《高中化学实验改进与创新案例集》高中化学实验改进与创新课题组课题负责人陈人昌2018年12月改进型实验方案的设计要点一、实验方案设计遵循的原则1、立意的科学性。

2、操作的可行性。

3、过程的安全性。

4、用品的简约性。

5、思路的创新性。

6、效果的启发性。

二、实验方案设计满足的要素1、改进背景与设计目的。

2、用品选取与装置组配。

3、实验过程与操作方法。

4、实验记录、现象分析与结果讨论。

5、注意事项与改进反思。

三、实验方案设计侧重的内容1、实验药品的选取。

2、实验仪器的改进。

3、实验装置的改进。

案例1 铝热反应实验的改进与创新实验名称铝热反应实验的改进与创新实验目的通过改进和创新，使实验更具有安全性，科学性，环保性，现象明显等特点。

实验原理铝热反应，是铝单质在高温的条件下进行的一种氧化还原反应，体现出了铝的强还原性。

由于氧化铝的生成焓(-1645kJ/mol) 极低，故反应会放出巨大的热，甚至可以使生成的金属以熔融态出现。

另一方面，反应放出大量热使铝熔化，反应在液相中进行使反应速率极快，短时间放出极大量的热。

实验仪器及药品电子桌秤、药匙、铁架台(带铁夹和铁圈)、玻璃漏斗(口径150mm)、玻璃罩子(口径200mm)、凡士林、滤纸、橡皮弯管、玻璃(或塑料)水槽、镊子、小木条、尺子、三角锉刀。

氧化铁、铝粉、氯酸钾、镁条、细沙。

实验装置实验步骤及现象一、实验步骤：1用三角锉刀去掉玻璃漏斗下端的玻璃短颈，在其内壁涂上一层薄的凡士林，架在铁架台的铁圈上，在漏斗正下方放置一个底层铺有细沙的玻璃水槽A。

把玻璃罩子和塑料弯管连接起来夹在铁架台的铁夹上，橡皮管的另一端通入玻璃水槽B来吸收烟尘。

组装实验装置(如图）。

2.将两张圆形滤纸折叠成漏斗状套在一起贴于涂有凡士林的玻璃漏斗内，其中，外侧纸漏斗须用水润湿，在其底端剪一小孔。

3.用电子桌秤称取干燥的氧化铁粉末1.25g、铝粉0.50g，均匀混合后放在纸漏斗里，在混合物中央放少量氯酸钾并插入长约5cm的镁条。

用小木条点燃镁条并迅谏盖卜玻璃置子，观察实验现象。

4.实验结束后用镊子夹取水槽中的熔融物一铁珠,观察其表面是否光滑。

二、实验注意事项:1.涂在玻璃漏斗上用来绝热的一层凡上林厚度大约1-2mm即可。

不宜太厚,太厚会消耗大量凡士林也不宜太薄,太薄则达不到绝热的目的,容案例2 石蜡油分解的创新实验实验名称石蜡油分解的创新实验实验目的通过对实验的创新设计，成功地演示该实验,可以帮助学生建立对烯烃化学性质的直观认识,激发学生的学习兴趣,培养学生的观察能力、实验能力、分析能力。

实验原理改进仪器:把硬质试管改为Y形试管，增加对比实验；改进催化剂:把碎瓷片改为二氧化锰，效果更好实验仪器及药品Y形试管、试管夹、酒精灯、橡皮塞、导气管、橡胶管、普通试管、铁架台(带铁夹)。

二氧化锰、石蜡(或石蜡油,固体石蜡)、酸性高锰酸钾溶液。

实验装置图1 教材实验装置图2 创新实验装置实验步骤及现象1.如图2所示连接好装置并检查装置的气密性。

2.用纸槽向洁净干燥的Y形试管一端加入适量固体石蜡,另一端加入适量二氧化锰粉末。

取一洁净试管,向试管中加入适量酸性高锰酸钾溶液，重新组装好装置。

3.先加热石蜡一端,石蜡迅速融化为液态,继续加热约1min,酸性高锰酸钾溶液中有气泡冒出,但不褪色。

再加热二氧化锰一端,约30s,酸性高锰酸钾溶液中有气泡冒出,但不褪色。

4.倾斜Y形试管,让石蜡油慢慢流入二氧化锰一端,此时酸性高锰酸钾溶液中有大量气泡冒出,开始褪色,继续加热约30s,酸性高锰酸钾溶液中有气泡冒出,酸性高锰酸钾褪色十分明显。

