運用創(chuàng)新技法設(shè)計探究硝酸氧化性實驗

　　摘要：化學(xué)實驗是化學(xué)教學(xué)中一個非常重要的環(huán)節(jié)，對化學(xué)實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新設(shè)計體現(xiàn)了教師和學(xué)生的智慧，對師生創(chuàng)新能力的提升作用很大。創(chuàng)新技法可以使創(chuàng)新過程少走彎路，為改進(jìn)實驗提供思考的方向，起到事半功倍的效果。在創(chuàng)新技法的指導(dǎo)下，運用組合技法和缺點列舉技法，設(shè)計探究硝酸氧化性實驗，取得較好的效果。
　　關(guān)鍵詞：創(chuàng)新技法；組合技法；缺點列舉技法；硝酸氧化性
　　文章編號：1005–6629（2016）12–0050–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
　　當(dāng)代科學(xué)創(chuàng)始人默頓認(rèn)為，人類創(chuàng)造發(fā)明也是有規(guī)律可循的，對同一研究目標(biāo)常有許多人在同一跑道上競爭，而最先到達(dá)終點的天才，只是在發(fā)明過程中發(fā)揮更大的創(chuàng)造力，在運用創(chuàng)新方法上勝過了別人[1]。創(chuàng)新技法可以使創(chuàng)新過程少走彎路，為改進(jìn)實驗提供思考的方向，起到事半功倍的效果。
　　1 中學(xué)常用的實驗創(chuàng)新技法
　　常用實驗創(chuàng)新技法有組合技法、缺點列舉技法、比較技法、替代技法等[2]。組合技法指將一些相關(guān)的化學(xué)實驗按某種關(guān)聯(lián)因素或特征進(jìn)行新的組合，構(gòu)成新的實驗。如利用組合技法，將某種氣體的制備與性質(zhì)探究結(jié)合起來，一次完成全部實驗。
　　缺點列舉技法指通過發(fā)掘現(xiàn)有實驗的缺陷，且一一列舉出來，然后提出改進(jìn)或革新的一種技法。如利用缺點列舉技法，列舉某種會產(chǎn)生倒吸裝置的各種缺點，然后逐一改進(jìn)缺點，設(shè)計出各種防倒吸的實驗裝置。
　　比較技法指通過控制反應(yīng)條件，研究某一個因素對實驗的影響。如利用比較技法，控制濃度、溫度、催化劑等變量中的一個變量，研究外界因素對化學(xué)反應(yīng)速率或平衡移動的影響。
　　替代技法指根據(jù)反應(yīng)原理，用一些簡單、易得的儀器替代一些復(fù)雜的儀器，取得同樣的實驗效果。如利用替代技法，在研究啟普發(fā)生器特殊構(gòu)造的基礎(chǔ)上，設(shè)計各種啟普發(fā)生器的替代裝置。
　　有些化學(xué)實驗由于受條件的限制，無法做到或做不成功，需要借助模擬實驗來提供學(xué)生熟悉的生動的感性材料，從而達(dá)到揭示問題本質(zhì)的目的。如利用模擬技法，用物理實驗室中的高壓靜電放電裝置，模擬閃電固氮過程。
　　逆向技法指改變一般思維程序，即把事物反過來看，見人之未見，思人之未思，并由此解決問題，產(chǎn)生新的思路。如證明水的組成常用電解水的方法，也可以逆向思考，從氫氣在氧氣中燃燒生成水來證明。
　　強化技法指在實驗中強化關(guān)鍵部分，忽略次要部分。變看不見為看得見，變無聲為有聲，變無色為有色。通過外在的現(xiàn)象，找到內(nèi)在變化的本質(zhì)。如氫氧化鈉和鹽酸反應(yīng)沒有明顯的現(xiàn)象，常用滴有酚酞的氫氧化鈉溶液和鹽酸反應(yīng)，通過顏色變化證明二者發(fā)生了反應(yīng)。
　　下面列舉組合技法和缺點列舉技法在探究硝酸氧化性的實驗中的應(yīng)用。
　　2 組合技法在探究濃、稀硝酸氧化性中的應(yīng)用
