《高中化学实验改进探索研究——浓硫酸与木炭反应》研究述评

罗美园

【摘要】本文从文献研究入手，基于中国知网1997-2018年的6篇与浓硫酸与木炭反应实验的改进研究相关的文献，按时间顺序，对其研究概况进行统计分析，从实验装置、实验改进效果两个角度对课本浓硫酸与木炭反应实验进行综述，着重分析实验改进的注意事项，最后结合文献综述对浓硫酸与木炭反应实验的改进提出建议。

【关键词】中学化学;浓硫酸与木炭反应;实验改进;研究述评

一、问题的提出

随着新课程标准的全面实施，实验教学日益重要，人教版教科书中编入了大量的演示实验，这些实验既激发了学生的求知欲，又调动了学生学习化学的积极性。然而，有些实验的演示现象和环保教育等方面仍有完善的空间。如浓硫酸与木炭反应的实验，对浓硫酸的强氧化性、脱水性、吸水性、酸性等知识，在现行教材用很少的篇幅来讲解，相关的实验亦少，这给学生理解浓硫酸的性质增加了难度。为此，我们对浓硫酸与木炭反应实验装置作了一定的改进，并将实验的内容进行必要的延伸和拓展，取得了较好的教学效果，对化学实验课的有效教学具有一定的参考价值。

二、浓硫酸与木炭反应实验的改进的研究概况

1.课本实验改进研究趋势统计

本文从文献研究入手，以“实验改进”“浓硫酸与木炭反应”作为关键词进行组合，检索1994-2018年以来中国期刊网上相关的期刊文献、硕博士论文以及学术会议记录，重点关注“实验改进”在中学化学实验中的相关研究概况。截止2018年8月，共得6篇文献，其中包括期刊文献6篇，硕士论文0篇，会议记录0篇、博士论文0篇。以下是按年份对论文数量进行统计得出：在1994年至2018年24年间，有关浓硫酸与木炭反应实验研究文献数量总体趋势平稳，说明了随着课堂转型与核心素养的培养，更多教学工作者意识到可以引导学生通过对化学反应实验原理的深入理解，改进实验从而提高学生的设计实验和探究实验的能力在教学中的重要意义，也对绿色化学给予更多的关注。通过统计分析，1994年以来，对于浓硫酸与木炭反应实验的研究论文数量极少，以研究简单的尾气处理改进为主;2002年后，化学教学工作者对实验改进侧重于探究原理，并以原理为基点，侧重现象明显，省时高效、过程无污染，整套装置可重复使用。此外，浓硫酸与木炭反应实验的教学研究文獻多发表于《中学化学教学参考》《实验教学与仪器》等专门学科期刊上;2013年首次出现绿色化学概念的实验改进，这是一个新的突破。

2.浓硫酸与木炭反应实验改进的研究内容分布

在研读以上文献的基础上，总结归纳有关浓硫酸与木炭反应实验改进的研究文献内容，统计发现，在1994-2018年8月的6篇文献中，主要涉及了三个方面的实验改进，分别是：一、实验仪器的改进;二、实验药品浓度的改进;三、反应条件的改进。通过统计我们可以看出，浓硫酸与木炭反应的实验改进研究相关文献中，实验仪器的改进是最多教学工作者关注的一部分，有4篇文献，约占总数的67%;其次是实验药品浓度的改进和反应条件的改进，各有1篇文献，约占总数的33%。关于浓硫酸与木炭反应实验改进对药品和反应条件的改进，极少人关注，仅找到2篇文献。分析其原因是由于教材中浓硫酸与木炭反应实验的反应原理较简单，实验药品浓度易配制且实验条件要求低，课程课标等的相关要求不高，导致教师对于这两方面的教学研究有所忽略。

3.浓硫酸与木炭反应实验改进详细分析

根据对文献资料研究并将其进行分类，统计其涉及到的分析类型，统计结果显示，关于仪器改进研究是最多研究者关注的，总共有4篇文献涉及到，4篇文献全部涉及发生装置和尾气处理装置的改进。此外，气体产物的收集也较受关注，总共出现了4篇文献涉及到，其中1篇为教学反思论文。关于药品改进和反应条件改进的教学研究文献，则比较少，各出现了1篇。可见，目前关于实验改进的研究集中在发生装置和尾气处理装置，对于药品浓度、反应条件分析则没有进行更深入的探讨。

