吕军
河南省驻马店高级中学
摘要：本文探索如何改进高中化学实验中繁琐、浪费、污染，高危的内容和实验过于服务于书本知识的状况，通过实验设计和改进，创造条件，提 高学生感性认识；厉行节约、减少耗材；科学设计，减少污染；改进实验方法，降低危险系数。
关键词：镁与氮气的反应；浓硫酸与铜的反应；镁与二氧化碳的反应；实验设计；实验改进
一、镁与氮气反应的实验设计
镁与氮气反应生成氮化镁是一个重要的化学反应，无论是中学化学教学还是大学化学教学几乎都要提及或涉及到。但教材中并没有镁与氮气反应的演示实验，因此学生缺少必要的感性认识，不利于学生对该知识的理解。笔者认为之所以没有设计该演示实验，是因为一般学校的实验室没有现成的氮气，而购买纯净的氮气又很不方便，尤其是农村中学，更是困难。如何利用空气中的氮气来证明镁能与氮气反应生成氮化镁呢？笔者设计了一种较为理想的实验方法，经反复实验，发现设计合理，方法简单，现象明显。
1、实验装置
2、实验过程和思路：
步骤一、从空气中分离出氮气（借用初中实验空气中氧气含量的测定）操作：将钟罩放入水槽中，然后将盛有白磷的燃烧匙点燃后插入钟罩中，塞紧瓶塞。（产生大量白烟，钟罩中液面上升至约占瓶容积的1/5）再向水槽中注入水使液面与瓶内液面持平，以保持瓶内外压强相等。保证当揭开瓶塞时空气不致进入钟罩中。
步骤二、验证钟罩内气体不支持木碳或白磷燃烧操作：打开瓶塞，用点燃的木条插入瓶内。（现象：熄灭，证明，不含氧气）或再用燃着的白磷伸入钟罩内检验。
步骤三、镁和氮气反应
3、操作：用铝箔包紧橡皮塞，并插入约8cm的镁条，点燃后立即插入瓶内，塞紧瓶塞。（现象可看到镁条继续燃烧瓶内液面快速上升。）
4、结论：镁与氮气可反应生成氮化镁
本实验能激发学生浓厚的学习兴趣，特别是结合物理学科知识分析化学现象，学生的综合分析思维能力得到有效的训练。
5、优点：（1）、实验借用空气中氧气含量测定的装置，简单易操作。（2）、利用氮气和镁反应的实验设计培养学生的综合能力，利用物理知识，向水槽中再次注水以保证空气不再进入水槽。
6、缺点：实验较为粗糙。除去空气中氧气的操作粗糙，不能完全除去其中的氧气。据查：该实验钟罩内气体的质谱分析结果显示仍含有一定体积的氧气。而水面确实上升了约1/5，但其中的一个重要原因是，当燃着的白磷进入钟罩内瞬间有部分气体受热膨胀而进入空气。若要制取较纯的氮气，可用亚硝酸钠饱和溶液和氯化铵饱和溶液共热来制取。
二、浓硫酸与铜的反应的实验改进
人教版化学必修第一册第六章第三节中，该实验采用的是铜片与浓硫酸反应。此方法的缺陷是：演示实验后，未反应的铜片继续和浓硫酸反应，生成有毒气体二氧化硫，造成药品浪费及环境污染。人教版标准实验教科书中针对以上问题作了如下改进：用长铜丝代替铜片，给胶塞打一小孔，让铜丝从打孔处伸出，待反应结束后，将铜丝向上提升，抽出液面，反应即停止。
但是，在实际操作时发现，胶塞上孔大小不好把握，铜丝质地软，穿过胶塞后导致气密性不好，导出的气体不足，品红褪色现象不明显。