　　將已有的化學(xué)實驗按一些共同特征或功能進(jìn)行合理組合，使其具有某種新的功能也是對原有化學(xué)實驗的一種創(chuàng)新。利用組合技法，設(shè)計鋅與濃、稀硝酸反應(yīng)的實驗。
　　2.1 一般做法
　　多數(shù)教師依照教材建議，選擇較不活潑金屬銅分別和濃、稀硝酸反應(yīng)，來探究濃、稀硝酸的氧化性。若能反應(yīng)，說明硝酸中+5價的N元素表現(xiàn)出強氧化性。這種直奔主題的做法凸顯的是結(jié)論，缺少探究過程，不符合學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣和學(xué)習(xí)心理。
　　2.2 創(chuàng)新思路
　　思考1：學(xué)生已知濃硫酸中+6價的硫元素表現(xiàn)強氧化性，稀硫酸中+1價的氫元素表現(xiàn)弱氧化性。學(xué)生從已有經(jīng)驗出發(fā)，會類比出硝酸的氧化性與硫酸的氧化性相似。鋅既能被硝酸中+1價的氫元素氧化，也能被+5價的氮元素氧化，所以選擇鋅與硝酸反應(yīng)比選擇銅更合理，更有探究和思考的空間。
　　思考2：鋅與濃硝酸反應(yīng)時產(chǎn)生紅棕色氣體，現(xiàn)象明顯。鋅與稀硝酸反應(yīng)時現(xiàn)象較復(fù)雜，剛開始出現(xiàn)紅棕色氣體，慢慢在液面上方氣體顏色變淺，該氣體是一氧化氮還是氫氣無法說清楚，而且不易被堿液吸收。能否運用組合技法，將這兩個反應(yīng)進(jìn)行有效組合？
　�。�1）反應(yīng)試劑組合
　　鋅和濃、稀硝酸都能反應(yīng)，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行濃硝酸逐漸變成稀硝酸；濃硝酸還原的產(chǎn)物能排走空氣而不干擾稀硝酸的還原產(chǎn)物。考慮到這些相關(guān)因素，可用過量的鋅和濃硝酸一組試劑代替鋅和濃、稀硝酸兩組試劑進(jìn)行反應(yīng)。
　�。�2）氣體吸收組合
　　濃硝酸生成的二氧化氮能被氫氧化鈉溶液吸收，但稀硝酸生成的一氧化氮不能被氫氧化鈉溶液單獨吸收。過量的鋅和濃硝酸反應(yīng)，開始生成的二氧化氮和隨后生成的一氧化氮組合起來，一起被氫氧化鈉溶液吸收，收到一舉兩得的效果。
　�。�3）實驗裝置組合
　　在反應(yīng)試劑和氣體吸收組合的基礎(chǔ)上，可選擇具支試管和雙球干燥管這一套裝置來完成鋅與濃、稀硝酸的反應(yīng)及尾氣吸收實驗。為了探究鋅與稀硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物，需將無色氣體與氧氣接觸，較簡單的方法是通入氧氣。再利用組合技法，將過氧化鈉和水反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣通入反應(yīng)裝置中，實現(xiàn)反應(yīng)裝置和產(chǎn)物驗證裝置的有效組合。
　　2.3 創(chuàng)新實驗
　�。�1）實驗裝置：如圖1所示。
　　（2）實驗過程
　�、俳雍醚b置，檢查裝置氣密性。
　�、趭A緊彈簧夾。
　�、巯蛐≡嚬苤屑尤雰伤幊走^氧化鈉固體，滴管中吸滿水。向大試管中加入四顆鋅粒（確保金屬鋅過量），加入兩滴管濃硝酸（2：1），快速塞緊雙球干燥管。
　　可以看到反應(yīng)較劇烈，產(chǎn)生大量的紅棕色氣體。2分鐘后氣體顏色明顯變淡，4分鐘后顏色較淺。此時將膠頭滴管內(nèi)的水加入小試管，打開彈簧夾，過氧化鈉和水反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣進(jìn)入大試管，大試管內(nèi)氣體顏色立刻由淺變深，證明稀硝酸的還原產(chǎn)物為NO氣體，而不是氫氣。

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