5.实验结束后,先撤导管后熄灭酒精灯。

创新设计后的优点1. 改用Y形试管,装置简单易操作,对装置的损伤较小。

先分别加热石蜡和二氧化锰,再将二者混合,Y形试管不会因为骤冷而破裂。

如果按原实验仪器及药品实验,需要酒精灯长时间加热,试管很容易因为骤热骤冷而破损。

2.所需温度较低,耗时短,实验快速。

石蜡油分解实验在新课教学中的目的是引入并验证乙烯气体的性质,如果耗时太长,将使整节课的紧凑性大打折扣。

如果按教材的装置和药品实验,石蜡油变成蒸气后,碎瓷片的温度上不去导致石蜡蒸气不分解,故实验失败率高。

改成二氧化锰粉末作催化剂,粉末的表面积大,催化效果好,只要稍微加热二氧化锰,导管处立刻出现大量能使高锰酸钾酸性溶液褪色的气体。

3.增加了对比实验,效果更佳。

分别加热石蜡和二氧化锰,酸性高锰酸钾溶液不褪色,再将二者混合加热,酸性高锰酸钾溶液褪色明显。

说明石蜡以及二氧化锰都不具有使酸性高锰酸钾褪色的性质,而是石蜡在二氧化锰作催化剂的情况下,高温分解为不饱和烃,从而使酸性高锰酸钾褪色,与本实验的三维目标呼应,最大化实现演示实验价值。

案例3 启普发生器的微型设计实验名称启普发生器的微型设计实验目的利用生活中的注射器设计一种微型的启普发生器,可以使每一位学生都能方便地使用此实验装置,以增强学生对启普发生器本质的认识,提高学生的实验兴趣。

实验原理固液接触，反应开始，固液脱离,停止反应。

实验仪器及药品一次性注射器(两支,50mL,不带针头),细橡胶管(可以是自行车气门芯上的橡胶管),带导管的橡皮塞,弹簧夹,块状石灰石,稀盐酸。

实验装置实验步骤及现象1.把注射器A和B的活塞拔掉,然后用细橡胶管连接起来，（如图1所示）。

2.向注射器A内装入适量块状石灰石,然后把带导管的橡皮塞塞在注射器A筒口上。

3.关闭注射器A上面的弹簧夹,在注射器B筒内注入适量稀盐酸。

4.打开注射器A上面的弹簧夹,稀盐酸流入注射器A筒内,固液反应;关闭注射器A上面的弹簧夹,稀盐酸流入注射器B筒内,固液脱离,停止反应。

创新设计后的优点1.实验操作简单，可进行学生分组实验。

2.实验所需药品较少，节约药品。

3.实验趣味性较强，有利于培养学生创新能力。

案例4 利用“多功能化学实验管”完成“雾中钠灯”实验设计实验名称利用“多功能化学实验管”完成“雾中钠灯”实验设计实验目的利用“多功能化学实验管”完成“雾中钠灯”趣味性实验设计实验原理2Na+H2SO4=Na2SO4+H2↑; 用浓氨水和NaOH固体制取NH3实验仪器及药品多功能化学实验管、浓氨水、NaOH固体、钠块、稀硫酸。

实验装置实验步骤及现象1.多功能化学实验管介绍：如图1所示:此装置为双层套管式装置,外管A上有导管D,内管B上有一小孔C,内管B上带磨口塞,内外管之间为磨口密封。

2.取气密性良好的“多功能化学实验管”,用止水夹夹在橡胶管D处。

在A管中加入浓氨水和NaOH固体,A管中会产生大量的白雾。

3.打开B管上的玻璃塞,在B管中加入稀硫酸和钠块,钠块与稀硫酸剧烈反应而燃烧发光。

4.将B管放入A管中,就会看到钠在雾中燃烧,这就是漂亮的“雾中钠灯”。

创新设计后的优点1.实验操作简单,现象明显。

2.可以同时完成钠与酸的反应及氨气的制备两大实验。

3.具有趣味性。

案例5 乙酸乙酯制备实验装置的改进实验名称乙酸乙酯制备实验装置的改进实验目的对教材上乙酸乙酯制备实验的装置改进,使实验效果更好。

实验原理此反应是一个可逆反应,要得到纯净的乙酸乙酯必须进行混合物的分离;若要使原料尽可能充分反应,就应当控制反应的温度,防止原料损失;为了提高乙酸乙酯的产率要考虑及时补充反应物。

