新人教版中学化学教材实验改进设计的案例研究

研究新课标和现行高中教材,对教材上原电池实验、“黑面包”实验、氨气的制取与性质实验做如下改进：通过电流传感器探究几种膜电池的性能,选择导电能力更优良的膜,实现原电池的微型化;改进“黑面包”实验的反应装置,让反应在密闭容器中发生,用滤纸条对产物SO₂的各项性质进行检验,统筹设计,实现实验的集约化;改进氨气的相关实验,将制取与性质实验一体化设计,充分利用药品,减少污染,实现实验的绿色化。     

SO2相关实验的一体化创新设计

《普通高中化学课程标准(2017年版)》^[1]中明确提出9项学生必做实验,“不同价态含硫物质之间的转化”为学生必做实验之一。SO₂是一种有刺激性气味的有毒气体^[2],实验装置缺乏密闭性,SO₂气体的逸出威胁着学生和教师的健康;对于高一学生来说,接触的实验较少且比较简单,而SO₂的制备、性质检验及不同价态含硫物质间的转化实验操作量较大。     

Fe3+和Al3+分步沉淀pH曲线的测定与分析

运用pH传感器,测定NaOH溶液分别滴定FeCl₃溶液、Al₂(SO₄)₃溶液以及两者混合溶液的pH曲线。结合理论计算和实验图像分析Fe³⁺、Al³⁺开始沉淀的pH及沉淀完全的pH,通过"宏观-微观-符号-曲线"四重表征分析pH曲线变化,探讨Fe³⁺、Al³⁺分步沉淀的可行性及最佳pH范围。     

“教—学—评”一体化真实情境下的教学——以SO2的学习为例

以葡萄酒中SO₂的作用为真实情境,在真实问题解决的过程中学习SO₂的性质、制备和含量的测定等基本知识。在学习SO₂性质的过程中,建构模型促进学生对化学知识的深度学习。在“教—学—评”一体化的学习过程中强化对高中化学知识的融合与应用,同时发展学生的核心素养。     

基于紫外荧光光谱技术的SO2气体测量实验装置

根据SO₂气体吸收光谱与荧光光谱特性,该文设计了一种基于紫外荧光光谱技术的SO₂气体测量实验装置。该装置利用闪耀氙灯和透镜得到小光束平行光,在荧光反应室内进行SO₂荧光的激发反应,使用光电倍增管探测激发荧光的强度。通过开展不同浓度的SO₂激发荧光强度检测实验,表明SO₂浓度与荧光强度电压信号峰值有良好的线性关系,线性度优于99.9%。通过Allan方差分析,当积分时间为164.7 s时,探测极限为0.79μg/m3,有效实现了低浓度SO₂的检测。该装置结构紧凑、精度高、稳定性好,可用于低浓度SO₂气体的连续测量以及实验教学。     

再探浓硫酸与铜反应实验的设计

2019年人教版高中化学教材中的浓硫酸与铜的反应实验存在一定的不足,在已有改进的基础上,对其进一步改进。改进要点为：用一次性注射器控制铜丝与浓硫酸的接触和分离;使用品红试纸和石蕊试纸检验SO₂;用双联打气球连接T形玻璃管,借此排尽装置中剩余的SO₂。设计的实验装置结构较为简单,现象明显,用时短,绿色环保,适宜课堂实验探究。     

关于乙醇与钠反应产生气体成分的实验探究

围绕基本问题“如何探究乙醇与钠反应产生的气体成分”将实验探究分为3个组成部分:制备并收集气体、改进气体检验装置和优选气体净化装置,并依次展开实证研究;实验表明:用注射器作为乙醇与钠反应的简易装置,并在针头位置安装填充浸有酸性K₂Cr₂O₇溶液硅胶的尖嘴导管可以有效地除去气体中的乙醇蒸汽,用CO₂传感器可以更准确评估乙醇蒸汽的净化效果从而确定气体的成分。     

跨学科设计氢氧化亚铁制备实验

基于氧化还原反应原理，结合生物学知识，设计了制备Fe(OH)₂的新实验：采用简易的套管装置，利用酵母菌呼吸作用去除管内的氧气，综合生物和物理知识，跨学科创造性地在无氧环境中制备Fe(OH)₂。结果表明调控酵母菌量可有效避免制备的Fe(OH)₂被氧化。另外通过改变反应物滴加方式和浓度的试验，解释了Fe(OH)₂沉淀过程中呈浅绿色的原因。新设计的装置能成功制备白色的Fe(OH)₂沉淀，现象清晰，操作简便。     

例析一道非金属知识背景的综合题

题目运用化学反应原理研究氮、硫、氯、碘等单质及其化合物的反应有重要意义.（1）硫酸生产中,SO₂催化氧化生成SO₃:2SO₂（g）+O₂（g）（?）2SO₃（g）,混合体系中SO₃的百分含量和温度的关系如图1所示     

一种简易电解水装置及其多学段应用

电解水实验是一个在初、高中化学课程均有较大教学功能的经典实验。使用载玻片作电解池、铅笔芯作电极、块状电池作电源,制作了一种简易的电解水实验装置。该实验装置成本低廉、组装和操作简单,能够完成水的电解、电解液pH的变化、氢氧燃料电池放电实验,适用于学生实验探究活动。同时,借助手机图像处理技术,估算H₂/O₂体积比。该实验装置有助于满足不同学段的教学需求,发展学生科学思维和探究能力。     

