中教法实验剖析Word文件下载.docx
《中教法实验剖析Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中教法实验剖析Word文件下载.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3.试验设计是进行实验研究的有力工具，其具体的方法很多，如全面试验法，简单比较法和正交试验法等等。
其中简单比较法是中学化学实验研究中常被研究者选用的，因为这种方法实验量少，结果的处理与分析也较方便。
例如，化学实验中不少制备实验的产率主要受着反应温度、反应时间和原料配比三个因素的影响。
如果设计时把每个因素都分为五个不同的水平进行平行测试，那么可以把三个因素五个等级分别用字母和数字表示，并排列成表（见表2-7）。
表2-7三因素五水平测试示例
A
B
C
（温度/℃）
（反应时间/min）
两反应物的质量比
1
2
3
4
5
A1（100）
B2
（2）
C1（2:
1）
A2（120）
B2（4）
C2（1:
5:
A3（140）
B3（6）
C3（1:
A4（160）
B4（8）
C4（1:
1:
5）
A5（180）
B5（10）
C5（1:
2）
从表2-7可知，要得出是哪个因素的最佳组合，需要对各因素的所有水平进行全面搭配试验，既要分别分别搭配：
A1B1C1，A1B1C2A1B1C3A1B1C4A1B1C5A1B2C1A1B3C1…A5B5C5共53=125次实验。
这种对每一种组合都进行测试的方法称为全面试验，显然全面试验的测试次数往往是很大的。
如果一个实验有五个影响其结果的因素，每因素又分为5个水平，那么就要做55=3125次测试。
这样大的工作量在客观上既不允许，同时也没有必要。
对于一般中学化学教学实验大多采用简单比较法进行有选择的测试。
例如上述三个因素的实验，在研究其中一个因素的影响大小时，可先将其余因素固定在某一个因素的水平上（常选择中间水平固定），即采用变化一个因素固定其他因素的方法进行逐一测试。
如先测试A因素，则可固定其余两个因素于B3C3上（也可选B1C2等任一组合），用B3C3分别与A1、A2、A3、A4、A5测试5次。
如果测试结果表明A4水平的值最理想，则可固定A4，在固定C3，用A4、C3分别与B1、B2、B3、B4、B5测试5次，可得到B因素的最佳水平。
假设其最佳水平为B2，则可以下结论说上述三个因素五个水平的诸条件组合的测试结果以A4B2C1的组合为最佳。
用这种方法安排测试，工作量可大可大减小，而给出的结果一般即为最佳组合或接近最佳组合。
当然这种方法所得信息不够全面、丰富，而且如果不重复测试，也无法排除其它误差造成的影响。
这是简单比较法的不足之处。
如果希望既能最大限度地减小试验次数，又能获得较全面的信息，那么数理统计的一个重要分支—“试验设计将提供许多方法，如正交设计、旋转设计等等。
4.正交试验设计法是一种用规范化的表格（正交表）来安排多因素试验和分析试验结果的方法。
正交表是由数学工作者根据“因素均衡分散”等原则设计出来的。
为适合各种试验情况，正交表的设计种类很多，实验研究着可根据自己需要从各种版本“数理统计”书中去挑选（本实验“参考文献”中列出的书籍资料中也能查到各种正交表）。
