第1节化学实验的知识基础

同义务教育阶段的科学探究相比，高中阶段的科学探究更强调深入化学学科层面，大力开展化学实验探究。

化学实验探究的进行，需要学生具备一定的化学实验基础。

为此，在高中化学必修课程《化学1》和选修课程《实验化学》中，都单独列出一个主题“化学实验基础”，作为高中化学必修和选修课程的内容。

那么，高中阶段的化学实验基础都涉及了哪些方面呢？换句话说，“化学实验基础”中“基础”的含义是什么呢？这里的基础，主要包括四个方面的含义，即化学实验的知识基础，化学实验的技能基础，化学实验的方法基础和化学实验的观念基础。

它们之间的关系如图6－1所示。

从图6－1可以看出，化学实验的四方面基础体现了科学素养的三维目标，即“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”，也就是说，学生形成了这四个方面的基础，实际上就发展了科学素养。

因此，从这个意义上说，化学实验基础是高中化学新课程从学科层面对发展科学素养目标的进一步反映和体现；在化学实验的四方面基础中，“知识”又是基础的基础，无论是技能的掌握，方法的获得，还是观念的形成，都离不开“知识”，换句话说，任何脱离“知识”的教与学来谈化学实验基础的形成、科学素养的发展，都是一句空话，不可能实现。

第一节化学实验的知识基础化学实验的知识基础，是指学生顺利完成化学实验，并使自身科学素养得到发展所必需的化学知识。

这些知识概括起来，主要包括化学实验原理知识，化学实验仪器方面的知识，化学试剂方面的知识和化学实验安全方面的知识。

一、化学实验原理知识1．化学原理知识化学原理是指化学实验过程所遵循的化学理论依据。

例如，酸碱中和滴定实验，其遵循的化学原理是：(1)酸碱中和反应的实质，即酸和碱反应时，酸溶液中的氢离子和碱溶液中的氢氧根离子相结合，生成水：H ++OH -=H 2O，这样的变化叫作中和，此时的溶液既不显酸性也不显碱性，pH=7，是中性溶液。

(2)酸碱中和滴定的计算依据，即发生反应的酸和碱的物质的量之比等于它们的化学计量数之比。

(3)酸碱中和反应恰好进行完全的判断依据，即选用适当的指示剂，通过观察颜色变化来准确判断反应恰好完全。

一般选用的指示剂有甲基橙、甲基红和酚酞，石蕊试剂由于变色不明显，在滴定时不宜 使用。

2．工作原理知识化学实验须要使用一些实验仪器、装置和设备，要想完成好化学实验，还必须了解所使用的实验仪器、装置和设备的工作原理。

所谓工作原理是指化学实验过程中所使用的实验仪器、装置和设备发挥作用、进行工作的理论依据。

例如，用启普发生器制取氢气的实验。

要完成这一实验，必须首先了解启普发生器的工作原理。

启普发生器由葫芦状容器、球形漏斗和旋转导管三部分组成。

当使用时，打开旋塞，由于中间球体内压力降低，酸液即从底部通过狭缝进入中间球体与固体接触而产生气体。

停止使用时，关闭旋塞，由于中间球体内产生的气体压力增大，就会将酸液压回球形漏斗中，使固体与酸液不再接触而停止反应。

氢气、二氧化碳和硫化氢气体的制备，都可以用启普发生器作为发生装置。

3．操作原理知识任何化学实验都离不开一定的化学实验操作。

实验操作不仅仅是一个“做”的问题，要想主动地做和能动地做，必须首先明白为什么要这样做，也就是要弄清楚有关操作的原理。

因此，操作原理知识也是重要的化学实验原理知识。

所谓操作原理，是指化学实验操作所遵循的理论依据，它包括两个方面：一方面指每一个实验操作步骤所遵循的理论依据，例如，固体药品的取用是最基本的化学实验操作，这一操作的第一个步骤是打开瓶塞，将其倒放在实验台上，其道理是防止瓶塞粘上其他药品或脏物，以免在取完药品重新盖上瓶塞时玷污整瓶试剂；另一方面是指具体的实验操作步骤的顺序所遵循的理论依据，例如，用MnO 2作催化剂加热KClO 3制取氧气的实验，在停止收集O 2时，其操作的顺序是先移管后撤火，而不是先撤火后移管，其道理是防止倒吸现象，导致试管炸裂。

