高中微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐論文
1 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)( Microscale Laboratory，ML )
崛起于20世紀(jì)80年代的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是國(guó)際公認(rèn)的一種在微型化的條件下對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性變革的新技術(shù)和新方法。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是以盡可能用少的藥品來(lái)獲取最有效的實(shí)驗(yàn)信息，具體講就是藥品用量少(一般為常規(guī)量的1/10~1/1000)、儀器容量小、基本無(wú)污染、操作簡(jiǎn)單、方便省時(shí)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)因其具有減少污染、現(xiàn)象明顯、快速、節(jié)約、安全等優(yōu)點(diǎn)，并以其良好的教學(xué)功能和教學(xué)效果，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革等領(lǐng)域扮演著重要的角色，引起世界各國(guó)化學(xué)界的高度重視。
中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)就是把微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的理念應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，其基本特征是：（1）儀器微型化，藥品用量少；（2）微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單縮微或機(jī)械減量，而是在微型化的條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)重新設(shè)計(jì)與探索，達(dá)到以盡可能少的藥品來(lái)獲取盡可能多的、最為有效化學(xué)信息的目標(biāo)，是在微型化的條件下對(duì)常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性變革。
2 高中微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一些實(shí)踐與探索
近年來(lái)，結(jié)合《中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)踐》課題筆者主要開展了以下四個(gè)方面的一些實(shí)踐與探索。
2．1減量（Reduce）
減量主要是減少藥品的用量，主要是以下2方面：
（1）利用小試管、點(diǎn)滴板、多用滴管、井穴板等微型化的儀器，如高一的《氯、溴、碘的性質(zhì) 氯離子的檢驗(yàn)》、《同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變》、《濃硫酸的性質(zhì) 硫酸根離子的檢驗(yàn)》，高二的《鎂、鋁及其化合物的性質(zhì)》、《乙烯的制取和性質(zhì)》、《鐵及其化合物》、《化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡》等實(shí)驗(yàn)中均以12╳70 mm的小試管來(lái)代替常規(guī)試管。在《乙烯的制取和性質(zhì)》的實(shí)驗(yàn)中，改換反應(yīng)容器后使得乙醇與濃硫酸的混合液由書上的18ml 降為2~3ml。在我們回浦中學(xué)高一有24個(gè)班、高二有24個(gè)班、高三有18個(gè)班，每班每次實(shí)驗(yàn)分成28組。按現(xiàn)有的高二有18個(gè)班來(lái)計(jì)算，每組能節(jié)約混合液15 ml，每班至少可節(jié)約420 ml，高二年級(jí)就可節(jié)約10080 ml。耗時(shí)方面，原來(lái)按書本上要求做，完成性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程一般需十多分鐘。現(xiàn)在只需三分鐘左右即可。由此，還可大大節(jié)約作為能源的乙醇的消耗。
在《濃硫酸的性質(zhì) 硫酸根離子的檢驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)中以6穴點(diǎn)滴板代替常規(guī)試管，尤其在硫酸根離子的檢驗(yàn)中以黑色6穴點(diǎn)滴板代替常規(guī)試管做，由于黑色背景，現(xiàn)象就更明顯，實(shí)驗(yàn)效果也就更好。
�。�2）降低試劑的濃度，如《同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變》這一實(shí)驗(yàn)中的氯水、溴水、碘水的濃度沒有明確規(guī)定。而高濃度的氯、溴對(duì)人身有較大的.毒害。因此，我就把氯水、溴水的濃度盡可能降低，如溴水的外觀由棕紅色稀釋至淡黃色。此外，酚酞、石蕊、品紅、甲基橙等指示劑均適當(dāng)降低濃度，如酚酞、石蕊原濃度為0.5％～1.0％，可減少到0.1％～0.25％，也可以相應(yīng)減少酒精的用量。而硫氰酸鉀、三氯化鐵溶液的濃度則可由0.01mol/L降為 0.005mol/L。以上實(shí)驗(yàn)藥品的減量都增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果。因此，在保證獲取最有效實(shí)驗(yàn)信息的前提下，應(yīng)盡可能地降低實(shí)驗(yàn)藥品用量，減少藥品損耗，預(yù)防環(huán)境污染。
2．2回收（Recycle）
回收主要包括：
�。�1）回收未反應(yīng)的原料、副產(chǎn)物(含“三廢”)，如用KMnO4制取O2所得到的剩余物質(zhì)中主要含有MnO2、K2MnO4和未反應(yīng)掉的KMnO4，這三種物質(zhì)的混合物均可用來(lái)加入濃鹽酸制取氯氣。再如《濃硫酸的性質(zhì) 硫酸根離子的檢驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)中學(xué)生稀釋的硫酸還有剩余，這時(shí)就要求學(xué)生將所剩硫酸集中倒到講臺(tái)上的燒杯里。還有像在《乙烯的制取和性質(zhì)》實(shí)驗(yàn)中，由于最后的混和液中尚有相當(dāng)?shù)臐饬蛩�，就要求學(xué)生集中倒在指定的廢物桶中，處理后再排放。
