学习化学的重要途径——科学探究
学习化学的重要途径——科学探究
化学是一门以实验为基础的科学，实验和科学探究是学习化学的重要途径。通过实验以及对实验现象的观察、记录和分析等，可以发现和验证化学原理，学习科学探究的方法并获得化学知识。本文将详细介绍化学学习的特点、一般方法以及实验探究的具体步骤，并通过多个实验案例来说明科学探究在化学学习中的应用。
化学学习的特点
- 关注物质的性质；
- 关注物质的变化；
- 关注物质变化的过程及其现象并进行比较和分析，以得出可靠的结论。
学习化学的一般方法
学习方法有阅读法、观察法、分类法、比较法、讨论法、推理法、归纳法等等。其中，
- 阅读法就是通过阅读教材或其它材料等（阅读时，既要重视主要内容，也不忽视小字部分和一些图表及选学内容，因为这些内容有助于加深对主要内容的理解及拓宽知识面），来学习和获取知识的方法；
- 观察法是指根据一定的学习目的、提纲或观察表，用自己的感官和辅助工具去直接观察被研究对象，从而获得资料或知识的一种方法；
- 分类法就是按照事物的性质、特点、用途等作为区分的标准，将符合同一标准的事物聚类，不同的则分开的一种认识事物的方法；
- 比较法是通过观察、分析，找出研究对象的相同点和不同点的一种认识事物的基本方法；
- 讨论法是在教师的指导下为解决某个问题而进行探讨、辨明是非真伪以获取知识的方法；
- 推理法是在原有基础上经过概括、抽象、推理得出规律的一种研究问题的方法；
- 归纳法是从通过分析个别性知识,引出一般性知识，从而归纳出它们所共有的特性，得出一个一般性结论的推理方法。
实验探究的方法
学习化学的重要途径——科学探究，科学探究本身也是一种学习方法。化学是一门以实验为基础的科学，化学实验是科学探究的具体途径。
科学探究的一般步骤，它是指按照：
“提出问题→猜想与假设→制定计划（或设计方案）→进行实验→收集证据→解释与结论→反思与评价→拓展与迁移”这样八个连续的环节，来认识探究物质的一种方法。
对几个实验的探究
㈠ 对蜡烛及其燃烧的探究
⒈ 探究目的：探究石蜡的各种性质；石蜡在点燃前后的变化；对蜡烛在点燃前、点燃时和熄灭后的三个阶段进行细致的观察，学会完整地观察物质的变化过程及其现象。通过分析，得出真实可靠的结论。
⒉ 实验用品(主要仪器及药品) ：小刀、烧杯或水槽(盛水)、火柴、干燥（干冷）的烧杯、蜡烛、澄清石灰水。
⒊ 探究方案
⑴ 点燃前探究：
① 步骤和方法：观察蜡烛的颜色、状态、形状、硬度和密度，并嗅其气味。然后用小刀切割，放入盛水的大试管或烧杯中。
② 现象：中心有一根灯芯，周围是筒状白色蜡状固体，轻微气味；可切割，放入水中不溶于水，浮在水面上。
③ 分析：常温下为白色固态，略有气味，质软（硬度小），不溶于水，密度比水小---物理性质。
⑵ 燃着时探究：
①步骤和方法：用燃着的火柴慢慢靠近烛芯，观察蜡烛的熔化到被点燃的过程；
观察火焰的分层情况，取一根火柴平放入烛焰中，约1-2s后取出，观察火柴梗在火焰的不同部位被烧的情况；
用冷而干燥的烧杯罩在火焰上方；
将烧杯迅速翻转，倒入适量的澄清石灰水，振荡。
②现象：蜡烛顶部先熔化，安静燃烧，发出黄白色的火焰，放热、发光，
蜡烛逐渐变短，受热时熔化，冷却后又凝固。
火焰分三层，中层（内焰）最明亮，最里层最暗；
火柴梗接触外层部分（外焰）最先被烧变黑，中层次之，最里层变黑最慢。
可观察到烧杯内壁有液滴出现，说明蜡烛燃烧时有水生成；