三、浓硫酸与木炭反应实验改进的综述

前文提及到在所查阅到的文献中，关于药品浓度、反应条件分析研究的文献较少，大部分的实验改进更着重于仪器改进研究。本文选取浓硫酸与木炭反应实验改进两个重点，分别是实验仪器改进、反应条件的改进，经进一步进行文献综述，以时间为顺序，对两个问题的改进方法进行内容分析，并在此基础上简述实验改进的原则，以解决未来进行课本实验改进过程中的几个难点。

关于浓硫酸与木炭反应实验，高中化学教材中必修一设置了该实验，对该实验步骤有较简单的介绍，课标也仅对学生做了解要求，因此教师对于这方面的教学往往是点到即止。在搜索到的篇文献中，有18篇文献是专门探讨仪器改进，主要包括发生装置、性质检验装置、气体收集尾气处理。通过对文献资料的研究和多次实验，笔者创造性地利用培养皿完成浓硫酸与木炭反应的微型实验。

《碳与浓硫酸反应》改进实验

1.改进的实验对象

必修I课本第102页第二段中加热盛有浓硫酸和木炭的试管，碳就被氧化成二氧化碳，而硫酸被还原为二氧化硫。C+2H2SO4=CO2↑+2SO2↑+2H2O

2.改进实验的原因

（1）课本中只用一句话来描述浓硫酸和木炭的反应大致过程，无详细的图示实验过程，存在实验空白。

（2）浓硫酸具有强氧化性和强酸性，是危险药品。在加热时若受热不均匀或者其它操作不当，容易发生浓硫酸外溅，发生危险事故，存在安全隐患。

（3）反应产物之一是二氧化硫，该气体是无色，有刺激性气味的有毒物质。

（4）该实验需要加热条件，反应物浓硫酸是具强腐蚀性的危险药品，且产物二氧化硫污染空气。

3.改进实验的目的

将实验改进得更为安全，简单易操作，现象明显，便于教师在课堂中演示实验。

4.改进实验的原理

（1）该实验需要加热条件。使反应体系的温度升高，加热浓硫酸或加热木炭都可以达到目的。选择加热木炭更安全。

（2）该实验的产物之一有毒气体SO2具有还原性，使用具有强氧化性的酸性高锰酸钾溶液证明SO2 的存在并除去。

5.实验器材

培养皿1个、小烧杯1个、大烧杯1个、酒精灯1个、坩埚钳1个。

6.实验药品：浓硫酸、酸性高锰酸钾溶液、木炭。

7.实验步骤

（1）培養皿中加入适量的酸性高锰酸钾溶液。将盛装有浓硫酸的小烧杯放入培养皿中。

（2）酒精灯加热木炭至红热后放入小烧杯中，迅速将大烧杯倒扣在培养皿中。反应过程中观察实验现象。

8.实验过程图示

9.该实验改进前后对比

四、思考与启示

对所得到的文献进行研读统计后，我们对浓硫酸与木炭反应实验改进中的两个改进内容进行综述，并提出了以下的思考，以供参考。高中化学实验改进需符合以下基本原则：力求简明、直观，排除危险，确保安全，多使用生活素材，需引起学生的学习兴趣。实验改进的基本立足点应是“绿色化学”，即利用化学学科的优势，倡导发展微型实验，增强学生环保意识。

五、未来化学实验教学方向的展望

中学化学课程中，实验在教学中占有较大模块。同时实验能及时给学生提供必要的化学事实，使学生获得正确、系统的知识和实验技能。准确熟练驾驭实验的综合教学能力，是中学化学教师的必备能力。改进某些有一定缺陷的实验，朝着节能少耗，高效无污染方向发展，使相应的实验更完善，同时让化学学科观念和思想在学生的观察、思考、分析、总结归纳中潜移默化地构建，这才是教师费心改进实验的初衷。

参考文献：

[1]李自修.借助仪器装置培养创造思维能力[J].化学教学，1997（3）.

[2]李继文.谈谈设计实验方案的严密性——与《浓硫酸和木炭反应实验方案设计》商榷[J].化学教学，2002（12）.

[3]刘宝国.浓硫酸和木炭反应实验方案设计[J].化学教学，2002（6）.

[4]万平.微型化学实验[M].中国石化出版社，2009.

责任编辑  钟春雪