改进乙炔制备实验 培养学生创新思维

田达奎

摘 要 实验室制乙炔实验改进可从浓度、温度、接触面积等方面来思考，通过改进方案的创新和思路分析，培养学生创新思维。

关键词 实验；实验室制乙炔；仪器；创新教育；创造思维

中图分类号：G633.8 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）11-0125-02

1 前言

实施创新教育的重心是教会学生怎样去创造和怎样深化创造，最大限度地训练学生的创造思维，使学生的思维由依赖型转变为研究创造型。实验室制乙炔实验改进的过程涉及发现问题、设计方案、寻找并使用仪器、实验操作、观察与收集事实、分析处理事实与数据、表达结果、推广使用等，都是创新人才发明、创造、创新所必备的要素。通过分析实验室制乙炔实验改进过程中的思维过程和使用的方法，能够培养学生的创新精神和意识，培养学生的动手能力和观察能力，激发学生对事物产生强烈的兴趣和广泛的好奇心，促进思维发散。

2 设置情境

演示电石和水在试管里反应制乙炔的实验，让学生感受其反应的剧烈程度和大量泡沫的产生，引导学生讨论：用分液漏斗滴加饱和食盐水来控制反应速率和用棉花滤气除泡沫的实验室常见方法。

3 提出问题

学生实验是在试管发生器中进行的，如果电石和水在试管里平稳反应，既便于操作，又便于做有关乙炔的性质实验。控制电石和水反应的速率还有哪些方法？应该如何去思考、创新？有无理论依据或创作思路？

4 整理思路

控制反应速率应该从化学反应速率的影响因素来思考，如浓度、温度、压强、催化剂、接触面积等。

5 改进过程

从浓度方面思考

1）从原有的知识思考。引路：饱和食盐水中NaCl的作用是降低水的浓度，对比实验演示饱和食盐水与电石反应，没有水与电石的反应剧烈。发散：水中还可加些什么物质降低水的浓度？将NaCl换成其他物质，如Na2SO4、KNO3、

Na2CO3、K2SO4、NaOH、Ba（OH）2、FeCl3等。评价：选择的物质应该是价廉易得、饱和溶液浓度大、无污染等。创新：有效降低水的浓度，是用质量分数还是用物质的量的浓度来衡量？应该用物质的量的浓度来判断。查阅资料：20 ℃时，NaCl的溶解度为36.0 g，NaOH溶解度为109.0 g，即100 mL水中分散NaCl不足2 mol，而NaOH可达到5.45 mol（其他物质略）。实验：NaOH饱和溶液比NaCl饱和溶液与电石的反应平稳（图1）。

2）从思维发散的角度思考。水中还可以加些什么样的物质来降低水的浓度，从而减小反应速率？引路：所涉及的物质是些什么样的物质？有何共同特征？它们都是固态物质（或有机物）。发散：水中加什么液态物质来降低水的浓度？硫酸、硝酸、乙醇、乙醛、乙酸、苯（烃）、四氯化碳（卤代烃）、二硫化碳等。选择创新：价廉易得，溶解性大，无污染，首选物质应该是乙醇。实验证明：演示电石与乙醇溶液平稳反应，产生乙炔（图2）。深化创新：乙醇的浓度应该多大最为恰当？引导学生分析可以通过调节乙醇浓度的实验对比结果来选择。

从接触面积方面思考分析 展示管口塞有棉花的试管气体发生器，设问：能否用这些器材改进装置构造，从而有效控制电石和水的接触面积，以减小反应速率？思考过程：要有足量水，又要控制水与电石接触，只有调节棉花的位置，把棉花置于试管底部，用适量水将棉花润湿，在棉花上面放电石，能否成功？实验演示：证明电石与水平稳反应达到目的要求（图3）。发散：除棉花有这种效果，还有棉花的代用品吗？不难找出碎布、卫生纸等，甚至可以用含少量水的砂子、食盐等。

装置创新：还有什么装置可以起到类似的作用？展示烧杯、干燥管、带导管的橡皮塞，如何用这些仪器来制乙炔？分析：电石放入干燥管中，干燥管口径大的一端塞橡皮塞，口径小的一端浸入盛水的烧杯中。疑问：烧杯中水面有多大高度合适？在干燥管的球体两端用棉花吗？实验对比总结：烧杯中的水面与电石持平，在干燥管的球体内小口径一端塞上一条疏松棉花，通过棉花的吸水性将烧杯中的水缓慢与电石接触，使反应平稳进行（图4）。

从温度方面思考分析 降低体系的温度可以减小反应速率，给体系降温采用怎样的方式？装置放入冷水或冰水浴给整个装置体系降温？给电石降温？给水降温？结论是给水降温比较便于操作。给水降温到什么程度？考虑到水与电石的接触面积要小，还是冰可能好些。演示实验证明，将电石放在冰粒的上面，电石和水平稳反应（圖5）。发散思考：没有冰可用什么代替？冰棍、雪糕。还有吗？

学生疑问：能否用水蒸气与电石反应？分析：水蒸气的温度高，可使反应速率加大；水蒸气的浓度比水小得多，可使反应速率减小，哪个是主要影响因素？装置设计：选用仪器产生水蒸气——用蒸馏烧瓶等产生水蒸气；水蒸气与电石反应——水蒸气在直玻璃管中与电石反应。装置创新：能否将装置最简化，给试管里水加热，在沸石的存在下产生水蒸气与干燥管中的电石反应（图6）。实验说明：由于水与电石反应很快，反应的速率主要由水蒸气的流量决定；由于水蒸气的产生不平稳，造成反应不平稳，但反应的总速率明显得到控制。

从压强、催化剂方面分析 改变体系的压强所涉及的实验装置和操作很复杂，寻求一种催化剂物质也漫无目标，从压强、催化剂方面目前都还没有找到比较理想的方案来改变电石与水反应的速率。

电石与水反应产生的乙炔有难闻的气味，如何除去？用什么试剂和装置？学生不难答出，将产生的乙炔通过盛装CuSO4溶液的洗气瓶来除去其中的气味物质（如硫化氢和磷化氢）。设疑：装置复杂，怎样简化？创新思路：不用洗气瓶并将导管缩短，在试管口放置一团浸有CuSO4溶液的棉花过滤气体（图7）；还可以进一步再简化，将CuSO4直接放入与电石反应的水中（图8）。实验演示说明。

6 反思

创新思维是发散思维与收敛思维的统一，又是直觉思维与分析思维的综合，从不同角度和方面对实验室制乙炔进行改进，可以激发学生广泛的想象，引导学生克服惰性、刻板、呆滞、僵化的思维定式，使学生敢想、敢干、敢于标新立异，大胆猜测、实践、创新。

实验室制乙炔实验改进方案设计大体是在反应速率理论的指导下进行的，因此是复习巩固、深化理解化学反应速率理论的好素材，可以在高三复习课中使用，也可以用作课堂教学、探究式教学、学生研究性学习与课外活动等。

教师在设计创新实验方案时要以新的观念和视野审视实验内容，发挥自身的聪明才智，挖掘实验中的可创新因素，优化实验各环节。实验创新教学设计的思维方法一般有：在原有实验装置和操作上再添加或减去一些仪器或操作，会有什么结果？改变原有实验的装置和操作，会有什么结果？把生活、生产中观察到的一些现象和化学实验联系起来，会有什么结果？把了解到的社会热点问题与化学知识和化学实验联系起来，会有什么结果。

教育是知识创新、传播和应用的主要途径，也是培育创新精神和创新人才的主要方式。教师应当充分利用每一个教学内容和资源，创设创新环境，培养学生的创新思维和创造能力。