化学实验教学改革建议之三-高中化学实验器材.docx

化学实验教学改革建议之三|高中化学实验器材摘要：深入剖析了作为初等化学教学中的一个重要知识点“溶液”所包含的极为丰富的学科内涵和科学教育的价值。详细分析了“一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制”实验体系的特点，并对该实验教学的实施提出了建议。关键字：化学实验教学；溶液；溶液配制文章编号：1005－6629(2012)7－0003－02中图分类号：G633.8文献标识码：B1为什么溶液成为初等化学中的一个重要知识点?在初等化学中，“溶液”这一知识点涵盖了溶液的形成、溶液的浓度、一定浓度溶液的配制方法(包括配料计算和配制，容量瓶和天平的使用)，并延伸到溶解度和饱和溶、液(包括溶解度和温度的关系——溶解度—温度曲线的应用)、溶解过程和结晶过程等一系列知识点和实验，形成了一个知识结构完整，逻辑关系明晰的“知识板块”。只有明确了这个知识板块内知识点之间的逻辑关系，同时充分认识到有关溶液的知识在化学学科的学习和应用中的重要性，才能真正地组织好教学过程，并且其中有很多认知过程必须配合实验或实际生活中的体验才能真正地完成。我们都知道，就一般化学反应而言，在选定反应物之后，常用以调控反应进程，包括速率和产物的手段，不外乎温度、浓度和催化剂。由于催化剂具有很高选择性和专一性，需要通过繁复的筛选过程才能确定，并非唾手可得，而且目前还没有发现对全部或大部分化学反应过程都有效的催化剂，因此催化剂不能归入初学者经常使用的调控手段。于是，在初等化学中，只有温度和浓度才是最常用到，也是最容易实现的调控手段。依靠酒精灯或其他方法加热时，对温度的调控一般不要求精确，也不容易做到精确，所以在实验方案中往往用加热方式和体系中发生的现象等来表述。唯有浓度，特别是溶液的浓度，才是比较容易把握并能较精确地对反应进程进行调控的因素。把体积庞大、容易因扩散而泄漏的气态反应物，和因接触面积小、密度差别大、需要不断地进行强力搅拌的固态反应物，用适当的溶剂把它们转化为溶液后，既具有流动性，又可以使得反应物以分子(或离子)状态，均匀地分散在溶剂之中，这时溶液内任何一处发生的反应，都可以代表整个体系在给定浓度下的反应，与所取溶液体积无关(这就是在实验时，更应当关注反应物的大致比例，而不是所取试剂溶液体积的原因。实验讲义上建议的用量，除考虑到反应物的计量关系外，还要求初学者逐步养成用尽可能少的试剂来完成实验的习惯，做到物尽其用)。因为溶液中的化学反应是反应物以分子或离子状态参加的反应，所以只有溶液的浓度才能最直接地反映出它们在发生反应时的有效浓度。以溶液状态进行反应时，反应体系的体积不是由所在容器决定，而是由溶液的体积确定。在反应的整个过程中，虽然反应物和生成物的浓度一直在改变，但是每个瞬间的平均浓度都有“确定值”。在研究反应的动态过程时，这是一个非常重要的特点，它意味着在所涉及的瞬间，浓度不仅可知，而且可以视为“不变”。变量的减少，有助于提高实验结论的确定性。由溶液浓度延伸出来的溶解过程的自发性和溶解度概念，是化学中极为重要的概念。前者属于自然界的一个普遍存在的现象，它不仅是水源组成和所处地理环境密切相关的必然结果，也是半导体掺杂、金属热处理等工艺的理论依据。表现为溶质溶解和通过扩散在溶剂内达到均匀分布过程的自发性(在高中化学选修模块《化学反应原理》中会把这个现象的本质理论化)。在实验中，一定要提醒学生仔细观察和思考固体溶质(或液体溶质)在溶剂中的自动溶解、混合、扩散和均一化现象。这是溶液、气体分散系和其他分散系(如悬浊液、乳浊液、胶体溶液、阴霾、雾气等)的基本区别。后者在形成时往往要借助外力，故而属于热力学不稳定体系，在放置过程中，分散的均匀程度会自动下降(所以沙尘暴或飘尘可以成为某个局部地域的环境问题，却不会视为全球性的污染源)。增加有关实验或要求学生列举日常生活中经常见到的各类分散系，并对其形成过程和分散体系的稳定性进行比较，都可以加深对溶液的认识和提高学习的兴趣。溶解虽然具有自发性，但是不同的物质在同一种溶剂中的“最大”溶解量，并不相同，即存在饱和现象(能够像水和乙醇、乙二醇、丙三醇、乙酸等这样无限混溶的体系不是很多，可暂不考虑)。于是根据溶液达到饱和时溶剂和溶质的数量(体积、质量，或物质的量)比率关系，形成了溶解度的概念，并进一步得出溶解度与体系温度间的依变关系。有趣的是，从温度溶解度曲线可以看到不同物质在水中的溶解度和温度之间的关系及变化趋势并不完全相同，因而这种差别可用于物质的分离和提纯，并成为一种普遍实用的方法。从溶解到结晶成为一种应用广泛的分离提纯方法，其间的逻辑关系和认知发展途径的脉络，十分清晰。这种思维训练，在初等化学教学中，溶液是非常难得的学科载体之一。如果只关注溶液浓度换算、溶解度计算和容量瓶配制一定质量浓度的溶液实验中的基本操作，学生不可能真正领会这个知识板块