5.表6是一张正交表，通常称作L9（34）表，读作L-9-3-4表，符号“L”表示正交表，L右下角的数字“9”表示此表有9行，可以安排9次试验，括号内右上角的指数“4”表示此表有4列，最多可安排四个因素，括号内数字的底数“3”表示每个因素取三个水平。
表6L9（34）
6
7
8
9
表6表头的“列号”是放置试验中的诸因素（因素通常记作A，B，C，D…）的，该表列号有1,2,3,4表明其做多其最多可放置四个因素。
如试验的因素少时，可只用其中几列。
表的左侧是“试验号”，1，2，3…8，9表示一共可做9次试验。
表内的1，2，3分别表示因素在试验中应分别取第一水平、第二水平和第三水平，故又称为水平号码。
L9（34）正交表只能解决有三个水平的四个实验因素的试验设计问题，是一种比较简单地正交表。
除此之外还有L16（45）、L25（56）等许多种正交表可供选择。
在选用正交表之前，首先要根据试验目的，确定试验要考察的因素。
再确定每个因素变化的水平，考虑时注意试验范围一定要选得科学、恰当。
选好正交表后要设计表头，即把各试验的因素放上去。
某因素放在哪一列可以任意选取。
各因素的水平的编号排列也是任意的。
表2-9是某教师在研究木炭还原CuO实验时设计的表头。
表7影响木炭还原氧化铜实验的因素及水平
灯焰温度/℃
试剂配比
试剂研和度
D
试剂水分
A1600
B11:
C1略搅拌
D1不除水分（湿）
A21000
B21:
C2混合后研磨2min
D2彻底除去水分（干）
A31500
B31:
10
C3混合后研磨5min
D3除去约一半水分（半干）
选择了适当的正交设计表，又设计好了表头，就可列出具体的试验表了。
上面的实验所给出的试验表，试验表设计好后，逐一对每个试验号按编排的条件或要求一一试验，并记录好各次试验的结果，然后按一定的步骤分析试验结果。
试验结果的分析方法有两种，一种是直观分析，方法简单直观，计算工作量也小，但不能给出试验误差大小的估计，也无法知道分析的精密度。
另一种是方差分析，它避免了直观分析法的缺点，分析得比较精细。
但计算量较大。
“木炭还原氧化铜实验”的考察指标，往往会选择“实验现象是否明显”之类的非定量的指标，所以可采用直观分析法。
有关直观分析法的实例在下面的实验五中还会提及。
另外，正交试验法的直观分析和方差分析的具体内容及要求都较多，实验者如有兴趣，可通过翻阅本实验所列出的一些参考文献，作进一步的学习、了解。
实验的改进如下：
一.演示前的准备
（1）取1张废报纸在石棉网上烧成灰，并用玻璃棒研细，在托盘天平上称取O.lg，此为自制之木炭粉.另取0.8g氧化铜粉，混合均匀备用。
（2）用吸了灯用酒精lmL的长滴管伸入1支硬质试管的底部，将酒精挤入试管，转动试管，将试管准备加热的一面润湿约2cm。
（3）将纸灰和氧化铜的混合物用纸槽送入试管底部，然后转动试管，使混合物均匀地粘贴在润湿了的试管壁上.再用玻璃棒把一小团玻璃纤维加入试管底部，使之与混合物紧贴。
小火加热试管底部，使酒精挥发出试管。
2.课堂演示
（1）将准备好纸灰和氧化铜的硬质试管夹于铁架台上，甩配有玻璃弯管的橡皮塞塞住试管口，使弯管另一端伸入盛有澄清石灰水的烧杯里。
（2）用酒精灯大火加热试管底部（可加铁丝网灯罩以提高火力）3至5分钟，可以看到澄清石灰水变浑浊，试管底部出现2cm长的光亮铜镜。
二、操作
1.将烘干的木炭研细，然后按1:
1的质量比称取木炭粉和氧化铜，放入同一研钵中用力充分混研。
直到看不见晶亮的小颗粒为。
