化学实验失败的客观性原因

一、化学实验失败的客观性原因

(一)仪器精密度的因素

在高中化学实验中,常用仪器可分为普通仪器、称量仪器、计量仪器、投影仪器、电学仪器等,其中有些仪器是有一定精密度的,而仪器的精密度能决定一些化学实验的成败,特别是定量实验。但是,往往有精密度不符合要求的仪器进入实验室或由于使用与保管不当,其精密度降低,如果使用这些仪器做实验,将会给实验结果带来一定的影响。

例如,硫酸铜晶体结晶水含量的测定实验。有的学生如果使用刀口已被磨损或锈蚀的托盘天平去称量瓷坩埚和硫酸铜的质量,实验将会出现很大误差,结果导致该实验失败。

(二)试剂纯度的因素

化学试剂的规格是按不同的纯度来决定的。我国国产试剂的纯度规格,按国家标准主要分为4级,分别为优质纯(G.R)、分析纯(A.R)、化学纯(C.P)和实验试剂(L.R)。此外,还有基准试剂、光谱纯、生物试剂、工业试剂等。需要指出的是,同种规格的不同试剂所含有效成分也各不相同。例如,同是化学纯试剂,碳酸氢钠含NaHCO3为99.8%,而无水硫酸锌含ZnSO4不少于98%,亚硫酸钠含Na2SO3只有90%。各种试剂每一规格的纯度、杂质允许的最高含量、试验方法,以及包装、标签颜色等均由国家统一规定。

不同的实验对试剂纯度的要求不同。有些化学实验对试剂的纯度要求较高,若试剂纯度不够,结果将导致实验失败。

例如,在中学化学实验中,验证蔗糖不发生银镜反应的实验。

蔗糖是二聚糖,是不会发生银镜反应的。但演示实验时,有的教师用市售蔗糖做实验,即使不加酸水解也能发生银镜反应。这是因为市售蔗糖往往混有葡萄糖以及长期存放可能有少量蔗糖水解的产物(葡萄糖和果糖)存在。因此,在做此实验时就不能使用市售蔗糖,而应选用纯度较高的分析纯试剂。

也有个别化学实验对试剂的纯度要求较低,试剂纯度高了,反而会影响实验正常进行。

例如,在中学化学实验中,氢气的制取和性质实验。在做该实验时,有的教师、实验员、学生(包括大学生)都用稀硫酸与化学纯或纯度更高的锌粒发生反应,其反应速率非常缓慢,原因是在锌粒表面存在过电位的影响。不知选用纯度较低的粗锌粒,或在稀硫酸中加入几毫升硫酸铜溶液,这样反应速率就会大大加快,不至于影响实验进程。加硫酸铜溶液后,可形成原电池,降低锌粒表面过电位,使锌与稀硫酸反应更快。

(三)副反应的因素

在化学反应中,尤其是有机化学反应中,除发生主反应外,还伴有副反应发生,其结果往往影响主反应呈现的实验现象,导致实验失败或实验现象不真。高中有机化学实验,副反应多,速度慢。因此,寻找反应的最佳条件,提高反应的再现率,加快反应速度,应是重要的探讨内容。[1]

例如,在中学化学实验中,甲烷的制取和性质实验。有的学生将制出的甲烷气体直接通往酸性高锰酸钾溶液中,结果溶液褪色,导致实验失败。其原因是发生了副反应,生成一些还原性物质(如丙酮、乙烯等)的影响。在实际实验操作中,应将制出的甲烷气体预先通入盛有浓硫酸的洗气装置中,除去副反应所生成的还原性物质后,再进行甲烷的性质实验。

又如,在中学化学实验中,氧气的制取和性质实验,其制备方法之一是用氯酸钾和二氧化锰的混合物在加热的条件下制取氧气实验。该实验中有时产生粉红色的物质和有刺激性的气体,这些都是该实验中副反应的产物。该实验反应很复杂,涉及的反应如下。