高中微型化学实验的实践

1 微型化学实验( Microscale Laboratory，ML )

崛起于20世纪80年代的微型化学实验是国际公认的一种在微型化的条件下对化学实验创新性变革的新技术和新方法。简单地说，就是以尽可能用少的药品来获取最有效的实验信息，具体讲就是药品用量少(一般为常规量的1/10~1/1000)、仪器容量小、基本无污染、操作简单、方便省时、实验现象直观明显的化学实验。微型化学实验因其具有减少污染、现象明显、快速、节约、安全等优点，并以其良好的教学功能和教学效果，在化学实验教学改革等领域扮演着重要的角色，引起世界各国化学界的高度重视。

中学微型化学实验就是把微型化学实验的理念应用于中学化学实验中，其基本特征是：（1）仪器微型化，药品用量少；（2）微型化学实验不是常规化学实验的简单缩微或机械减量，而是在微型化的条件下对实验重新设计与探索，达到以尽可能少的药品来获取尽可能多的、最为有效化学信息的目标，是在微型化的条件下对常规化学实验的创新性变革。

2 高中微型化学实验的一些实践与探索

近年来，结合《中学微型化学实验的研究与实践》课题笔者主要开展了以下四个方面的一些实践与探索。

2．1减量（Reduce）

减量主要是减少药品的用量，主要是以下2方面：

（1）利用小试管、点滴板、多用滴管、井穴板等微型化的仪器，如高一的《氯、溴、碘的性质 氯离子的检验》、《同周期、同主族元素性质的递变》、《浓硫酸的性质 硫酸根离子的检验》，高二的《镁、铝及其化合物的性质》、《乙烯的制取和性质》、《铁及其化合物》、《化学反应速率 化学平衡》等实验中均以12╳70 mm的小试管来代替常规试管。在《乙烯的制取和性质》的实验中，改换反应容器后使得乙醇与浓硫酸的混合液由书上的18ml 降为2~3ml。在我们回浦中学高一有24个班、高二有24个班、高三有18个班，每班每次实验分成28组。按现有的高二有18个班来计算，每组能节约混合液15 ml，每班至少可节约420 ml，高二年级就可节约10080 ml。耗时方面，原来按书本上要求做，完成性质实验的全过程一般需十多分钟。现在只需三分钟左右即可。由此，还可大大节约作为能源的乙醇的消耗。

在《浓硫酸的性质 硫酸根离子的检验》实验中以6穴点滴板代替常规试管，尤其在硫酸根离子的检验中以黑色6穴点滴板代替常规试管做，由于黑色背景，现象就更明显，实验效果也就更好。

（2）降低试剂的浓度，如《同周期、同主族元素性质的递变》这一实验中的氯水、溴水、碘水的浓度没有明确规定。而高浓度的氯、溴对人身有较大的毒害。因此，我就把氯水、溴水的浓度尽可能降低，如溴水的外观由棕红色稀释至淡黄色。此外，酚酞、石蕊、品红、甲基橙等指示剂均适当降低浓度，如酚酞、石蕊原浓度为0.5％～1.0％，可减少到0.1％～0.25％，也可以相应减少酒精的用量。而硫氰酸钾、三氯化铁溶液的浓度则可由0.01mol/L降为 0.005mol/L。以上实验药品的减量都增强了实验效果。因此，在保证获取最有效实验信息的前提下，应尽可能地降低实验药品用量，减少药品损耗，预防环境污染。

2．2回收（Recycle）

回收主要包括：

（1）回收未反应的原料、副产物(含“三废”)，如用KMnO4制取O2所得到的剩余物质中主要含有MnO2、K2MnO4和未反应掉的KMnO4，这三种物质的混合物均可用来加入浓盐酸制取氯气。再如《浓硫酸的性质 硫酸根离子的检验》实验中学生稀释的硫酸还有剩余，这时就要求学生将所剩硫酸集中倒到讲台上的烧杯里。还有像在《乙烯的制取和性质》实验中，由于最后的混和液中尚有相当的浓硫酸，就要求学生集中倒在指定的废物桶中，处理后再排放。

（2）回收催化剂等非反应试剂，如《化学反应速率 化学平衡》的催化剂对化学反应速率的影响实验中，MnO2 是H2O2分解生成O2的催化剂。在实验结束时，要求学生将小试管中的H2O和MnO2 一起倒入指定的回收容器（烧杯等）中，以便集中回收MnO2。

2．3重复使用（Reuse）

重复使用主要是将上一个实验步骤中剩余的药品以及回收来的化学药品用到下一个实验步骤中或用到其他的实验中去。如前面提到的浓硫酸稀释后，不是直接倒掉，而是用到后面的浓、稀硫酸的性质比较实验中去。再如回收的MnO2、K2MnO4和KMnO4用于浓盐酸制取氯气的实验中。这样，大大减少了药品用量，提高了药品使用效率。

2．4尽可能密闭可控、处理尾气

制备H2S、SO2、Cl2、NO与NO2等气体，在Cu与硝酸、浓硫酸的反应实验中，往往会有有毒气体进入空气而毒化教室、实验室的空气，又直接影响师生健康。以铜和浓硫酸反应为例，如按照教材上的要求，每个实验小组取2ml浓硫酸，每实验小组产生417mlSO2气体，以每班分28个实验组为计，全班一次实验就排放出11.68LSO2气体。按实验室平均面积为50m2计算，实验期间，实验室内SO2气体的质量浓度为3.68mg/m3约是我国规定居民区大气中SO2平均最大允许质量浓度0.15mg/m3的28倍。而每个年级有一、二十个平行班，连续做实验，实验室里SO2的浓度会更大。因此，在这类实验中除了安装尾气处理装置外，还要尽可能使整个装置密闭可控。

在高中微型化学实验的实践中，我深深地觉得微型化学实验主要优点有：

（1）有利于向学生传播绿色化学的观点，帮助学生学会减量、减废、回收等防治污染的重要方法，使他们树立绿色化学观念、保证人类生存质量的责任感。正确引导并妥善处理化学实验的废弃物（回收、无害化处理），既提高了实验的科学性、实验操作的规范化，又培养了学生良好的实验习惯。

（2）有利于学生把握药品的实际用量，培养学生的规范化操作，提高实验的科学性和实验效果，从而培养学生严谨的实验态度和科学的实验方法。

（3）有利于激发学生学习兴趣、实现人人动手实验、强化动手能力的训练、全面提高学生科学素质、树立提高实验教学效益，强化化学实验教学中的素质教育和创新教育，培养具有创造能力人才。

总之，中学微型化学实验不是常规实验的简单微缩，也不是对常规实验的补充，更不是与常规实验的对立，而是在整个实验过程中贯穿了绿色化学的思想，有效实现“尽可能小剂量实验、省资源、少污染、减成本”，还增强学生的环境保护意识，是对中学化学常规实验进行的改革和发展。让我们每一位中学化学教师都为此作出新的、更大的贡献！

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