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氢气在氯气中燃烧的实验改进

上海市晋元中学 张琳龄

　　一、课题选择
1．课题来源
　　现行高中化学课本中有不少演示实验或学生实验在实际操作中的效果并不理想：有些实验现象不明显，有些操作方法不合理、不简便，有些实验甚至严重污染了教室环境。"氢气在氯气中燃烧"实验便是其中一例。学生在观察该实验时进发了对这些实验进行改进的欲望，他们大胆地提出厂自己的观点和设想。教师则因势利导，引导学生把改进实验装置和方法作为研究课题。学生仔细思考后，提出了研究的具体目标：(1)使实验简便、易操作。(2)防止环境污染。
2．课题研究的依据
　　由于课题来源于学生实践后的思考，因此很容易使学生产生共鸣，激起他们对课题的研究兴趣，使之主观上乐于参与并积极探索。当"氢气在氯气中燃烧实验改进"课题确立后，不仅课题组成员立刻行动起来，他们周围的同学也纷纷出谋划策，形成了浓厚的探究氛围。同时，高中学生己具备了一定的化学理论知识和动手实践能力，这在客观上为课题研究的顺利进行奠定了基础。
3．课题研究的现实意义
　　对课本小的实验进行政进，不仅为今后的教师和学生实验提供了很有价值的参考，而且更为重要的是，让学生亲身经历研究的整个过程，并在实践中锻炼他们发现问题和解决问题的能力，培养其参与意识利创新精神。同时，这也为学生自主选择学习方向、充分发展白己的兴趣爱好提供了广阔的空间。这一点对于刚进入高中的高一学生来说，意义尤为深远。
二、课题研究的实施
1．准备阶段
　　由于学生初次涉足研究性学习，因此确立课题后首先需解决以下问题：
(1)人员分工。
(2)如何查阅文献资料，找出优于前人的全新切入点，并设计课题研究的技术路径，形成自己的研究目标、方法和步骤
(3)进行实验装置改进需掌握许多仪器加工技术，这方面的基本技能需要培训。
对于问题(1)，学生本着充分发挥个人特长的原则，确定分工如下：刘婷负责资料查问及收集整理；王冬骋负责方案设计及筛选；朱书睿负责实物制作及论文撰写。
对于问题(2)，学生在教师指导下写出了开题报告，并确定了研究过程(如图所示)
　　　　　　
　　对于问题(3)，学生在教师指导下初步学会了玻璃的割、拉、弯、接、吹等基本技术。
2．研究阶段
　　学生的研究过程可以用螺旋式上升来概括，如对于制取氢气和氯气，学生根据已有知识，开始提出的设想是：实验时当场用锌和稀盐酸制取氢气，用二氧化锰和浓盐酸加热(或用高锰酸钾和浓盐酸反应)制取氯气，或事先特制得的氢气和氯气分别存在储气罐中。实验时利用液压原理压出两种气体进行反应。但学生反复讨论后认为。这些方案与目标达成有明显距离。为此、他们又与指导教师作了讨论，指导教师提醒他们不要把视线局限在已掌握的知识上，建议他仍以"氯气"为关键词更广泛地查阅资料。学生经过重新查阅资料后，最终确定了通过电解饱和食盐水来获得氢气和氯气的方法。
　　对于反应装置的制作，开始选用的都是玻璃仪器，但由于现成的玻璃仪器不能完全符合设计要求，而只对玻璃仪器改造、工艺难度很大，一般的实验室条件难以完成。为此，学生再次扎人图书馆，并分头思考，终于决定用性质较稳定、加工较容易的塑料制品作为主要器皿。
　　而如何才能既达到研究目标又在实际操作中切实可行这个问题也一直困扰着学生。他们在经历了无数次的自我否定后才得到了现在的研究成果(详见附录王冬骋报告)。
　　在整个研究性学习中，学生不仅开阔了视野，提高了动手能力而且创造欲望不断得到激发，意志也得到了磨练，可谓收获颇车。