在注射器中进行铜和硝酸反应实验

以注射器作为铜和硝酸反应的主要反应容器,对教材上的铜和硝酸反应的实验装置作了改进,提出了环保设计方案;分析了实验中的注意事项,验证了NO₂的水溶性,实现了在无氧条件下制备NO并验证了NO的性质;实验改进后,现象更直观、明显,且安全可靠、符合环保理念。     

绿色催化剂Al2(SO4)3·18H2O合成乙酸乙酯

酯化反应是高中非常重要的实验,但是浓硫酸作为催化剂存在危险性高、副产物多、环境污染性强等缺点,将常见、便宜、低毒性、具有高效催化效率的Al₂(SO₄)₃·18H₂O作为催化剂,利用无水乙醇和冰醋酸合成乙酸乙酯,反应结束后,Al₂(SO₄)₃·18H₂O通过简单过滤即可回收利用,适合应用于中学课堂实验中。     

利用Ce-Mn/Al2O3复合催化剂降低燃煤中硫排放的综合实验设计

针对燃煤电厂SO₂排放法规日趋严格，而传统固硫剂高温固硫性能差的问题，设计了Ce-Mn/Al₂O₃复合催化剂降低燃煤中硫排放的综合实验。以纳米Al₂O₃为载体，采用共沉淀法制备了Ce-Mn负载型燃煤催化剂，在管式炉中进行高温固硫性能评价实验，采用热重法分析煤粉的燃烧性能，得到反应动力学参数。采用FESEM-EDS、TEM、XRD、XPS对催化剂进行表征。实验结果表明，Ce-Mn催化剂可以显著提高燃煤固硫效果，改善煤粉燃烧性能。该实验不仅能加深学生对脱硫工艺原理和应用的理解，掌握仪器使用、软件绘图和催化剂表征手段，还能增强学生对燃料清洁利用的认识，培养科研思维和创新能力。     

制备Fe(OH)2沉淀实验的项目式教学案例

以“制备Fe(OH)₂沉淀”为任务将教材演示实验设计为项目式学习，可以复习巩固铁及其化合物知识。实验设计从反应原理、药品选取、实验装置改进等方面，将控制变量、发现问题、解决问题、设计实验方案融为一体，落实化学学科核心素养，在实验中实现深度学习。     

利用pH传感器探究酵母菌细胞呼吸的方式

“酵母菌细胞呼吸的方式”是高中生物学“ATP的主要来源——细胞呼吸”一节的重要实验,针对该实验尝试利用pH传感器对酵母菌的细胞呼吸进行实时检测,计算机自动采集数据,自动生成Na₂CO₃溶液pH的变化曲线,能直观地展现出酵母菌在有氧环境和无氧环境下进行呼吸所产生CO₂的细微差别,提升了实验观测效果。     

压强对化学平衡影响的再探究——以■为例

以N₂O₄的解离为例，引入数字化实验进行实验改进，通过分析反应过程中的压力变化曲线来解释“压强对化学平衡的影响”这一重点内容。通过理论计算、实验分析等阐明实验现象背后的真实原因，意在引导教师从辩证的角度更好的利用数字化实验辅助教学，帮助学生深入理解压强对化学平衡影响的本质原因。     

乙炔制备及性质微型实验创新设计两例

分析了人教版高中化学新教材中乙炔制备及性质实验中存在的问题,对试剂和装置进行了改进与创新。改进后的实验充分利用了医用和生活材料,具有新颖、环保和趣味等特点,体现了微型化、一体化的实验设计理念,增强了实验的教学功能。改进后的装置同样适合于二氧化碳等"固液不加热"型气体制备及性质实验。     

基于手持技术的CO2与NaOH溶液喷泉实验探究

喷泉实验操作简单,现象明显,大多数教师一般用水溶性较大的气体(如NH₃、HCl)进行实验,而用CO₂与NaOH溶液进行实验的相关研究较少。借助手持技术和对照实验,直观展现喷泉实验过程中的压强变化,探究NaOH溶液与CO₂进行喷泉实验的合适浓度。     

利用WiFi传感器改进“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验

为缩短光合作用实验时间、简化实验操作并降低数字化实验成本,本文利用WiFi CO₂传感器检测不同光质、光照强度、CO₂浓度条件下绿萝叶片在密闭空间中CO₂含量的变化。     

基于三元整合策略提高学生问题解决能力的高三专题复习研究——以“FeCl3和SO2反应”为例

概述高中学生化学问题解决能力的研究现状,以两道试题为例分析对比,从实验、性质、原理三个角度整合设问的考查要求,提出培养学生问题解决能力的教学关键,引出"实验—性质—原理"三元整合教学策略,阐释其理论依据、具体内涵与教学流程。以三元整合策略为依据,设计并实施"FeCl₃和SO₂反应"的课堂教学,发现学生在三元整合策略指导下的专题复习中更能对新情境进行迁移学习,提高问题解决能力,并为基于三元整合策略的高三专题复习提出教学建议。