《高中化學實驗改進探索研究——濃硫酸與木炭反應》研究述評

羅美園

【摘要】本文從文獻研究入手，基于中國知網1997-2018年的6篇與濃硫酸與木炭反應實驗的改進研究相關的文獻，按時間順序，對其研究概況進行統計分析，從實驗裝置、實驗改進效果兩個角度對課本濃硫酸與木炭反應實驗進行綜述，著重分析實驗改進的注意事項，最后結合文獻綜述對濃硫酸與木炭反應實驗的改進提出建議。

【關鍵詞】中學化學;濃硫酸與木炭反應;實驗改進;研究述評

一、問題的提出

隨著新課程標準的全面實施，實驗教學日益重要，人教版教科書中編入了大量的演示實驗，這些實驗既激發了學生的求知欲，又調動了學生學習化學的積極性。然而，有些實驗的演示現象和環保教育等方面仍有完善的空間。如濃硫酸與木炭反應的實驗，對濃硫酸的強氧化性、脫水性、吸水性、酸性等知識，在現行教材用很少的篇幅來講解，相關的實驗亦少，這給學生理解濃硫酸的性質增加了難度。為此，我們對濃硫酸與木炭反應實驗裝置作了一定的改進，并將實驗的內容進行必要的延伸和拓展，取得了較好的教學效果，對化學實驗課的有效教學具有一定的參考價值。

二、濃硫酸與木炭反應實驗的改進的研究概況

1.課本實驗改進研究趨勢統計

本文從文獻研究入手，以“實驗改進”“濃硫酸與木炭反應”作為關鍵詞進行組合，檢索1994-2018年以來中國期刊網上相關的期刊文獻、碩博士論文以及學術會議記錄，重點關注“實驗改進”在中學化學實驗中的相關研究概況。截止2018年8月，共得6篇文獻，其中包括期刊文獻6篇，碩士論文0篇，會議記錄0篇、博士論文0篇。以下是按年份對論文數量進行統計得出：在1994年至2018年24年間，有關濃硫酸與木炭反應實驗研究文獻數量總體趨勢平穩，說明了隨著課堂轉型與核心素養的培養，更多教學工作者意識到可以引導學生通過對化學反應實驗原理的深入理解，改進實驗從而提高學生的設計實驗和探究實驗的能力在教學中的重要意義，也對綠色化學給予更多的關注。通過統計分析，1994年以來，對于濃硫酸與木炭反應實驗的研究論文數量極少，以研究簡單的尾氣處理改進為主;2002年后，化學教學工作者對實驗改進側重于探究原理，并以原理為基點，側重現象明顯，省時高效、過程無污染，整套裝置可重復使用。此外，濃硫酸與木炭反應實驗的教學研究文獻多發表于《中學化學教學參考》《實驗教學與儀器》等專門學科期刊上;2013年首次出現綠色化學概念的實驗改進，這是一個新的突破。

2.濃硫酸與木炭反應實驗改進的研究內容分布

在研讀以上文獻的基礎上，總結歸納有關濃硫酸與木炭反應實驗改進的研究文獻內容，統計發現，在1994-2018年8月的6篇文獻中，主要涉及了三個方面的實驗改進，分別是：一、實驗儀器的改進;二、實驗藥品濃度的改進;三、反應條件的改進。通過統計我們可以看出，濃硫酸與木炭反應的實驗改進研究相關文獻中，實驗儀器的改進是最多教學工作者關注的一部分，有4篇文獻，約占總數的67%;其次是實驗藥品濃度的改進和反應條件的改進，各有1篇文獻，約占總數的33%。關于濃硫酸與木炭反應實驗改進對藥品和反應條件的改進，極少人關注，僅找到2篇文獻。分析其原因是由于教材中濃硫酸與木炭反應實驗的反應原理較簡單，實驗藥品濃度易配制且實驗條件要求低，課程課標等的相關要求不高，導致教師對于這兩方面的教學研究有所忽略。

3.濃硫酸與木炭反應實驗改進詳細分析

根據對文獻資料研究并將其進行分類，統計其涉及到的分析類型，統計結果顯示，關于儀器改進研究是最多研究者關注的，總共有4篇文獻涉及到，4篇文獻全部涉及發生裝置和尾氣處理裝置的改進。此外，氣體產物的收集也較受關注，總共出現了4篇文獻涉及到，其中1篇為教學反思論文。關于藥品改進和反應條件改進的教學研究文獻，則比較少，各出現了1篇?？梢?，目前關于實驗改進的研究集中在發生裝置和尾氣處理裝置，對于藥品濃度、反應條件分析則沒有進行更深入的探討。