3．总结阶段
　　本课题的结题形式为实物和小论文。经过实际实验，证实课题研究成果己基本达到创新、实用和环保的研究目标。
三、教师的认识与学生的体会
（一）教师认识
　　研究性学习不仅重视研究的结果，更注重学生对整个研究过程的体验，因此，这类课程非常有利于发展学生的兴趣爱好和个性特长，有利于提高学生发展性学力和创造性学力。然而。为了保证研究性学习充分实现其教育功能，教师指导时尤其应注意以下原则：
1.尊重学生自主选择
　　研究性学习的一大功能是培养学生兴趣爱好、发展学生个性特长，因此在课题选择时教师应尊重学生的愿望，让他的自主确定研究方向，教师只起引导与组织作用，决不能越俎代庖。
2．促进学生主动发展
　　在课题研究时，教师应放手让学生自己开展活动，教师指导时只起点拨作用，为学生主动探索事物奥秘、自觉学习新知识、创造性地利用知识提供条件。
3．有利于形成健康人格
　　笔者以为，人才的含义不仅指智力因素．也包含人格因素。因此在研究过程中，可以通过课题选择、伙伴合作及课题研究等途径．潜移默化地对学生进行诸如爱国主义、团队精神、求实求精、勇于开拓等方面的思想教育，使研究性学习在培养学生创新精神和实践能力的同时成为德育教育的主阵地。
(二)学生体会
1．分工合作，共同进取
　　**在学校开展的研究性学习中，我选择参加的是"化学实验改进"这一课题。在整个课题的研究过程中，我除了学到了研究的基本方法，也学会了在遇到困难和挫折时该如何处理、解决，但是最令我高兴的却是懂得了如何与别人合作。我们这一代都是独生子女，很少有与别人合作的机会，而这一次，使我们充分体会到分工合作、共同进取的优越性。
　　课题的研究是以小组为单位开展进行的。和我在同一小组约是王冬骋、朱书睿两位同学。
　　一开始，由于我们是初次做研究，都没有经验，大家都不知道如何是好、该怎么着手。只是你搞你的，我做我的，单独进行，"分裂。得很远，以至于忙了半天都不见成效。后来．我们：人静下心来耐心地分析，终于找出了问题的关键所在--缺少配合，没有令作精神。所以我们决定分工合作，从新起点出发。
　　就这样，我们每个人负责一部分工作：我负责资料的收集与整理；王冬骋负责实验装置由繁到简的设计；朱书睿负责实际技术操作上的日题---把设想变为现实。大家正式开始研究了。
　　这次由于大家的同心合力和团结互助，我们的研究终于在预定的时间里完成了，不但出了作品，也完成了论文。
　　通过这次的研究性学日，我深知在科技飞速发展的今天，无论做什么事，单靠个体的奋斗是不够的．科技的不断发展需要大家团结起来，同心同德、共同努力。现在，学校为我们提供了良好的空间，让我们能在探索中懂得什么是合作性学习；使我们在实践中领悟出团队精神与实现个体价值位置的意义。我想，我们会一直珍藏今天的这份体验，在以后的学习工作中，与同伴同舟共济，一起驶向成功的彼岸。
(刘 婷) **
2．自主学习，探索创新
　　**在上学期研究性学习的选择中，我参加了"化学实验改进"这一课题。通过两个多月的学习与探索，应该说，我对学校开设研究性学习对学生能力的培养，以及参加"化学实验改进"课题对我个人学习上的帮助有了较深刻纳体会。
(1)自主学习
　　在"化学实验改进"的课题研究中，学习的模式再也不是"老师教，我们学"了。课堂上，我们都牢牢把握住学习的主动性，自主学习，探索创新。对教材中某些化学实验的可行性，我们提出质疑，并查阅了有关资料，进行热烈的讨论，提出相应的改进方案。真可谓"老师领进门，修行在自身"在整个过程中，我们前前后后遇到了许多的问题和麻烦，但我们都靠自己不屈不挠的探索一一克服了。需改进的化学实验也在我们的一次次实验中变得更加完善与合理，而我们的自主学习能力也在一次次的探索中逐步地增强。
