选修课中微型绿色化学实验的探索和实践

选修课中微型绿色化学实验的探索和实践
选修课中微型绿色化学实验具有仪器容量小、药品用量少、操作简单、实验过程快、现
象明显、实验成功率高、节省实验时间、安全性高、操作性强、污染低或无污染、趣味性高
等优点。有利于实验课的开设，提高学生动手操作的机会。采用微型实验改进化学实验教学，
将实验微型化、趣味性、节能化、环保 化和创造性融为一体，有利于培养学生良好的环保
意识、资源意识、安全意识、创新意识。注射器是一种普通的医疗器械，但它在化学实验装
置和习题中出现得越来越多，如2008年上海高考化学试题的26题就是利用注射器来考查实
验的创新能力。我在平时化学实验中，巧用注射器改进实验方法进行微型绿色化学实验方面
做了一些尝试和整理，和各位同仁一起探讨和研究。

一、实验改进
1.氨气喷泉的微型实验
(1)设计意图
氨气的喷泉实验是高中化学的重要演示实验，教材中实验装置如图所示。该实验操作要
求老师课前预先收集好氨气，到时课堂再做演示，由于氨气易扩散，如果当时制取氨气教室
通风不好，容易泄露氨气，造成污染，如果将实验改进成将氨气的制备和氨气的喷泉实验结
合在一起的二合一微型实验装置，操作简单，成功率100%，也非常适合于学生分组实验。

(2)改进的实验装置
(3)实验说明
①装置中所用的仪器是医用一次性注射器，在去掉活塞的注射器针筒中注入生石灰，
用另一注射器吸入浓氨水，将注射器内的浓氨水注入针筒内，浓氨水遇生石灰迅速产生氨气，
将上部注射器活塞上推。

②用注射器吸入一定量酚酞试液，将注射器针头刺入含有大量氨气的针筒内，尽可能
将针头全部插入注射器，再轻推注射器活塞，将少量酚酞试液注入注射器针筒内，针筒内很
快就形成红色喷泉。

③该实验操作简单，现象明显，针筒不需干燥，适合学生的分组实验使用。
2.空气中氧气含量的测定
(1)设计意图
空气是学生从化学角度认识的第一种物质，了解空气的成分并通过实验探究空气中氧气
的体积分数是《化学课程标准》的重要内容之一，引导学生认识和探究身边的化学物质，了
解化学变化的奥秘，激发化学学习的兴趣，是初中化学教学 的重要内容。按照人教社初中
化学课本上的实验装置测定空气中O2含量时，如图，存在以下问题：容器较大，容积5等
分存在一定误差;所需红磷较多;水位上升位置误差较大。为了简化实验操作，减小误差，可
对该实验作如下改进。
(2)改进的实验装置
(3)实验说明
①用试管作反应容器，磷的燃烧均在密闭容器里进行，可防止白烟污染空气。用20mL
注射器(活塞事先处在10mL刻度处)测量磷燃烧消耗的氧气体积。

②操作：A.检查装置的气密性。B.装药品，连好仪器。C.夹紧弹簧夹，加热白磷，观察
现象。D.燃烧结束，试管冷却后松开弹簧夹，可以看到活塞慢慢左移到2mL刻度处，说明
空气中氧气的体积分数为1/5。

3.铜与稀硝酸反应的实验
(1)设计意图
课本中的铜与稀硝酸反应的实验是在试管中进行的，其缺陷有：生成的一氧化氮气体的
无色不易观察;无色气体变为棕色的界限不清。如果将注射器引入实验中，可以让装置密封，
气体不能外逸，便于学生观察NO为无色气体，一氧化氮的生成与一氧化氮的转化可以(即
生成二氧化氮)分阶段进行。

(2)改进的实验装置
(3)实验说明
①拔下注射器内的活塞，向注射器的玻璃筒内放入少量已绕成螺旋状的细铜丝。
②装上注射器的玻璃活塞，推动活塞排尽玻璃筒内的空气，吸入少量的稀硝酸。并让
学生观察实验现象。

③待注射器玻璃筒内的无色气体的体积约为2ml时，取下橡皮塞，拉动活塞吸入少量
的空气后再迅速在注射器的针头部位塞上事先配好的橡皮塞。并让学生观察实验现象，会看
到有红棕色气体产生，现象明显。

④将氢氧化钠吸入注射器内，将剩余溶液和有毒气体除掉。
4.Fe(OH)2的制备
(1)设计意图
氢氧化亚铁的制备原本是教师演示实验，教材演示实验中出现的违反常规的操作(即滴
管插入液面下)肯定会引起学生的疑惑，这恰恰正是探究的绝佳素材;而且按照教材中的要求
制备氢氧化亚铁，很难观察到理想的实验现象，白色沉淀中往往夹杂着灰绿色，几乎分辨不
出。教材由此要求学生推理出氢氧化亚铁很不稳定，很快被空气中的氧气所氧化，这难以使
学生信服，影响了学习效果。此实验若采用注射器来完成，则效果明显。

(2)改进的实验装置
(3)实验说明
①用甲注射器吸入约10mlFeSO4溶液，并将针头插入胶塞封闭。
②用乙注射器吸入约10ml氢氧化钠溶液。
③将乙注射器中的氢氧化钠溶液慢慢推入甲注射器中，可看到甲注射器内生成白色沉
淀。

④拿掉乙注射器，将甲注射器活塞左移，吸入一定量空气，可观察到白色沉淀变为灰
绿色又变为红褐色的现象。

5.氯气喷泉的微型实验
(1)设计意图
在教学中对于Cl2在有机溶剂中的溶解性教材中没有说明，通过Cl2能与无水乙醇和
NaOH溶液形成喷泉微型实验，使学生亲身体验并认识到Cl2易溶于有机溶剂，同时加深对
Cl2与碱溶液反应的化学性质的理解。