二、化学实验仪器方面的知识中学化学实验所用的仪器主要是玻璃仪器，按照用途的不同，可将玻璃仪器分为容器类和量器类。

在进行化学实验时，学生应知道常见化学实验仪器的名称、构造、规格、用途等知识。

请查看相关的资料－容器类和量器类玻璃仪器三、化学试剂方面的知识化学实验中经常要使用各种试剂，因此，化学试剂的种类、取用和存放也是化学实验知识的重要内容。

(一)化学试剂的种类化学试剂产品有数千种，到目前为止，还没有统一的分类标准。

一般将化学试剂分为标准试剂、一般试剂、高纯试剂和专用试剂。

1．标准试剂标准试剂是用于衡量其他物质化学量的标准物质。

标准试剂的特点是主体含量高而且准确可靠，其产品一般由大型试剂厂生产，并严格按照国家标准检验。

（刘约权，李贵深主编.实验化学(上).北京：高等教育出版社，2003 22 ）2．一般试剂一般试剂是实验室最普遍使用的试剂，一般可分为四个等级及生化试剂等，指示剂也属于一般试剂。

3．高纯试剂高纯试剂的特点是杂质含量低（比优级纯基准试剂都低），主体含量一般与优级纯试剂相当，而且规定检测的杂质项目比同种优级纯或基准试剂多一二倍。

高纯试剂在标签上标有“特优”或“超优”试剂字样，主要用于微量分析中试样的分解及试液的制备。

4．专用试剂专用试剂是指有特殊用途的试剂，如仪器分析中色谱分析标准试剂、气相色谱担体及固定液、紫外及红外光谱纯试剂等。

(二)化学试剂的取用取用较大块（粒）固体试剂常用镊子，粉末状固体试剂常用药匙；微量液体试剂可用玻璃棒，少量液体试剂常用胶头滴管，较大量液体试剂可直接从容器中倒出。

化学试剂的使用量要适当，在试管中进行化学反应或溶解的化学实验，固体试剂的取用量通常以刚盖过试管的底部为宜，液体试剂的取用量一般以1 mL～2 mL 为宜。

(三)化学试剂的贮存贮存化学试剂的容器有广口瓶、细口瓶，玻璃瓶、塑料瓶，容器的塞（盖）有玻璃塞、橡胶塞、软木塞、塑料盖等。

(1)固体试剂应装在广口瓶中，液体试剂盛在细口瓶中；见光易分解的试剂（如AgNO 3）应盛放在棕色瓶中；容易侵蚀玻璃而影响试剂纯度的，如苛性碱等，应贮存于塑料瓶中，盛碱的瓶子要用橡皮塞，不能用磨口塞，以防瓶口被碱溶结；强酸、强氧化性试剂（硝酸、浓硫酸、氯气、溴水、高锰酸钾、重铬酸钾等）、有机溶剂（汽油、苯、甲苯、四氯化碳、乙醇、乙酸、氯仿、丙酮等），应盛在玻璃容器中，瓶塞不可用橡胶塞或软 木塞。

(2)一般的化学试剂应放在低温、干燥、通风处密封保存。

(3)特殊的化学试剂应注意特殊贮存，如白磷因其极易被氧气氧化，因而应向盛有白磷的容器中加水来加强密封的效果；金属钠和钾极易与水、氧气反应，因而在贮存时应向盛有钠、钾的容器中加入煤油。

