化学实验失败的主观性原因
(一)实验基本操作不当
在中学化学实验中,属于实验基本操作的内容很多,主要有试剂的取用、称量、溶解、振荡、搅拌、过滤、倾泻、加热、蒸发、结晶、升华、气体的收集与干燥、溶液的配制与稀释、仪器的洗涤与组装等。可见,实验基本操作是构成化学实验活动的基本要素,它对保证实验能够顺利进行起着重要作用。因此,化学实验基本操作是教师和学生必备的基本功,必须学会或达到较熟练地掌握,不然,将会给实验的顺利进行带来一定影响。
例如,在中学化学实验中,经常要用到十字夹的实验操作。十字夹是将夹持玻璃仪器的铁夹固定在铁架台上的一种金属仪器。实验中,有些学生常常将十字夹的虎口朝下,夹持又不紧,造成装置固定不稳或铁夹连同所夹持的玻璃仪器脱落、摔碎,导致实验失败。
又如,检验氢气纯度的实验操作。有的学生在检验氢气纯度时,当听到尖锐的爆鸣声后,未经任何处理,就立即再用该试管重新用排空气法收集氢气,继续检验纯度,结果造成气体发生器爆炸的事故。
(二)仪器选用不当
在中学化学实验中,经常要使用不同的仪器,而不同的仪器具有不同的特性、功能和适用范围;即使是使用同种仪器,但规格不相同,所承受的量也不相同。因此,在做同一化学实验或不同的化学实验时,应根据化学实验的性质、特点以及实验类型选择适当的仪器。否则,将会影响实验的成功,甚至会发生实验事故。
例如,在用氯酸钾和二氧化锰混合物制取氧气的实验中,为了除去二氧化锰中可能含有炭粉、纸屑、油污等还原性物质,以防与氯酸钾混合后在加热条件下发生爆炸事故,实验前应对二氧化锰进行焙烧处理。在学生实验中,学生也知道二氧化锰要进行焙烧处理,但有的学生选用了不能加热的表面皿作为焙烧器皿,结果导致表面皿受热破裂,二氧化锰撒落在酒精灯和实验台上。
又如,金属钠与水反应的演示实验。在一次公开化学课上,有一位重点中学的教师演示了自己改进的实验,即在一只盛有三分之一容积水的平底烧瓶中,滴入几滴酚酞试液,然后投入一小块金属钠,金属钠立即与水反应,浮在水面游动,并发出“咝咝”声,到了反应后期突然发生爆鸣声,险些造成平底烧瓶爆炸。这位教师改进的意图是防止金属钠与水在敞口的烧杯中剧烈反应时所出现的液体外溅伤人,但改进的结果又带来了新的不安全因素。这是因为在小口大容积的平底烧瓶中,金属钠与水反应产生的氢气与瓶内的空气混合,当氢气达到氢气与空气混合的爆炸极限时,钠与水剧烈反应放出热量,使局部温度过高,产生火星,引爆混合气体。
(三)实验装置不当
所谓化学实验装置,是指为达到某种实验目的,而将单个的仪器通过玻璃导管、橡皮管、橡皮塞或铁架台(包括铁夹)等一一连接起来并固定成为一套有机的物体组合体。化学实验仪器的装配、连接得当与否,不仅在造型上给人以一种美感,而且关系着化学实验的成败,同时对实验安全与否,也有很大关系。
例如,氨的喷泉演示实验。一位很有教学经验的老教师,在一次演示氨的喷泉实验时未能成功。其原因是,上课前集满氨气的圆底烧瓶与橡皮塞不配套,即与圆底烧瓶相配的双孔橡皮塞过大,橡皮塞不能被塞入瓶口内的三分之二,而仅被塞入瓶口内的五分之一左右,由于橡皮塞反弹滑出而松动,圆底烧瓶内的氨气外逸,结果导致演示实验失败。
又如,氢气还原氧化铜的实验。学生实验时,有的学生将盛有氧化铜的试管固定在铁架台上,试管底不是高于试管口而是低于试管口,结果使反应中产生的水蒸气在试管口处冷凝后又倒流到试管底部,致使灼热的试管被炸裂。
(四)试剂用量不当
试剂用量是指化学实验中使用试剂量多少的问题。试剂用量不当,通常有两种情况:一是用量过大;二是用量不足。试剂用量过大,是学生在化学实验中经常出现的问题。有的学生认为,实验时,试剂用量越多越好,实验现象就会越明显。恰恰相反,试剂用量过多,不仅影响实验效果,而且造成极大的浪费,有时还会发生事故。
例如,银镜反应的实验。有的学生在制取银氨溶液时,向硝酸银溶液里滴加过多氨水,由于溶液中氨的浓度较大,使平衡难以向右移动,不利于银离子的还原,结果较长时间都不见银镜出现,致使实验失败。
试剂用量不足,同样可能导致实验失败。
