對幾個初中常見化學實驗的再認識

魏坤

摘要：化學是一門以實驗為基礎的科學，化學實驗在初中化學教學中占有重要地位和作用，對初中常見化學實驗內容進行全方位、多角度思考，往往會有新穎的啟發和感悟。

關鍵詞：化學實驗 加熱高錳酸鉀 電解水 再認識

化學是一門以實驗為基礎的科學，化學實驗在激發學生學習興趣、獲取化學知識的同時，還能有效促進實驗操作能力、觀察能力和思辨能力等學科核心素養的形成，是初中化學日常教學工作中的重要組成部分。但那些看似簡單而普通的教學實驗的背后，卻也蘊含著許多不為人知的內容，有待我們去學習和探索。下面就針對人教版九年級化學教材中的幾個常見實驗，談談自己的新認識。

一、加熱高錳酸鉀制氧氣實驗

在人教版九年級化學上冊教材中有學生實驗“氧氣的實驗室制取與性質”，該實驗至少要收集兩瓶氧氣來進行木炭在氧氣中燃燒和鐵絲在氧氣中燃燒。藥品取用太少，將無法完成實驗，藥品取用過多又會造成浪費和環境污染，那么應該取多少高錳酸鉀加入到大試管中呢？按照教材中所提到的，高錳酸鉀在受熱時，分解出氧氣，同時還有錳酸鉀和二氧化錳生成，化學方程式為2KMnO4 △K2MnO4+MnO2+O2↑，由此計算理論得氧率為10.13%，如果以收集滿兩個250mL集氣瓶為例，通過標準狀況下氧氣密度1.429g/L來計算，那么至少需要7.05克的高錳酸鉀。但在實驗中會發現實際得氧率要高于理論得氧率，這又是什么原因呢？在黃晗達老師的《高錳酸鉀加熱分解過程研究》一文中，利用熱重分析和X-射線衍射技術進行實驗，提出了新的高錳酸鉀加熱分解反應的化學方程式為：6KMnO4 △2K2MnO4+K2Mn4O8+4O2↑和KMnO4 △KMnO2+O2↑，由此計算理論得氧率要大于13.5%，那么通過計算，收集滿兩個250mL集氣瓶，在標準狀況下，只需要高錳酸鉀5.29克。以此類推，在進行加熱高錳酸鉀制氧氣實驗之前，根據學生進行的性質實驗的不同，預計需要制取幾瓶氧氣，并計算好相應的高錳酸鉀質量，就可以起到節約藥品、避免過多污染物產生的良好效果。

二、電解水實驗

電解水實驗是引導學生認識物質元素組成的重要實驗?？墒?，在進行該實驗時，總會遇到一種實驗現象：電解水之后生成的氫氣和氧氣的體積比與理論值2︰1相差較大，氧氣的體積沒有達到氫氣體積的一半。針對這個問題，通過查閱資料，發現成因較多，主要有以下幾個：

1.兩種氣體的溶解度不同

在20℃和一個標準大氣壓下，每升水中，氫氣和氧氣的溶解量分別為18.2mL和31.1mL。由此可見，在相同溫度和壓強下，氧氣在水中的溶解度比氫氣大，使收集到的氧氣體積減少。

2.水質的影響

若用自來水配制電解液，由于水中的氯離子比氫氧根離子更易失電子，使相同時間內產生的氧氣量減少；同時電解生成的活性氧很容易與自來水中的一些還原性物質發生反應，從而降低了氧氣的產量。

3.電解質的影響

使用稀硫酸做溶液電解質時，由于溶液中存在硫酸根離子、硫酸氫根離子等，它們會在陽極生成少量穩定的過硫酸、雙氧水與臭氧，減少了氧氣的生成量。而且，因為加入電解質可以增加溶液的導電性。所以，當電壓一定時，在合理范圍內，電解質的濃度越大，氫氣和氧氣的體積比越接近理論值2︰1。

4.電極的影響

如果電極材料是銅、鐵、碳（石墨）等活潑電極，它們容易被氧氣氧化，發生化學反應而消耗了部分氧氣。并且，電極對氣體的表面吸附程度也不同，如鉑對氫氣的表面吸附很小，而對氧氣的吸附卻較大。

正是因為存在著以上的影響因素，氧氣體積沒有達到氫氣體積一半的這種現象屬于實驗誤差。那么在進行實驗時提前做好準備，盡量減小誤差范圍就很有必有了。比如：

1.課前先電解一下水，讓電解液與電極充分吸收氫氣和氧氣達到飽和，然后再把氫氣和氧氣放掉，使課堂電解水時，減少電極與電解液對氫氣和氧氣的吸收。

2.盡量使用蒸餾水，減少水中雜質。同時，做好水電解器的用后清洗工作和存放環境的衛生管理，盡量杜絕耗氧有機物的產生。

3.選用濃度為10﹪的氫氧化鈉溶液做電解液比較理想，這樣可以減少副反應對氫氣氧氣體積比的影響，在保證電解速率的同時也不會明顯增強電解液對儀器的腐蝕。

4.電極材料最好選用惰性的鉑電極。此外，如果選用10﹪的氫氧化鈉溶液為電解液，粗鐵絲、不銹鋼片也是較好的電極材料，因為此類電極表面會生成難溶的保護膜，避免了在電解過程中被氧氣氧化，從而減少了氧氣的消耗。

三、石灰石與稀鹽酸制取二氧化碳實驗

在人教版九年級化學上冊教材中，關于實驗室里制取二氧化碳的裝置選擇有一個探究課題。其中介紹，由于二氧化碳能溶于水，能與水反應，所以一般采用向上排空氣法收集二氧化碳。在初中階段的各級各類考試中也經常出現不能用排水法收集二氧化碳的考點。那么，是否真的不能用排水法收集二氧化碳呢？我們可以設想一下，如果將二氧化碳持續通入水中，由于水槽中的水體積有限，與通入的二氧化碳氣體接觸面積較小，在小范圍和短時間內無法完全吸收通入的大量二氧化碳，多余氣體很可能會進入集氣瓶中，從而收集到二氧化碳。在這個設想中，二氧化碳氣體的產生速度和數量就成為了能否用排水法收集二氧化碳的關鍵，而反應物石灰石的形狀，稀鹽酸的濃度是決定二氧化碳產生速度的主要因素。在洪碧瑜老師的實驗探究中，通過改變石灰石的形狀（塊狀、顆粒狀），改變稀鹽酸的濃度（1%～10%），并通過數據采集和計算機繪制二氧化碳濃度曲線的方式清楚的展現了當采用顆粒狀的石灰石和濃度為7.5%的稀鹽酸為反應物時，排水法收集二氧化碳氣體是可行的。結合平時的教學，在有學生提出能不能用排水法收集二氧化碳的時候，一棍子打死的做法不可取。教師可以安排一節實驗探究課，通過對上述實驗探究的復現，讓學生感知排水法收集二氧化碳是可行的，但也是有前提條件的，這樣不單加深了對書本知識的理解和應用，而且更能激發學生的想象空間，打破教學僵硬化的局面，塑造出理性、活潑的學習和思考氛圍，提升學習幸福感和成就感。

通過對上面幾個教材常見實驗的再認識，從實驗原理到實驗細節都學到了很多新穎的啟發和感悟，也深切體會到化學實驗的獨特性，感受到化學學科的魅力所在。學無止境，只有保持一份對揭開化學實驗神秘面紗的渴望，時時探索，處處留意，才能在實驗教學的旅途中快樂前行。

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