探究性实验的设计创新

探究性实验的设计创新

李广艳

江苏连云港市海宁中学李广艳

探索性实验所需的仪器和药品较多，教师和实验人员的工作量较大，所以在设计实验时应讲究时间和教学效益，保证探索性实验的教学工作顺利进行。下面以“白色氢氧化亚铁反应条件和实验装置的研究”为例分析。

一、实验背景材料

中学化学课本中关于硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液反应，理论上应先看到白色的氢氧化亚铁沉淀，再看到生成白色氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化，转变成灰绿色和红褐色。但学生不易观察到白色氢氧化亚铁沉淀的生成。于是我就带领学生分析、设想存在的原因：（1）怎样制取不含铁离子的亚铁离子；（2）怎样消除水中溶解的氧气的影响；（3）怎样使反应体系减少跟空气中的氧气的接触。

二、学生探究

各小组的学生根据给定的实验仪器、药品和有关背景材料，探讨该实验的反应条件，实验装置和实验操作步骤的方案。

方案一（反应条件的控制）：

（1）硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液的浓度要大；

（2）硫酸亚铁溶液要严格检验是否含有铁离子；

（3）配置氢氧化钠溶液的蒸馏水要经加热煮沸除去氧气；

（4）反应过程的各操作要迅速连贯，尽量减少空气中氧气对实验的影响。

拟定的实验方案：

（1）制取饱和硫酸亚铁溶液：在锥形瓶中加入1：4的稀硫酸，加入过量的还原铁粉，用小火持续加热约半小时。把制得的硫酸亚铁溶液过滤，并在滤液中加入铁钉，以防止硫酸亚铁被氧化，用塞子塞住瓶口。

（2）配置氢氧化钠溶液：在一只大试管中，加入15~20mI的蒸馏水，加热煮沸2~3min尽可能除尽溶解在水中的氧气。停止加热，稍冷却，迅速逐粒加入氢氧化钠，制取氢氧化钠的浓溶液，塞住管口。

（3）铁离子的检验：取少量的已制得的硫酸亚铁溶液于一支小试管中，用胶头滴管滴入硫氰化钾溶液，检验是否含有铁离子。

（4）生成氢氧化亚铁：把制得的氢氧化钠溶液迅速倒入经检验无铁离子的硫酸亚铁溶液中，并尽快塞紧管口。

方案二（反应条件的控制）：

（1）确保硫酸亚铁溶液中不含铁离子，可以加入还原性铁粉控制；

（2）尽量除去氢氧化钠溶液中溶解的氧气；

（3）整个实验过程应该减小氧气的影响，整个反应体系最好能在密闭的体系中进行。

拟订实验方案：

（1）实验装置图

（2）硫酸亚铁溶液的的制取：在具支试管A中加入还原铁粉和稀硫酸，松开弹簧夹a，使产生的氢气排尽小试管B中的空气。

（3）除去氢氧化钠溶液中的氧气，迅速倒转小试管（保持不断通入氢气），向其中加入5mL经过煮沸后冷却的氢氧化钠溶液。

（4）夹紧弹簧夹a，使A中溶液经导管压入B中，可观察到白色氢氧化亚铁沉淀生成。

三、实验的实施

各小组根据本小组拟订的实验方案，进行实验，观察和记录实验现象，得出本组的实验结论：

方案一：能够得到白色的氢氧化亚铁沉淀，约5~6分钟后，白色沉淀逐渐转变成灰绿

色，再转变成红褐色。

方案二：生成的白色沉淀保存的时间较长，实验的效果比较好。

四、师生共同得出结论

方案一：实验的过程简洁，学生容易构思，但实验后所需时间长，白色沉淀存在的

时间较短。

方案二：构思比较巧妙，实验设计比较严谨，能够联系和运用物理学科中的压强知识和利用氢气做保护气，思考容量比较大，值得学习和借鉴。