例如,铝热剂反应的演示实验。有的教师在铝热剂上堆放的引燃剂(一般可用过氧化钡、镁粉、氯酸钾等混合而成的)用量太少,燃烧后达不到铝热剂反应的温度,结果导致实验失败。
又如,制备澄清的偏铝酸钠溶液时,就不能按三氯化铝与氢氧化钠的物质的量之比为1∶4混合。这是因为氢氧化铝必须在过量的氢氧化钠溶液中才能溶解,即三氯化铝与氢氧化钠的物质的量之比应小于1∶4。
(五)试剂加入顺序不当
两种或两种以上物质间发生反应,其反应现象和生成物一般不会受到试剂加入的先后顺序的影响。但也有一些化学反应,所用试剂加入的先后顺序不同也会产生不同的实验结果,导致实验失败。
例如,苯酚与溴水反应的实验。有的学生错将苯酚溶液滴加到浓溴水中,立即会生成白色的2,4,6-三溴苯酚沉淀后,又快速溶解成黄色的2,4,4,6-四溴-2,5-环二烯酮,结果出现异常实验现象,导致实验失败。
又如,用硫酸铝溶液和氢氧化钠溶液制取氢氧化铝的实验。有的学生错把硫酸铝溶液往氢氧化钠浓溶液中滴加,产生的白色沉淀旋即消失,结果未达到实验的目的。
(六)试剂选用不当
化学实验中,由于学生粗心错选同一试剂不同浓度的溶液,或同一试剂不同外观(如形状、晶型等),结果未达到实验的目的;或者由于学生考虑不全面往往只注意一种离子的特征来选用试剂,而不注意排除干扰因素,导致结果无法判断或结论错误。
例如,铜与浓硝酸反应的实验。粗心的学生错把稀硝酸当作浓硝酸滴入盛有一片铜片的试管里,结果反应极缓慢,而且无红棕色的气体产生,结果未能达到实验的目的。
又如,鉴别硫酸铵溶液和氯化铵溶液的实验。有的学生只选硝酸银溶液为试剂,导致结果无法判断;或者任取一种未知液进行检验,认为产生白色沉淀就是氯化铵,剩下的必定是另一种,往往导致结论错误。
(七)实验条件不当
实验条件通常是指反应物的浓度、温度、介质、压强、催化剂等。化学反应往往只有在一定实验条件下才能显示出预料的结果,否则,将会随着实验条件的不同而发生不同的变化,导致实验失败。
例如,过氧化钠与水反应的实验。有的学生在做完检验产生的气体后,即向试管里滴加酚酞试液,以此来检验反应后的溶液是否是氢氧化钠溶液,结果无色酚酞溶液变成紫红色后又立即褪去。学生则认为酚酞被氧化或者生成物不是氢氧化钠。其实不然,酚酞试液只有在稀碱性的溶液中才变成紫红色,且紫红色保持时间较长;而在浓强碱的溶液(6mol/L以上)中,酚酞试液变成紫红色后很快褪去,成为无色。这是由于酚酞分子结构随着碱的浓度大小而发生下列转化关系。
因为过氧化钠与少量水反应后所生成的氢氧化钠溶液的浓度很大,所以才出现上述的异常现象。因此,做此实验时,应先加较多的水稀释后,再滴加酚酞试液,才能出现正常的实验现象。
又如,制取乙烯的实验。有的学生将盛有乙醇和浓硫酸混合液的试管(其中放有小瓷片)离酒精灯火焰太高,使得混合液的温度长时间维持在140℃左右,而不能迅速升高到170℃,结果产生大量的有特殊气味的乙醚,该实验未能达到预期的实验目的。
再如,甲苯与酸性高锰酸钾稀溶液反应,有的学生未将高锰酸钾稀溶液进行酸化,就与甲苯混合反应,结果出现暗褐色浑浊现象,与预料的实验结果不一样。这是因为甲苯都能被高锰酸钾的酸性溶液、碱性溶液和中性溶液氧化,生成苯甲酸(或苯甲酸盐),而高锰酸钾却被还原为不同价态锰的产物,使溶液呈现出不同的颜色。若在酸性介质中,高锰酸钾稀溶液的紫红色褪去,接近无色溶液(Mn2+);若在碱性介质中,高锰酸钾稀溶液的紫红色变成鲜艳的绿色溶液(MnO4 2-);若在中性介质中,高锰酸钾稀溶液的紫红色变成暗褐色浑浊液(MnO2)。
综上所述,欲保证化学实验成功,达到预期的目的,在实验之前,教师应切实做到以下两点。
(1)坚持亲自准备实验,预做每个实验(包括演示实验和学生分组实验),切实掌握实验的成败关键,熟悉实验过程,过好实验操作关。
(2)针对学生分组实验内容,对实验中可能出现的情况在实验前做必要的讲解或演示,引导学生认真预习实验的有关内容,写好预习报告,让学生做到在实验时心中有数,有的放矢,敢于探究。
只有这样,才可避免化学实验的失败和事故的发生,还能激发学生学习化学的兴趣和热情,培养学生的创新意识和动手能力,提高化学实验教学效果。