陈志高

摘 要：微型化学实验体现了绿色化学理念，是化学实验改革的一种必然趋势。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、铜与稀硝酸反应及原电池原理进行微型化设计，以体现微型化学实验试剂用量少、效果明显、实验安全，激发学生学习兴趣，从而彰显微型化学实验在化学实验教学中的显著作用。

关键词：新课程 微型化学实验 设计案例 分析

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）02（c）-0100-01

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创新型的变革，近年来在国内外的发展很快。它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[2]。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。在新课程中引入微型化学实验，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。

1 微型化学实验设计原则[3]

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、设备和方法能满足实验要求。（3）简约性原则，要求实验方案简单，试剂省，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，要求实验绿色、环保、有创意。（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。

教学与实验同步进行，将全班学生一、三、五排的向后转，与对应的二、四、六排学生组合成约12个四人一组的实验小组进行实验。

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（见图1）

实验原理：

二氧化硫是一种无色、刺激性气味的有毒气体，是酸性氧化物，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、溴水、硫化钠溶液及品红溶液的反应来验证。

药品及仪器：医用过干燥250 ml输液瓶（带塞）中预制SO2气体一瓶，已盛有0.5 ml： ①饱和Na2S（或H2S）溶液；②Br2水；③酸性KMnO4溶液（0.01 mol/l）；④品红溶液；⑤紫色石蕊试液的青霉素瓶（带塞）各一个，NaOH溶液（6 mol/L），5 ml一次性注射器2個，小试管一支。

操作及过程：用5 ml一次性注射器抽取已制备好的二氧化硫气体约3～4ml分别扎入盛有：①饱和Na2S（或H2S）溶液；②溴水；③高锰酸钾溶液；④品红溶液；⑤紫色石蕊试液的小青霉素瓶中，充分振荡，观察各瓶中的现象。再用另一只注射器抽取；④号小青霉素瓶中的无色溶液注入小试管中，并在酒精灯上加热，观察溶液颜色变化。

现象及结论：①瓶硫化钠溶液中有浅黄色物质析出；②瓶中溴水褪色；③瓶中紫色高锰酸钾溶液褪色；④瓶中品红溶液褪色；⑤瓶中紫色石蕊试液变红；将试管微热一会儿对应④复现红色。该实验操作简单，现象明显，节约药品，便于清洗，始终在密闭环境中进行无污染。

相关反应的主要方程式为：

①5SO2+2Na2S+2H2O=3S↓+4NaHSO3

②SO2+2H2O+Br2=H2SO4+2HBr

③5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+ 2MnSO4+2H2SO4

2.2 铜与稀硝酸的反应

（1）药品和仪器。

稀硝酸（3 mol/l），铜片，NaOH溶液（6 mol/l），注射器（20 ml），试管，小烧杯。

（2）原理及操作。

先将一无色的小气球扎在青霉素瓶的胶塞上，用带针头的注射器抽干气球内的空气备用。将3 g细铜丝放入20 ml注射器中压平挤出空气，吸入15 ml热稀硝酸，并将针头扎进胶塞，使注射器中产生的气体进入气球，观察无色气体NO的生成，当气球充满后，拔出针头，将酸液挤出，反应随即停止，另用注射器吸入10 ml空气注入气球，观察气体由无色变成红棕色，实验完成后，用注射器抽取红棕色NO2气体，推入碱液吸收。

2.3 原电池原理实验（见图2）

（1）仪器及药品。

分别插有0.25 mm锌丝、0.25 mm铜丝的青霉素瓶胶盖各一个，同时插有0.25 mm锌丝、0.25 mm铜丝（不接触）的青霉素瓶胶盖一个，盛有约三分之一体积稀硫酸、酒精的青霉素瓶各一个，带鳄鱼夹的导线两段，检流计（或万用表）一个。

（2）实验过程。

打开盛稀H2SO4青霉素瓶胶盖，将胶盖上带的0.25 mm锌丝插入稀H2SO4中观察—— 锌丝表面产生大量气泡；再将另一胶盖上带的0.25 mm铜丝插入稀H2SO4中观察——无明显现象；取出后再将胶盖上同时带有0.25 mm锌丝、铜丝的胶盖插入稀H2SO4中观察，锌丝上气泡逸出，通过鳄鱼夹分别将锌丝、铜丝与检流计的两极相连——锌丝上的气泡大大减少，而在铜丝上有气泡逸出，检流计的指针偏转；若将稀H2SO4换成酒精—— 现象不复存在。由此得出构成原电池的三大条件：①要有两根活性不同的金属（或金属和非金属）做电极；②电极均须插入电解质溶液中；③两极之间必须相互连接或接触。原电池的常规实验需消耗大量的酸液，微型改进后耗酸量比原来的千分之一还少，学生的参与热情和合作意识空前高涨，有力提高了教学效益。

3 结论

微型化学实验在激发学生学习兴趣，强化动手，培养创新思维和绿色化学观念等方面有着独到功效。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以往在学生心目中的不良印象，使化学实验真正成为化学科实施素质教育的重要途径。

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] 周怀宁，王得琳.微型有机化学实验[M].北京科学出版社，2002.

[3] 朱兵，吴天龙，朱绮琴，等.化学实验改革的新方向—— 微型实验[J].化学通报，1991（9）：50-52.