2.取1克混合粉末置于一干燥的硬质试管底部。
用玻璃棒将粉末轻轻压实（不要压得太紧），然后将石棉绒铺在粉末上。
用细铁丝绕一长短合适的弹簧状螺旋，将其插入试管顶住石棉绒。
3.用酒精喷灯给试管预热，然后对准存放药品的部位加热。
当反应一旦发生就停止加热。
由于剧烈的放热反应产生的热量延及到所有的反应物，试管内通红，反应继续进行。
在石灰水中不再有气泡冒出时，止住橡皮管。
待试管冷却至室温后，将漏斗移出液面，打开弹簧夹，从试管中取出金属铜。
三、几点说明
1.由C+2Cu0=2Cu+CO2:
个可知，反应物碳与氧化铜的质量比为1:
13.3。
但由于木炭中含有杂质，且在高温下炭还会转化为一氧化碳，除其中一部分一氧化碳还原氧化铜外，另一部分一氧化碳散失到空气中，为了确保氧化铜被完全还原，在实际使用中炭粉的质量应大于理论值，即质量比在1：
12时实验效果最佳。
2.木炭和氧化铜要干燥，以防止试管在加热时破裂。
所选用的木炭应以炭化完全的优质产品为宜。
3。
反应一定要高温。
若没有酒精喷灯可将普通酒精灯用多股棉纱作灯芯，并套上一个汽化罩以提高酒精灯的温度。
4.小漏斗倒置于石灰水液面上的目的是防止因反应剧烈，放出的二氧化碳气体把石灰水冲出烧杯外。
四、优点
改进后的实验现象明显，不仅能观察到澄清的石灰水变浑浊而且还能清晰地观察到反应剧烈放热，反应后倒出的固体几乎全部是紫红色的铜且管壁伴有铜镜。
实验七含氯消毒液性质、作用的探究
【研究背景】
日常生活中的消毒液包括多种，如适用于医院、公共场所喷洒消毒的过氧乙酸；
对宾馆，餐饮业以及家庭等日常用品消毒的含氯消毒液。
其中又以含氯消毒液最为常用，其有效含氯量高、使用安全、而且价格便宜，同时它与水的亲和性很好，能与水以任意比例互溶且不存在液氯、二氧化氯等药品的安全隐患，因此它受到人们的青睐。
含氯消毒液主要是指溶液中含有一定量的次氯酸，并以此来消毒杀菌的液体消毒液，有效成分使次氯酸和次氯酸钙。
日常生活中常用到的“84”消毒液就是以次氯酸钠为主的典型的含氯消毒液。
一、实验目的
1.通过实验加深对“84”消毒液性质、作用以及使用方法的初步了解。
2.学会用对照实验法对含氯消毒液性质、作用以及影响进行探究。
二、实验方法与手段
1.实验方法
滴定测量法和对比分析法。
2.实验仪器
移液管（5mL，10mL），碱式滴定管，石棉网，药匙、烧杯（50mL、100mL），玻璃棒，火柴，洗瓶、容量瓶（100mL、250mL），胶头滴管，pH试纸，洗耳球
量筒（10mL、50mL），温度计（0-100℃），铁架台，天平、250mL的碘量瓶（带盖）9个，酒精灯，滤纸
3.试剂
市售“84”消毒液（生产日期不宜较久）冰醋酸溶液（新配，36%）、碘化钾溶液（新配，0.1mol/L），蒸馏水、硫代硫酸钠溶液（新配，0.05mol/L），冰块
氨水溶液（新配，2mol/L），淀粉溶液（新配，10g/L）
三、实验方案
1.探究假设
“84”消毒液是以次氯酸钠为主要成分的液体消毒液，为了研究影响“84”消毒液性质中有效含氯量的因素，通过文献查阅到，溶液的酸碱性和温度对“84”消毒液的性质有较大的影响。
因此，试拟定通过实验验证法和对照试验法对上述两个因素进行探究，并作出探究活动的假设，即；
在酸性条件下和室温下（20-30℃）时，其有效含氯量比较高，所产生的消毒效果应该是最佳。
2.实验验证
（1）实验一