实验仪器及药品三颈烧瓶、铁架台、铁夹、酒精灯、分液漏斗、温度计、球形冷凝管、乙醇、浓硫酸、乙酸、冷水实验装置实验步骤及现象1.按图1所示连接仪器(图中铁架台、铁夹、加热装置已略去)。

2.在三颈烧瓶中加入约1/2体积的乙醇,并加入适量浓硫酸;分液漏斗中注入定量的乙酸,固定在左口;温度计固定在图1实验装置中间口,并使水银球在液面以下;球形冷凝管固定在右口,并接上冷水水龙头,使水下进上出。

3.左口通过分液漏斗逐滴加入乙酸,后加热三颈烧瓶,用温度计控制反应的温度不宜过高,一段时间后观察到三颈烧瓶液面上有一层油状液体,蒸气不断从冷凝管回流到三颈烧瓶中。

若要停止反应,则撤去酒精灯,进行混合液的分离。

注意事项:1.连接好装置后要用铁架台等进行固定;2.分液漏斗中液体要间歇性地逐滴加入。

创新设计后的优点1.冷凝时采用逆流原理,冷凝效果佳;2.分离乙酸乙酯、乙酸、乙醇时,选用分液和蒸馏,效果好;3.使用温度计,有利于控制发生装置的温度;4.增加了分液漏斗,有利于及时补充反应物以提高产率。

案例6 制备二氧化氮装置的微型化设计实验名称制备二氧化氮装置的微型化设计实验目的对制备二氧化氮装置进行微型化设计,有利于节约实验药品,提高实验效果,减少环境污染。

实验原理Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O3NO2+H2O==2HNO3+NO2NO+O2==2NO2实验仪器及药品注射器(5ml)﹑橡胶塞﹑铜丝﹑浓硝酸﹑氢氧化钠溶液﹑蒸馏水实验装置实验步骤及现象1.将注射器(5ml)的活塞取下,将铜丝加入注射器的空筒中插入活塞将空筒中的空气排净,吸入大约2~3mL的浓硝酸,迅速将注射器针头插在橡胶塞上,铜丝表面有大量气泡产生,红棕色的气体(NO2)将注射器活塞后推,同时溶液由无色变为蓝色。

2.待反应完全铜丝消失后,将注射器的针头从橡胶塞上拔出,将反应后的溶液全部压入氢氧化钠溶液中,再向盛有红棕色气体(NO2)的注射器中吸入蒸馏水,将注射器针头插在橡胶塞上,震荡注射器,会看到注射器中的气体体积减小,活塞前推,气体由红棕色逐渐变为无色。

3.反应完毕后,将注射器的针头从橡胶塞上拔出,拉动活塞吸入空气,可以观察到注射器内无色气体迅速变成红棕色。

创新设计后的优点1.实验采用微型化设计,节约药品,现象明显,便于观察和操作,特别适合学生分组实验。

2.实验在封闭体系中进行,减少了环境污染,有利于培养学生的环保意识。

案例7 NO制备和性质实验的改进实验名称NO制备和性质实验的改进实验目的对NO制备和性质实验的改进，使实验微型化，现象更明显，实验的安全性和成功率更高。

实验原理3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O2NO+O2=2NO2实验仪器及药品球形干燥管、有孔塑料片、玻璃珠、橡胶管(2根)、铜丝球、单孔橡胶塞、医用注射器(20mL)、稀硝酸、蒸馏水。

实验装置实验步骤及现象1.在一支球形干燥管的细口部分套一段橡胶管,橡胶管内部嵌颗玻璃珠,球形干燥管的粗口配上带有导管的单孔塞。

2.在球形干燥管里放入一个用细铜丝绕成的铜丝球,取一块直径稍大于球形干燥管粗口内径的有孔塑料片塞入管口中,使它嵌在内壁上,位置可以根据需要调节(一般在距管口到圆球部分的4/5处)。

塞上单孔塞,保证它的气密性良好(如图1所示)。

3.取一支20mL医用注射器,吸取约10mL稀硝酸(如图2所示)。

4.打开单孔塞,在球形干燥管中注满蒸馏水,塞上单孔塞,将蒸馏水从单孔塞上的导管中倒出,待球形干燥管中的蒸馏水倒尽后,迅速将导管与注射器用橡胶管连接,一定要防止空气进入球形干燥管。