三、濃硫酸與木炭反應實驗改進的綜述

前文提及到在所查閱到的文獻中，關于藥品濃度、反應條件分析研究的文獻較少，大部分的實驗改進更著重于儀器改進研究。本文選取濃硫酸與木炭反應實驗改進兩個重點，分別是實驗儀器改進、反應條件的改進，經進一步進行文獻綜述，以時間為順序，對兩個問題的改進方法進行內容分析，并在此基礎上簡述實驗改進的原則，以解決未來進行課本實驗改進過程中的幾個難點。

關于濃硫酸與木炭反應實驗，高中化學教材中必修一設置了該實驗，對該實驗步驟有較簡單的介紹，課標也僅對學生做了解要求，因此教師對于這方面的教學往往是點到即止。在搜索到的篇文獻中，有18篇文獻是專門探討儀器改進，主要包括發生裝置、性質檢驗裝置、氣體收集尾氣處理。通過對文獻資料的研究和多次實驗，筆者創造性地利用培養皿完成濃硫酸與木炭反應的微型實驗。

《碳與濃硫酸反應》改進實驗

1.改進的實驗對象

必修I課本第102頁第二段中加熱盛有濃硫酸和木炭的試管，碳就被氧化成二氧化碳，而硫酸被還原為二氧化硫。C+2H2SO4=CO2↑+2SO2↑+2H2O

2.改進實驗的原因

（1）課本中只用一句話來描述濃硫酸和木炭的反應大致過程，無詳細的圖示實驗過程，存在實驗空白。

（2）濃硫酸具有強氧化性和強酸性，是危險藥品。在加熱時若受熱不均勻或者其它操作不當，容易發生濃硫酸外濺，發生危險事故，存在安全隱患。

（3）反應產物之一是二氧化硫，該氣體是無色，有刺激性氣味的有毒物質。

（4）該實驗需要加熱條件，反應物濃硫酸是具強腐蝕性的危險藥品，且產物二氧化硫污染空氣。

3.改進實驗的目的

將實驗改進得更為安全，簡單易操作，現象明顯，便于教師在課堂中演示實驗。

4.改進實驗的原理

（1）該實驗需要加熱條件。使反應體系的溫度升高，加熱濃硫酸或加熱木炭都可以達到目的。選擇加熱木炭更安全。

（2）該實驗的產物之一有毒氣體SO2具有還原性，使用具有強氧化性的酸性高錳酸鉀溶液證明SO2 的存在并除去。

5.實驗器材

培養皿1個、小燒杯1個、大燒杯1個、酒精燈1個、坩堝鉗1個。

6.實驗藥品：濃硫酸、酸性高錳酸鉀溶液、木炭。

7.實驗步驟

（1）培養皿中加入適量的酸性高錳酸鉀溶液。將盛裝有濃硫酸的小燒杯放入培養皿中。

（2）酒精燈加熱木炭至紅熱后放入小燒杯中，迅速將大燒杯倒扣在培養皿中。反應過程中觀察實驗現象。

8.實驗過程圖示

9.該實驗改進前后對比

四、思考與啟示

對所得到的文獻進行研讀統計后，我們對濃硫酸與木炭反應實驗改進中的兩個改進內容進行綜述，并提出了以下的思考，以供參考。高中化學實驗改進需符合以下基本原則：力求簡明、直觀，排除危險，確保安全，多使用生活素材，需引起學生的學習興趣。實驗改進的基本立足點應是“綠色化學”，即利用化學學科的優勢，倡導發展微型實驗，增強學生環保意識。

五、未來化學實驗教學方向的展望

中學化學課程中，實驗在教學中占有較大模塊。同時實驗能及時給學生提供必要的化學事實，使學生獲得正確、系統的知識和實驗技能。準確熟練駕馭實驗的綜合教學能力，是中學化學教師的必備能力。改進某些有一定缺陷的實驗，朝著節能少耗，高效無污染方向發展，使相應的實驗更完善，同時讓化學學科觀念和思想在學生的觀察、思考、分析、總結歸納中潛移默化地構建，這才是教師費心改進實驗的初衷。

參考文獻：

[1]李自修.借助儀器裝置培養創造思維能力[J].化學教學，1997（3）.

[2]李繼文.談談設計實驗方案的嚴密性——與《濃硫酸和木炭反應實驗方案設計》商榷[J].化學教學，2002（12）.

[3]劉寶國.濃硫酸和木炭反應實驗方案設計[J].化學教學，2002（6）.

[4]萬平.微型化學實驗[M].中國石化出版社，2009.

責任編輯? 鐘春雪