①取市售的“84”消毒液1ml，然后加蒸馏水至定容至50ml，配置成待测样品后，密封盖好，均匀混合并避光保存放置。
②用移液管分别3次吸取5ml“84”消毒液待测样品，分别放入3个250ml的碘量瓶中，并标号a、b、c；
③向a碘量瓶中加入蒸馏水（冷，t=6℃）50ml；
向b碘量瓶中加入蒸馏水（温，t=26℃）50ml；
向c碘量瓶中加入蒸馏水（热，t=46℃）50ml。
④迅速向a、b、c中加入5ml36%的冰醋酸溶液，密封盖好，摇匀，并用pH试纸测定其pH，记录数据pH=2.5（约等于）。
迅速向碘量瓶中加入0.1mol/L碘化钾溶液10ml，密封盖好，摇匀；
⑤在暗处静置5min；
用0.05mol/L硫代硫酸钠溶液滴定样品。
滴定时当试剂由棕黄色变成浅黄色时，加入淀粉1ml，溶液变为蓝色。
充分混合摇匀后继续以硫代硫酸钠标准溶液滴定至蓝色刚好消失至无色透明为止。
记录滴定溶液的消耗体积（单位ml）；
⑨计算“84”消毒液的有效含氯量。
（2）实验二
重复试验一的②、③步骤；
②迅速向碘量瓶加入约5ml的蒸馏水，密封盖好，摇匀，并用pH试纸测定pH，记录数据pH=7.5
③重复试验一的⑤-⑨。
（3）实验三
重复实验一的二、三步骤；
②迅速向碘量瓶中加入约5ml、2mol/L的氨水溶液，密封盖好，摇匀，并用pH试纸测定其pH，记录数据pH=10.5；
③重复试验一的⑤-⑨步骤；
（4）实验四
将实验一至实验三重复测定三次，取平均值。
1.记录及处理数据
根据硫代硫酸钠物质的量与有效含氯量的物质的量2：
1的关系，利用以下公式和实验数据计算出“84”消毒液原溶液中的有效含氯量（单位g/L）
含量有效氯=（V×
c）/2×
M/5mL×
50mL/1mL
四、研究资料
1.实验原理
（1）“84”消毒液灭菌原理
次氯酸钠消毒液的灭菌原理主要是通过它的水解形成次氯酸，次氯酸再进一步分解形成活性氧[O]，活性氧的强氧化性使菌体和病毒的蛋白质变性，从而使病源生物致死。
次氯酸钠的水解受pH的影响，根据化学测定，酸碱性对无机含氯消毒剂效果的影响较大，次氯酸钠消毒剂在pH4.5-9.5的变化中，对微生物的灭菌率从99.9%下降至53.6%。
（2）“84”消毒液有效含氯量的检测原理
在含碘化钾的酸性溶液中，次氯酸钠与碘化钾发生氧化还原反应，并释放等量的碘，用硫代硫酸钠标准溶液滴定，根据硫代硫酸钠的用量，计算样品的有效含氯量。
有效含氯量是含氯消毒液的一个重要的标准。
含氯消毒剂的有效含氯量，不是指样品中氯的含量，而是指含氯消毒剂的氧化能力相当于多少氯气的氧化能力。
有效含氯量能反映消毒剂氧化能力的大小。
有效含氯量越高，消毒剂的氧化能力就越强；
反之，消毒能力越弱。
在实验过程中，消耗的硫代硫酸钠溶液的物质的量与试样中的有效含氯量的物质的量的关系是2:
1.
五、问题与建议
1.问题
影响本实验结果的误差有哪些？
对照所得实验数据与产品上说明的使用标准，考虑如何使用判断和评价本实验，并尝试从生活的角度解释实验结论的价值。
2.建议
以本实验为例，开展一次有关“生活处处有化学”的主题活动。
实验八亚甲基蓝的振荡反应
振荡反应是一类原理平衡态体系中的自催化反应，它是指一些反应参数或反应中间物浓度能随着时间或空间位置做周期性的变化。
亚甲基蓝的振荡反应是基于经典的“蓝瓶子”实验改进而来的。
“蓝瓶子”实验首次由campbell于1963年在美国“化学教育杂志”上详细介绍的。