�。�2）回收催化劑等非反應(yīng)試劑，如《化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡》的催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)中，MnO2 是H2O2分解生成O2的催化劑。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，要求學(xué)生將小試管中的H2O和MnO2 一起倒入指定的回收容器（燒杯等）中，以便集中回收MnO2。
2．3重復(fù)使用（Reuse）
重復(fù)使用主要是將上一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟中剩余的藥品以及回收來(lái)的化學(xué)藥品用到下一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟中或用到其他的實(shí)驗(yàn)中去。如前面提到的濃硫酸稀釋后，不是直接倒掉，而是用到后面的濃、稀硫酸的性質(zhì)比較實(shí)驗(yàn)中去。再如回收的MnO2、K2MnO4和KMnO4用于濃鹽酸制取氯氣的實(shí)驗(yàn)中。這樣，大大減少了藥品用量，提高了藥品使用效率。
2．4盡可能密閉可控、處理尾氣
制備H2S、SO2、Cl2、NO與NO2等氣體，在Cu與硝酸、濃硫酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，往往會(huì)有有毒氣體進(jìn)入空氣而毒化教室、實(shí)驗(yàn)室的空氣，又直接影響師生健康。以銅和濃硫酸反應(yīng)為例，如按照教材上的要求，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組取2ml濃硫酸，每實(shí)驗(yàn)小組產(chǎn)生417mlSO2氣體，以每班分28個(gè)實(shí)驗(yàn)組為計(jì)，全班一次實(shí)驗(yàn)就排放出11.68LSO2氣體。按實(shí)驗(yàn)室平均面積為50m2計(jì)算，實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)SO2氣體的質(zhì)量濃度為3.68mg/m3約是我國(guó)規(guī)定居民區(qū)大氣中SO2平均最大允許質(zhì)量濃度0.15mg/m3的28倍。而每個(gè)年級(jí)有一、二十個(gè)平行班，連續(xù)做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室里SO2的濃度會(huì)更大。因此，在這類實(shí)驗(yàn)中除了安裝尾氣處理裝置外，還要盡可能使整個(gè)裝置密閉可控。
在高中微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐中，我深深地覺得微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要優(yōu)點(diǎn)有：
�。�1）有利于向?qū)W生傳播綠色化學(xué)的觀點(diǎn)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)減量、減廢、回收等防治污染的重要方法，使他們樹立綠色化學(xué)觀念、保證人類生存質(zhì)量的責(zé)任感。正確引導(dǎo)并妥善處理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的廢棄物（回收、無(wú)害化處理），既提高了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范化，又培養(yǎng)了學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。
（2）有利于學(xué)生把握藥品的實(shí)際用量，培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范化操作，提高實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和實(shí)驗(yàn)效果，從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。
�。�3）有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、實(shí)現(xiàn)人人動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)化動(dòng)手能力的訓(xùn)練、全面提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、樹立提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效益，強(qiáng)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)造能力人才。
總之，中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單微縮，也不是對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，更不是與常規(guī)實(shí)驗(yàn)的對(duì)立，而是在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中貫穿了綠色化學(xué)的思想，有效實(shí)現(xiàn)“盡可能小劑量實(shí)驗(yàn)、省資源、少污染、減成本”，還增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，是對(duì)中學(xué)化學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的改革和發(fā)展。讓我們每一位中學(xué)化學(xué)教師都為此作出新的、更大的貢獻(xiàn)！
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