四、化学实验安全方面的知识化学实验中使用的一些药品属于化学危险品，易燃，易爆，具有强腐蚀性，有的实验仪器易破碎，这些都有可能对人体造成伤害。

因此，使学生知道一些实验安全方面的知识，对于学生顺利完成化学实验是非常必要的。

1．实验安全操作知识正确的实验操作是保证实验安全的重要方面，教师在实验教学中应注意使学生掌握中学化学实验操作方面的安全知识。

例如：(1)在将玻璃管插入橡胶管或橡胶塞、软木塞时，应先将玻璃管用水润湿，然后以旋转的方式缓缓插入。

(2)酒精灯内酒精的体积以占灯体容积的14～23为宜，不能过多或过少；应用火柴点燃酒精灯，切不可“灯与灯对火”；熄灭酒精灯时，应用灯帽盖灭，不可用嘴吹灭。

(3)加热盛有液体药品的试管时，试管口不应对着自己或他人；加热盛有固体药品的试管时，试管口应略低于试管底部；对烧杯、烧瓶、锥形瓶的加热，应在仪器底垫上石棉网。

(4)在稀释浓硫酸时，应把浓硫酸缓慢加入水中，边加边搅拌。

(5)不可俯向容器去嗅放出的气体，应用手轻轻地扇动气体，使其飘入自己的鼻孔。

2．实验事故处理知识严格遵守实验安全守则，认真、规范地进行实验操作，预防实验事故的发生，是化学实验教学中学生必须给予充分重视的重要方面。

但是，一旦发生意外事故，学生应具备一些常见的实验事故（例如，烫伤，创伤，受酸或碱腐蚀致伤，吸入刺激性气体或有毒气体，毒物进入口中，着火等）的处理知识，对实验事故及时进行处理，使事故的损失减少到最低程度。

五、实验综合运用技能在具体的化学实验过程中，很少使用一种实验仪器，只进行一种实验基本操作，往往要使用两种以上的实验仪器，进行多种实验操作。

为了顺利完成某一化学实验，就需要学生具有综合使用实验仪器、综合进行实验操作的技能。

在中学化学教学中，实验综合运用技能主要表现在以下几个方面：1．实验仪器的连接与组装以实验室制取蒸馏水实验为例，其实验装置如图6 2所示。

该实验所用的仪器有酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、尾接管、接受器（锥形瓶）、胶管、橡皮塞、铁架台等。

要安装这一实验装置，首先要将一些实验仪器连接起来，例如将温度计插入橡皮塞中，并与蒸馏烧瓶连接；将铁架台与铁圈连接，并在铁圈上放一石棉网，铁圈高度以酒精灯外焰的高度为准；将尾接管与接受器用橡皮塞连接起来。

实验仪器连接完后开始组装，组装的顺序为自下而上、自左而右，做到横平竖直，铁架台一律整齐地放置在仪器的背后。

按此顺序，先放好酒精灯，在其上方放石棉网，石棉网上方连接插有温度计的蒸馏烧瓶；将蒸馏烧瓶支管口用橡皮塞与冷凝管的一端相连，冷凝管的另一端用橡胶塞与尾接管和接受器相连。

连接好实验装置后，要对其气密性进行检查。

2．气体的发生、收集、净化和干燥气体是一类重要的化学物质，在化学实验中经常要使用，因此，学会一些常见气体的实验室制备、收集、净化和干燥方法，是十分必要的，也是一项重要的实验综合运用技能。

(1)气体的发生。

可以用图6－3－a的装置制取氧气和氨气，用图6－3－b装置制取氢气、硫化氢和二氧化硫气体，用图6 － 3 － c装置制取一氧化碳、氯气和氯化氢气体。

(2)气体的收集。

主要有排水集气和排气集气（向上或向下）。

(3)气体的净化和干燥。

实验室制备的气体常带有酸雾和水汽，为了得到比较纯净的气体，酸雾可用水或玻璃棉除去，水汽可用浓硫酸、无水氯化钙或硅胶吸收。

一般情况下使用洗气瓶（内盛水或浓硫酸等）、干燥管（内装无水氯化钙、玻璃棉或硅胶）等仪器。

3．溶液浓度的配制在高中化学课程中主要是指配制一定物质的量浓度的溶液，这一实验所涉及的实验仪器有：台秤、量筒、烧杯、玻璃棒、磨口容量瓶、滴管等，所用的试剂有NaCl固体和蒸馏水，所涉及的实验操作有固体药品的取用，液体药品的取用，溶解，搅拌，液体的转移，摇匀等。

这一实验对于学生形成综合运用实验仪器使用技能和实验操作技能具有重要的作用。

高中化学新课程没有将“实验技能”单独列出，而是放在“化学实验基础”中，作为学生在高中段开展实验探究的重要基础。

将“实验技能”分成“仪器使用技能”、“基本操作技能”和“综合运用技能”，实际上蕴涵着两个方面的重要变化：其一是对“实验技能”强调的重点，由过去单纯的“实验基本操作”向“综合”、“运用”技能转变；其二是“实验技能”的地位，由过去单独的一部分转变为“实验探究”的重要基础，倡导将实验技能的训练与培养，置于具体的实验探究活动之中。