“蓝瓶子”实验原理是蓝色的亚甲基蓝在碱性条件下，极易被葡萄糖氧化为无色亚甲基白。
当振荡锥形瓶时，溶液中溶解的氧气增加，亚甲基白被氧化成亚甲基蓝，溶液变成蓝色，静置一段时间后，一部分氧气逸出，亚甲基蓝又被还原成无色的亚甲基白。
溶液颜色变化快慢受溶液碱性的强弱，葡萄糖的加入量，溶液的温度，震荡的程度因素影响，通过改变外界条件，振荡，静置锥形瓶，锥形瓶中溶液的蓝色、无色交替出现，呈周期性变化，不但容易激发学生学习化学的兴趣，而且还可以通过探究影响变化的条件，进一步加深认识控制实验条件的重要性。
1.通过观察不同条件下亚甲基蓝与橙汁反应实验现象的变化，体验对比实验法。
2.认识化学振荡的本质。
观察法，实验比较法
锥形瓶，量筒，胶头滴管，小烧杯，白纸
鲜橙汁（也可用市售的较浓橙汁饮料），NaoH溶液（1mol/L），亚甲基蓝（0.1%）。
1.取两个洁净的锥形瓶，分别标号①、②。
①号瓶加入10mL的橙汁，②号瓶加入2mL的橙汁，然后都滴入5-10滴1mol/L的NaoH溶液，同时振荡锥形瓶，观察溶液的颜色。
2.分别向①、②号锥形瓶滴入1-2滴入0.1%亚甲基蓝溶液，振荡锥形瓶，观察两个锥形瓶的颜色变化。
静置一段时间后，待溶液恢复原来的颜色，在震荡锥形瓶，静置一段时间，记录恢复原来颜色的时间。
3.把锥形瓶中的溶液倒入两个50ml小烧杯中，用力振荡，放在一张白纸上，静置几分钟，出现自组织图案。
再振荡，溶液变为绿色，静置一会，观察实验现象。
可如此反复，观察现象的变化，记录振荡的周期时间。
切忌静置时，触碰或晃动小烧杯。
四、研究资料
亚甲基蓝是一种氧化还原指示剂，在碱性条件下，蓝色的亚甲基蓝可被还原性物质还原成亚甲基白，葡萄糖具有还原性，在碱性条件下，其还原能力表现的尤为突出，可以使亚甲基蓝转化为亚甲基白，当振荡后，与空气中的氧气结合，又把已经还原成无色的亚甲基白再氧化成亚甲基蓝呈现蓝色，但是蓝色的亚甲基蓝很快又被葡萄糖还原。
由于本实验用黄色的橙汁代替无色的葡萄糖溶液，因此，颜色的变化不是蓝色、无色交替出现，而是随着振荡、静置，绿色、黄色反复出现。
自组织现象。
从普通意义上讲，自然界中的一切现象都表现为自组织现象，其内在机制是系统通过内部的相互作用自发达到整体有序的一种行为。
亚甲基蓝通过探究影响变化的条件，进一步深化控制实验条件的重要性。
五、问题与建议
哪些外界条件影响亚甲基蓝的振荡反应？
要想探究亚甲基蓝颜色变化快慢的影响因素，应如何设计实验方案？
可以用西瓜汁、葡萄汁、黄瓜汁、番茄汁、冬瓜汁和荔枝汁等其他方便易得的果汁替代橙汁进行实验。
请查阅相关资料，列举1-2个化学实验的自组织现象。
实验十一香烟烟雾中的毒物的测定
帮助学生了解香烟的有害成分，树立吸烟有害健康的正确观念。
二、实验用品
具支试管，滴管，烧杯，试管，洗耳球，水浴锅，95%的酒精，2%的硝酸银，2%的氨水，新鲜动物血，香烟、氢氧化钠溶液、高锰酸钾溶液、蒸馏水、石灰水。
三、实验步骤
1.W管中分别接加入蒸馏水、酒精、高锰酸钾酸性溶液和新鲜的动物血，使液面刚好与上管壁接触为宜。
将具支试管用短胶管如图所示连在一起，然后固定好。
2.将香烟插在左端胶管上，点燃香烟，将洗耳球，挤瘪后插在W管右端管口上，慢慢放松洗耳球，香烟烟气进入W管内，用洗耳球反复吸气。
3.
观察到蒸馏水和酒精变浑浊，酸性高锰酸钾褪色，新鲜动物血变为鲜艳的红色。
4.
