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化学实验论文范文

2017-12-05 15:21:59  字体:   打印 收藏 

摘 要:有关化学实验改革的想法与建议 摘 要:关于化学实验在化学专业训练和化学教学中的作用,化学界和教育界早已达成共识,不必再加以论证.但是近年来在化学教学中,特别是初等化学实验教学中,由于不能引起学生的探究热情,再加上实验经费不足、笔试问卷中难以全面考

关键词:化学实验论文范文


  有关化学实验改革的想法与建议

  摘 要:关于化学实验在化学专业训练和化学教学中的作用,化学界和教育界早已达成共识,不必再加以论证.但是近年来在化学教学中,特别是初等化学实验教学中,由于不能引起学生的探究热情,再加上实验经费不足、笔试问卷中难以全面考核等原因,它在化学教学中的作用正日益下降.学生实验能力不能达到课程大纲的要求的后果,不仅体现在国际国内的各种化学竞赛成绩中,而且体现在中学生对化学学习兴趣的普遍下降,更为严重的是,它将影响到我国新世纪公民的基本素质.在我们研讨如何进行21世纪的教学改革,尤其是基础化学教学改革时,不可忽视化学实验教学改革问题的迫切性与艰巨性.

  关键词:化学论文

  初等化学的主要任务是进行化学学科的启蒙教育,它之所以必不可少,在于它的研究对象、研究方法和学生已经学过的物理学、生物学、以及不很系统的天文学和自然地理学有所不同。化学以与人类社会物质生活紧密相关的化学物质为主要研究对象。这里所说的化学物质,不仅包括已经存在于自然界的化学物质,还包括自然界并不存在的,由化学家以现有物质为原料制造出来(或未来可能制造出来)的新物质,而且后者的数量和所能体现的功能将远远超出前者。所以化学研究不仅着力于发现,还致力于创造,最能体现出人类的智慧和创造力!更为令人感到神奇的是,对于数量近于天文数字的化学物质,其组成和结构的研究可以归结为对总数约百个左右化学元素性质的认识和反应性能的调控。化学元素之间的结合规律——化学键理论并不复杂,当化学物质的组成比较复杂时,组成元素原子之问的空间排布对原子之间相互作用的影响——化学结构理论,也不很复杂。化学键理论和化学结构理论可以帮助我们认识或预见化学物质间存在差异性的物理因素,但是至今尚无法对这种差异导致的物理性质和化学性质的差别作出比较完备并可靠的判断或推测。所以化学的学科研究工作中除去理论方法的研究外,无不依赖实验工作来完成,这是化学至今仍然是一门实验性科学的原因。

  基于以上的原因,由于化学物质数量庞大,反应类型虽然屈指可数,但是反应过程及产物对外界条件甚至反应物本身的状态(例如固体的分散程度、溶液的浓度等)却十分敏感,甚至接近几乎无规律可循的情况。这从另一个角度表明了化学是一门正在发展中的科学,是一门基于百十个化学元素,而作为研究对象的化合物却可能达到1014量级(目前已知的化合物数仍在107的量级)的科学。因此从组成结构和性质问都存在差异的近乎天文数字的研究对象中,探索具有普适性的客观规律是一项正在进行且远未完成的艰巨任务。众多的机会和严峻的挑战,意味着化学是一门正在蓬勃发展的基础科学,也正是化学引人入胜之处。但是对于初学者而言,虽然所涉及的化学知识和化学物质并不很多,却很难做到像初等物理学那样依据为数不多的基本定律,就可以认识并探究大量相关的物理现象,初学者因此感到困惑的反映,应当认为是合理的。这是初等化学教学中必须着重研究和力求解决的问题。也许是为了减轻学生学习时出现的困惑,很多没有经过大量实验事实证实的、以偏概全或概念模糊的所谓“规律”,在正式教材中虽然罕见,但在坊间出版的教辅一类学习材料之中却屡见不鲜(有的甚至自诩为“应试宝典”)。这种做法,不仅不能真正解决初等化学教学中的困惑,而且由于模糊了对化学学科任务和方法的认识,对于化学教学特别是后继课程的学习,将会导致不必要的困扰。把“例外”作为某些“规律”失效时的借口和师生们由此感到尴尬的心态,只会留下事与愿违的遗憾。我认为在解决这个问题的过程中,厘清学科概念和某些规律的理论或实验依据是关键的一步,应当引起我们的重视。只要我们肯于面对问题,有关的实例并不难找到。把金属活泼性和反应激烈程度想当然地直接相关联,就是问题之一。