1、本文利用医用小型注射器将实验进行如下改进：（1）、用小蒸馏烧瓶代替大试管，由支管导出气体。（2）、胶塞选用单孔胶塞，将注射器插入胶塞。（3）、在注射器的柱塞末端系上一段细铜丝，并在细铜丝的另一端系上一段螺旋状的粗铜丝，用于反应。（4）、反应时，推动注射器柱塞使粗铜丝浸入液面，反应开始。（5）、待反应结束后，拉出注射器柱塞，使铜丝与液体分离，反应即停止。
2、改进后的优点：（1）、气密性好：注射器正好与我们常用的玻璃管粗细大小一样，插入单孔胶塞保证了气密性。（2）、节约药品，减少污染：利用推拉柱塞控制铜丝，操纵反应，做到收放自如。（3）、简单方便，效果明显。
三、镁与二氧化碳反应的实验改进
1、教材中的相关实验设计
教材中实验操作是这样描述的：取一根4~5cm长的镁条，用砂纸将表面的氧化膜擦去，用坩埚钳夹持镁条，在酒精灯上点燃后，伸入充满二氧化碳的集气瓶中，观察现象。
多年来实验设计一成不变，实验效果并不理想，主要存在下列问题：
（1）习惯使用启普发生器制备二氧化碳，需要检查装置的气密性，虽然启普发生器能随关随停，但在课堂上收集二氧化碳，比较浪费时间，影响教学效果。
（2）有些教师预先收集许多瓶二氧化碳，但由于种种原因，可能会使二氧化碳逸出，因此可能导致实验失败，如果实验成功，也会使学生产生怀疑态度，瓶中是二氧化碳吗?
（3）由于瓶中气体受热二氧化碳大量跑出，随着镁带的燃烧，空气不断进入集气瓶中，虽然镁带在燃烧，但它实际上是与空气中的氧气发生反应，导致镁带与二氧化碳反应的时间短，生成的碳单质较少，且易被氧气氧化，因此不容易观察到生成的黑色固体碳单质。
（4）有的实验还要求在集气瓶中放入一层细沙，目的是防止生成的物质溅落会炸裂瓶底，如果细沙不干净，可能会影响实验结果的判断。
2、对该实验的改进如下。
2.1实验仪器和药品：集气瓶，玻璃片，坩埚钳，酒精灯，稀盐酸，碳酸氢钠，碳酸钙，镁条，砂纸，镊子，药匙
2.2实验操作步骤及预期现象
（1）、先在集气瓶中放入碳酸钙和碳酸氢钠，然后在集气瓶中入倒入稀盐酸，一段时间后，用燃着的木条靠近集气瓶口检验二氧化碳是否已集满，若已集满则盖下玻璃片。
（2）、用砂纸将镁条表面的氧化膜擦去。
（3）、迅速点燃镁条插入集气瓶，即可观察到预期的实验现象（镁带剧烈燃烧，发出强光，反应结束后，可看到生成白色固体，同时可清晰看到镁带附近的集气瓶内壁附着一薄层黑色固体）。
2.3实验改进后优点
（1）、此实验操作简单，且时间短，能保质保量完成课堂内容。
（2）、加入的稀盐酸、碳酸氢钠、碳酸钙，既起到制取二氧化碳的作用，又起到沙子的作用，防熔融物溅落炸裂瓶底。
（3）、反应过程中稀盐酸和碳酸钙继续反应产生二氧化碳，既可防止空气进入集气瓶，又可保证镁条的燃烧始终在二氧化碳气体氛围中。
（4）、实验易成功，现象明显，且通过燃着的木条熄灭和镁条剧烈燃烧的鲜明对比，能让学生准确获得二氧化碳不支持燃烧只是相对的，而不是绝对的信息。
化学新课程始终将化学实验放在十分重要的地位，进行实验的改进可以激发学生学习化学的热情，培养学生的团结协作能力、动手能力、思维能力，提高节约药品，增强环保的意识，我们在教学过程中积极改进实验教学，使其达到事半功倍的效果。
参考文献：
1.汪守兵;;浅谈化学演示实验教学[A];第四届全国中学化学教学研讨会论文集（二）[C];2004年
2.俞远光;中学化学演示实验教学研究[D];华中师范大学;2000年