去取上述B处酒精溶液，逐滴加入希夫溶液产生白色沉淀。
往盛银氨溶液的试管中加入A处的水4-5滴。
搅匀后放在水浴锅中加热，不一会儿试管壁上出现银镜。
四、实验研讨
1.酸性高锰酸钾褪色，是因为烟气中含有醛基还原性物质。
如丙烯醛，它可抑制气管纤毛将分泌物从肺内排出，给吸烟者带来呼吸困难，发展成慢性支气管炎和肺气肿。
2.动物血为鲜红色，是因为烟气中含有一氧化碳，极易与血红蛋白结合，但却不易分离。
所以一氧化碳进入人体后会阻碍氧与血红蛋白的结合，使人体血液缺氧而中毒。
3.蒸馏水和乙醇变浑浊，是因为烟气中有极微小的不溶性固体颗粒。
烟气中的尼古丁易溶于乙醇中，氢能与希夫生成白色沉淀，尼古丁是烟草中的特性物质，能使人引起多种疾病，其最大的危害在于是吸烟者成瘾。
通过烟气的水溶液能用于银镜反应，说明烟气中含有醛类物质。
4.弱W管内不加任何试剂，用洗耳球反复吸烟，挤捏洗耳球时，喷出大量白烟。
一支香烟未燃尽，就可看到W内壁出现黄褐色物质，这是烟焦油，对人体危害极大。
实验十菠菜中色素的提取与分离
许多植物的茎、叶、果实都含有许多色素，这些天然色素对人体无害，可在食品中做着色剂，也可作医药工业的原料。
菠菜中丰富的叶绿素、叶黄素、胡萝卜素等多种色素。
农业生产上常用测定农业中叶绿素的含量来完成农作物产量预测和农情检测。
环境监测部门常通过测量湖泊中叶绿素含量对湖泊的营养化程度和污染情况经行监测，叶黄素常被用于医疗和药物生产中，它对治疗和预防眼部疾病和肠癌有显著效果。
胡萝卜素中的β-胡萝卜素可以作为生产维生素A的原料。
要获得植物中的各种色素，就必须运用化学方法把原本混在一起的各种色素提取出来进行分离。
工业生产和科学研究中常用的色谱分离方法对混在对一起的有机化合物进行分离、提取和鉴定。
通过从菠菜中提取与分离色素的实验，学生可以了解从植物中提取某种成分的方法，加深对“相似相溶”原理的理解，综合训练萃取、洗涤、有机溶液的干燥、点样等基本操作。
在溶剂的选择和实验操作的过程中，学生会初步建立合理的试剂，安全完成实验的操作意识。
1.了解从植物中提取有机物的一般方法，学会用有机溶剂提取菠菜中的色素进行分离。
2.了解几种常见的色谱分离的方法原理，学会色谱分离的基本操作。
3.学会运用“相似相溶”原理合理的选择萃取试剂。
1.研究方法
薄层色谱分离法
布氏漏斗，研钵，分液漏斗，展开缸（或广口瓶），玻璃板（3cm-10cm），烧杯（50mL）,锥形瓶,量筒，圆底烧瓶（250mL），点样毛细血管。
硅胶G，石油醚（60-90℃），0.5%羧甲基纤维素钠溶液，丙酮，甲醇，乙醇
1.薄层板的制备
取两块玻璃板，用蒸馏水洗净后烘干，再用酒精棉球擦玻璃板表面至光洁无斑痕。
称取2.5g硅胶G于小烧杯中，加约6ml0.5%羧甲基纤维素钠溶液，用玻璃棒搅拌成均匀的糊状，分别倒在准备好的玻璃板的一端，在桌边轻轻地震动，使硅胶G均匀的涂在玻璃板上。
把涂好的玻璃板水平放在桌边上，晾30min左右，然后放入110烘箱中活化30min。
2.菠菜中色素的提取
称取4g洗净的新鲜菠菜或冷冻的菠菜叶（如果是冷冻的，要在解冻后包在滤纸中轻压吸取水分），将其剪碎并置于研钵中，加10mL甲醇搅拌，用力研磨至叶片完全磨碎，用布氏漏斗抽滤菠菜叶，留滤渣再用10mL甲醇再萃取一次，抽滤。
将菠菜叶转入分液漏斗中，用10mL3:
2（体积比）的石油醚—甲醇混合液萃取两次，每次用5mL饱和
升级会员 