神奇的“水中闪火花”创新实验的设计

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摘要：阐述了由浓硫酸、乙醇与高锰酸钾三者作用形成的“水中闪火花”创新实验的设计过程、原理。指出通过创新实验设计可以激发学生强烈的好奇心，提高学习化学的兴趣。
关键词：水中闪火花实验；趣味化学实验；创新实验设计
文章编号：1005–6629（2013）10–0046–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
新课程的基本理念是倡导通过以实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学研究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力[1]。然而由于实验创新设计难、耗时多，很多课堂普遍存在弱化创新实验的现象，不利于学生形成一定的观察能力、思维能力与创新精神。鉴于此点，笔者设计了如下创新实验来启迪学生的思维，开阔学生的眼界。
基于初中化学趣味实验“魔棒点灯”的原理，浓硫酸与高锰酸钾混合生成 Mn2O7，当它遇到酒精等可燃物质时即发生剧烈的氧化还原反应，并产生很高的温度而使酒精灯燃烧。因此，笔者设计了简单、易行、安全、有趣的“水中闪火花”创新实验，目的是激发高一学生的好奇心，使学生对化学产生强烈的求知欲，提高学生学习化学的兴趣，可供同行参考。
1 实验仪器及试剂
电子天平、试管、铁架台、铁夹、钥匙、10 mL量筒、无水乙醇、98%浓硫酸、高锰酸钾。
2 实验操作及现象
2.1 实验操作
取一支洁净的试管，向试管里注入4 mL无水乙醇，然后再沿着试管内壁慢慢地注入5 mL的98%浓硫酸，把试管垂直固定在铁架台上，试管里的液体分为两层，上层为酒精，下层为98%浓硫酸。待冷却至室温，用药匙取5～6粒小颗粒状的高锰酸钾晶体（每颗平均重量为0.0071 g）慢慢撒入试管里。
2.2 实验现象
加入的高锰酸钾颗粒会慢慢下沉，渐渐落到两液面交界处。水中出现一番奇景：高锰酸钾颗粒在交界处上下跳动，试管里两层液体交界面出现一闪一亮的火花，并听到轻微的响声。
3 实验原理分析
查阅资料[2]：高锰酸钾密度：2.7 g/cm3；98% 浓H2SO4密度：1.826 g/cm3；无水乙醇密度：0.7893 g/cm3。高锰酸钾的密度比98%浓 H2SO4和无水乙醇都要大，因此，高锰酸钾晶体会下落，当落到两液面交界处，颗粒状的KMnO4与98%浓 H2SO4反应，生成了一种爆炸性的绿色油状物Mn2O7：2KMnO4+H2SO4=Mn2O7+ K2SO4+H2O。Mn2O7在273 K以下稳定，静置时缓慢地失去氧而生成MnO2，受热爆炸分解成MnO2、O2和O3，并以爆炸方式使大多数有机物发生燃烧[3]。酒精是易燃有机物，遇到Mn2O7 就会燃烧。但是由于氧气的量较少，只能发出点点火花，而不能使酒精连续燃烧，于是在液体中出现了一闪一亮的奇特火花。同时由于在两液面交界处反应过程中会产生少量的气体，所以未反应颗粒会在交界处上下跳动，直至反应停止。
4 实验注意事项
高锰酸钾晶体（所用高锰酸钾是颗粒状，40粒总重量为0.286 g，平均每粒重量为0.0071 g）的用量要适量，不可太少或过多，一次性加入最好控制在5～15粒（0.0355～0.1065 g）以内，若量太少反应现象不明显，若量过多反应太剧烈，使试管里的液体会冲出来。
5 实验设计的意义
“水中闪火花”创新实验打破了传统的思维——水火不容，解决了对学生来说，神秘而又好奇的化学实验，使学生对化学产生强烈的求知欲，从而激发学生的学习兴趣。实验所需的药品简易，操作简便、省时、重复性好、现象明显等特点。实验的设计是基于化学实验教学的功能特点，致力于提高学生的科学素养，激发学生学习兴趣、优化学生的认知结构，可以使学生感知有趣的化学现象，充分调动学生主观学习的积极性，培养学生独立思考的能力，提高学生的观察能力、分析能力和探究能力。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003：2；33.
[2]周公度.化学辞典（第2版）[M].北京：化学工业出版社，2010：225；418；741.
[3]北京师范大学无机化学教研室等编.无机化学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2003：760～767.