(2)探索创新
　　也许你认为书永远是正确的．前人的结论一定是对的。不!你错了。金无足赤．人无完人，社会在飞速发展，前人的结论有时也会有一定的片面性和局限性。而学校开设的研究性学习正是要我们对前人并不完善的"真理"进行研究与改善。这是 种探索与创新，它需要有极大的勇气和耐心。这也是一种锻炼，是对创新能力的培养，它对发展学生的个性有极大的帮助。我觉得在高中阶段就能受到这么棒的训练，实在是非常的幸运，我一定要珍惜机会，努力提高自己的创新能力。
　　我平时比较喜欢小制作，成为一名发明家一直是我的梦想。而参加"化学实验改进"这一研究性学日正好满足了我的愿望。在这两个多月的学日中，我已有了一定的成果．但我还要继续努力，向自己的目标冲刺。
　　这次研究性学习，我们在自己查阅材料，一步步进行创造实践、走向成功的过程个体验到了自主学习的甜头，觉得自己的个性特长在学习中得到了充分的发展，产生了从未有过的成就感和自豪感。
(朱书睿) **
附录：
"氢气在氯气中燃烧"的实验改进
　　高一化学课本第四章《卤素》小有一个演示实验"氯气与氢气的反应实 验"，实验装里如图：
　　　　　　
　　其步骤是将氢气在空气中点燃，伸入装有氯气的容器中并观察实验现象。但此实验有一个致命缺点、就是当氢气在点燃从伸入时、会有大量的氯气外泄。众所周勿，氯气有剧毒，对人体有强烈刺激性，所以实验的改进以此为突破口。
一、装置改进过程
　　在改进中首先必须解决的问题是如何同时快捷地得到氢气和氯气。制取这两种气体的方法用化学方程式表示如下：
　　　　
　　所以，我们设计了第一个方案，利用两个反应发生器产生气体，让氢气在外点燃后，伸入一密闭容器中，同时打开氯气开关，使反应发生。
　　　　
　　但是这个实验装置有几个缺点：
1.整个装置太繁琐，太庞大，不适宜演示。
2不能保证容器是否密闭。
　　所以这个方案还需改进，我们经过查阅书籍，询问老师．找到另一种同时制取氢气和氯气的方法，化学方程式如下：
　　　　
　　但这个方案仍有不足：
1．U型管不易摆放。
2．Cl2仍会扩散。
3．于是，第三个方案出现了，如图：
　　　　
第三个方案
　　接通电源后、将氢气点燃,伸入正在充入氯气的容器中，进行燃烧。但不久我们又发现新的缺点：
1．氯气仍会外泄。
2．氢气在氯气与空气的混合气体小燃烧，未达到实验要求。
3．容器内部的压强问题无法解决。
鉴于上述原因，我们利用连通原理又设汁了第四个方案，如图所示：
　　　　　
第四个方案
　　接通电源后，关上氯气活塞，点燃氢气，盖上盖子，再通入氯气。这样，氯气不会外泄，而压强问题也解决了。实验现象也较明显，HCl还能回收。这样，整个实验的改进基本完成。
二．材料改进过程
　　首先，我们想到利用学校已有的玻璃仪器，因为常规的玻璃仪器比较容易得到。但不久，我们就发现了问题。我们的实验对装置的要求很特殊，而在玻璃上打洞不方便，要加工到符合设计要求则难度很大，而且玻璃易碎，不便于老师携带。选用在不影响实验效果的前提下，易改制、便于携带的材料成了我们要攻克的难题。于是，我们想到了用市面上出售的塑料瓶，这种材料取之不竭用之不尽，且质量轻，易摆放，但随之又有了新问题――一般塑料瓶耐热性差，不宜在其中做燃烧实验。
　　最后，我们想到了"太空杯"。它不仅透明，不会影响现象观察，加工也较容易，而且耐热性比一般的塑料强，能够满足实验要求。经过多次试验，我们最后决定用太空杯作为燃烧容器。