，实现了实验的可掌控化。

四、由寻常到创新——氧化钙与水反应放热实验

“氧化钙与水反应”的实验是教材用来说明化学反应中不仅生成新的物质还伴随有能量变化的重要演示实验，对于学生理解和形成相关化学观念非常重要。教材中的实验方案如图4所示，作为演示实验，可视性较差，不利于学生观察;容器敞口，容易使产生的热量散失，烫的感觉不明显。

对此，笔者做了如下创新设计：

实验装置：生石灰干燥剂若干、大气球1个、注射器1个（50 mL）、扎带2根、去底的饮料瓶1个（自制的漏斗）、去口的纯净水桶1个（自制的钟罩）、托盘天平、烧杯。

实验步骤：（1）用托盘天平称取28克生石灰，并通过自制的漏斗慢慢地加入气球中;（2）用注射器吸取9毫升水，注入气球中，迅速用扎带将气球口扎紧，立即给气球罩上钟罩。

实验原理：氧化钙与水反应放热，使气球中的气体受热膨胀，反应的化学方程式为CaO+H2OCa（OH）2 。

实验现象：用扎带将气球口扎紧后，气球快速胀大;罩上钟罩后，气球继续胀大直至炸开;用手触碰钟罩外壁，感觉很烫;打开钟罩，生成的熟石灰体积明显增大。

实验操作要点：（1）选用12寸加厚气球，气球过小或过大都达不到预期效果，太薄则容易破裂;（2）经多次尝试，取28克生石灰、9毫升水反应，实验易控制，效果最佳;（3）气球中注入水后，大约3秒气球就会胀大，所以快速扎緊气球口是实验成功的关键，尝试了多种材料，最终选用了小号尼龙扎带，只需将其放在气球口收紧即可，连扎两道的效果极佳;（4）为确保实验安全，在气球胀大的过程中应立刻罩上钟罩。

通过对“氧化钙与水反应”的实验改进，建立了一种新的实验方法，更好地让学生感受到氧化钙与水反应放热的现象。实验重点在于利用气体受热膨胀的原理，关键在于选择合适的反应容器。本实验创造性地采用气球作为氧化钙与水反应的容器，气球在实验的过程中逐渐胀大并炸开，让氧化钙与水的现象变得更加明显和震撼。用食品袋中的干燥剂作为实验原料，降低实验成本，使得实验更贴近学生生活，从而有效激发学生学习的兴趣与热情。

本文所举的例子，只是初中化学实验教学优化改进的冰山一角。希望此“引玉之砖”能引起同行的共鸣，触动大家的思考，使化学实验教学更加科学严谨、更体现绿色化、更具有探究性和创新性。参考文献：

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[4] 陆春华.中学化学实验改进初探——一位农村初中化学教师对化学实验的心得[J].教学仪器与实验，2014（2）.

[5] 庄晓松.对初中《化学》教材实验内容的几点思考[J].化学教学，2014（11）.