(2)改进的实验装置
(3)实验说明
①装置中所用的仪器是医用一次性注射器，在去掉活塞的注射器针筒中加入约
0.1gKClO3粉末塞上橡胶塞，在另一注射器中吸入少量(约0.5mL)的浓盐酸，将注射器内的浓
盐酸注入加入KClO3粉末的针筒内，KClO3遇浓盐酸迅速产生Cl2气体，将上部注射器活塞
上推，片刻后拔出针头和注射器。

②用注射器吸入一定量无水乙醇，将注射器针头刺入含有大量Cl2的针筒内，尽可能
将针头全部插入注射器，再轻推注射器活塞，将少量无水乙醇注入针筒内，针筒内很快就形
成喷泉。

③该实验操作简单，现象明显，适合学生的分组实验使用。
④NaOH与Cl2的喷泉实验步骤同上。
6.影响化学平衡的条件
(1)设计意图
教材中对于压强对化学平衡的影响，没有实验，不利于学生形成直观的思维。此处如有
实验，则便于学生理解。同时教材中浓度对化学平衡的影响的演示实验又要用到NO2和N2O4，
所以此处可将两个实验放在一起完成，增加课堂教学效果。

(2)改进的实验装置
(3)实验说明
①用一支注射器(50ml或更大些的)吸入约30ml二氧化氮和四氧化氮的混合气体，并将
针头插入胶塞封闭。

②将注射器活塞反复往里推和往外拉，可以观察到随压强变化对化学平衡的影响。当
活塞往外拉时，混合气体的颜色先变浅又逐渐变深。应怎样理解呢?这必然是由于针筒内体
积增大，使气体的压强减小，浓度也减小，颜色变浅。后来颜色逐渐变深，这必然是由于化
学平衡向着生成NO2反应的方向即气体体积增大的方向(每1体积N2O4分解生成2体积NO2)
移动了。当活塞往里推时，混合气体的颜色先变深又逐渐变浅。这必然是由于针筒内体积减
小，气体的压强增大，浓度也增大，颜色变深。由于化学平衡向着生成N2O4的方向即气体
体积缩小的方向移动，因此混合气体的颜色又逐渐变浅了。

③将注射器分别浸入热水和冰水中，请学生仔细观察两次实验中的注射内气体颜色的
变化，并通过与原注射器内颜色相比，说明二氧化氮双聚成四氧化氮是放热反应还是吸热反
应。

二、开展微型绿色化学实验的意义
1.传播绿色化学理念
微型绿色化学实验具有重大的现实意义。用尽量少的试剂做实验，既可节约开支，又能
避免污染环境 ，同时又保证了实验的安全。微型化学实验使用试剂为常规量的(十分之一
——百分之一)，体现了绿色化学预防化学污染的原则，也体现了化学实验由“粗放型”到“集
约型”的发展趋势。

2.转变化学学习方式
开展微型绿色化学实验设计可以给学生提供更多的动手机会，有效增强学生实验的参与
度，促进学生学习化学方式的改变，借助微型化学实验这个平台使学生亲身体验、在实验中
提高、在交流中升华、在解决问题中提高能力、在设计中体验创新。

3.落实新课改精神
微型实验既有助于解决实验仪器、药品的短缺问题，又可以培养学生的创新精神和实践
能力，使学生自觉养成节约意识和环保意识，从而更好地落实新课标精神。

4.开展微型绿色化学实验要探究的问题
(1)由于微型化学设备的微型化，所用药品的微量化，导致了与常规实验在规范化操作
上存在一定的差异。从培养学生基本操作技能的角度讲，微型化学实验存在一定的局限性。

(2)由于微型化学实验与一般实验仪器差别很大，教师在指导微型化学实验时一定要注
意实验条件的探索。如微型塑料型仪器不能加热，塑料本身能与一些化学试剂起反应而使其
应用受到影响。

三、问题与讨论
1.存在的问题
(1)微型实验不适合作为演示实验
由于仪器、装置及实验规模都小，实验的可见度低，如果不采用投影仪等放大实验现象
的补救手段，其不适于用做演示实验。

(2)微型实验不适用于定量实验和对反应条件有一定要求的实验
微型化学实验的反应物及产物的量都小，沾附在容器壁上的药物占整个反应物或生成物
的比偏大，在制备实验、定量实验中因产率过低而使实验无法得到准确的结果。另外，微型
化学实验在搅拌、抽滤、分液、萃取、控温等实验操作上难度较高，学生难以操作。

2.几点建议
(1)一定要注意实验的安全性
化学实验具有一定危险性，任何不当都可能造成不可挽回的损失，因此，微型化学实验
必须在有安全保障和教师的指导下进行。在实验的准备阶段：问题的提出、实验课题设立，
实验物质分析，都要进行必要的安全评估。以避免学生利用微型化学实验手段进行探究时发
生妨碍社会 家庭生活的情况，如中毒、放射性危险、仪器爆炸等不良后果。

(2)强化使用微型化学实验进行研究的目的性
没有目的的实验只是玩。教师不但要让学生学会利用实验进行研究，还要教会学生查阅
科学文献 确定实验目的的方法，以及养成真实记录实验现象和数据的科学习惯。这也是教
师在微型化学实验教学中必须发挥的关键的作用。

此外，还应重视对实验中得不到正确现象的失败原因的分析。化学实验是失败的艺术，
微型化学实验也是培养学生善于找到失败的原因，改进实验器材和方案，这才是最大限度地