  1 金属化学活动性和反应激烈程度没有必然的相关性

  金属活动次序在初等化学中是一个有趣,而且运用时比较得心应手的重要知识点。首先因为元素周期表中金属元素的数目远远超过非金属元素,除去汞外,它们的单质在通常条件下均呈固态,可以直接观察和测量的方面比较多;其次因为它们的盐溶于水中后大都会发生电离,这时将以离子形式存在。用简单的试管实验,就可以通过A金属元素的单质是否能够与B金属元素的离子发生置换反应来比较A和B金属的氧化还原性(或日金属活动性)的强弱。实验要求的技能水平很低,实验现象却十分明显。置换反应发生时,产物首先沉积在金属性较强的金属表面上,底物表面和沉积在反应区的置换产物的形貌、颜色,甚至于变化过程都可以清晰地观察到,足以引起实验者极大的兴趣。由此扩展得出的包括十几个常见金属元素的金属活动次序,不仅应用起来得心应手,读来更是朗朗上口,便于记忆,因而成为初中化学中最为师生喜爱的一个知识点。

  在综合几个典型的金属置换反应的实验现象时,教学中把金属的活动性和置换反应发生时的“激烈程度”相关联的做法很普遍,甚至认为二者存在必然的相关性。虽然实验中确实可以观察到金属钠和水作用时的“激烈”和锌、铁置换硫酸铜或硝酸银中的铜或银时的“平静和缓”,以及在和盐酸作用时,锌片上产生氢气的“激烈程度”可能高于铁等等,似乎上述的关联并没有什么问题,反而有利于学生强化对金属活动次序的记忆。但是从化学学科概念来看,尽管上述实验现象都是事实,仍然应当承认这种关联在基本概念上是不存在的,即反应激烈程度和金属化学活动性没有必然的相关性。先入为主的错误认识,会对后继学习产生负面的影响。这值得引起我们的注意。

  金属活动次序是从实验中得出的经验规律,在电化学完成了对氧化还原电势的理论构建和实验测量方法的规范化之后,得到了证实和完善。不仅对原有顺序作了必要的调整,而且使得一些无法通过简单置换反应进入金属活动次序的金属元素找到了它们在序列中的“位置”。此外还可以通过简单的计算确定金属离子浓度、温度和介质酸碱性对金属元素在序列中位置的影响。氧化还原电势的差别,是推动电子发生定向转移的推动力,也就是在初等化学中所说的活动性。但是反应速率(激烈程度)却是由单位时间内氧化剂从还原剂得到的电子数量决定的。亦即和固态反应物的表面状态(包括少量外来或内含的杂质的种类及分布,产物形态等)有关,二者并不存在必然的相关性。例如(还原)铁粉不仅在酸中能够迅速溶解,甚至在空气中可以自燃,改用质量相同的铁片或铁屑时,在相同的条件下就观察不到类似的现象。和电池放电情况很相似,两极间的电流是由外电阻的大小决定的,并非电池两极电势差越大,电流值就一定越大。所以应当严格区分决定金属元素的氧化还原电势差的热力学因素,和影响反应速率的动力学因素。类似的情形在日常生活中也可以找到,由此可见,区分事物的起因和过程,分别采取不同处理方法的思维训练,有利于提高学生的科学素养。三维教育目标在此也得以体现。

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