可看到石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成。
③ 分析：石蜡受热易熔化（熔点低）。
火焰分三层：外焰、内焰、焰芯，外焰温度最高，内焰次之，焰芯温度最低；故加热时用外焰。
⑶ 熄灭时探究：
① 步骤和方法：
吹灭蜡烛，并用火柴点燃刚熄灭时的“白烟”，
分别取一个干燥（冷）的烧杯和一个用澄清石灰水润湿内壁的烧杯，先后罩在蜡烛火焰上方, 观察烧杯壁上的现象。
或片刻后取下烧杯，迅速倒入少量澄清石灰水并振荡。
② 现象：熔化的石蜡逐渐凝固，白色棉线烛心变黑，易碎；
熄灭时有一缕白烟（为石蜡蒸气）从烛芯飘出；用火柴点燃白烟，白烟可燃烧并重新点燃蜡烛。
烧杯内壁有水雾出现（小水珠/水雾）；
澄清石灰水变浑浊；或烧杯内壁变浑浊。
③ 分析：石蜡遇冷凝固，燃烧时产生炭黑，棉线炭化。
石蜡熔化经焰芯挥发出蒸气，点燃后燃烧。熄灭后，蒸气冷凝成白烟，故白烟是石蜡固体小颗粒，仍可被点燃。
在做此操作时应注意，点燃的速度要快，稍慢，蜡烛冷却，不再产生蒸气，就很难点燃了；二是，火柴火焰不可离烛芯太远，距离越大，石蜡蒸气浓度越小，越难点燃。
蜡烛燃烧后生成了水（H2O）和二氧化碳（CO2）（两种新物质）（化学变化或化学性质）从而证明蜡烛中一定含有氢元素和碳元素。
⑷ 实验结论：
① 石蜡具有如下性质：白色蜡状固体，质软（硬度小），不溶于水，密度比水小，熔点低---物理性质；石蜡燃烧能产生水和能使澄清石灰水变浑浊的二氧化碳--化学性质。
② 石蜡受热时发生如下变化：先发生熔化（物理变化）；然后发生燃烧，有火焰，发光，放热，有新物质二氧化碳和水蒸气生成（化学变化）。在化学变化过程中同时发生物理变化。
③ 石蜡与助燃的氧气在点燃条件下燃烧，有火焰和放热现象，最终有水和二氧化碳生成。
石蜡＋氧气→水＋二氧化碳
⒋ 问题和建议：
⑴ 蜡烛为何能燃烧？蜡烛在什么条件下才能燃烧？像该物质燃烧产生新物质的变化是化学变化还是物理变化？
⑵ 石蜡具有哪些物理性质？哪些化学性质？用什么方法证明石蜡比木材软？
⑶ 点燃蜡色，观察其火焰可分为哪几层？其中哪层最明亮？哪层最暗？哪层温度最高？哪层温度最低？
⑷ 如何用实验对蜡烛燃烧的产物进行证明？进一步说明石蜡中一定含有哪些元素？可能含有哪些元素?
⑸ 仔细观察，可看到烧杯底或白瓷板上有一层黑色的物质（炭黑C）。这进一步说明石蜡中一定含有什么元素？
⑹ 熄灭蜡烛，有何现象？再用火柴点燃刚熄灭时的白烟，又有何现象？推测白烟可能是什么？
⑺ 如何设计实验证明蜡烛受热后产生的是石蜡蒸气或白烟是石蜡蒸汽冷凝形成的石蜡固体小颗粒？
⑻ 蜡烛在充足的空气或氧气中发生的是完全燃烧，会生成什么气体？如何证明？若发生不完全燃烧，还可能会生成什么气体？如何证明？
⑼ 若实验中没有水珠出现，分析可能的原因是什么？
⑽ 若实验中没有变浑浊出现，分析可能的原因又是什么？
㈡ 对人体吸入的空气和呼出气体的探究
⒈ 步骤一
收集空气和人呼出的气体各两瓶并闻各气体的气味
结论：两气体均没有气味
⒉ 步骤二
取一瓶空气和一瓶刚收集的人呼出的气体，分别加入澄清石灰水，振荡观察实验现象：
① 空气瓶中无明显变化
② 人呼出气体瓶中澄清石灰水变浑浊
结论：
空气中二氧化碳的含量比人体呼出的含量低
⒊ 步骤三
将燃着的木条分别插入盛有空气和人呼出气体的两个瓶中
⑴ 实验现象：
① 空气瓶中燃着木条无明显变化
②人呼出气体瓶中燃着木条熄灭
⑵ 实验结论：
空气中氧气的含量比人体呼出的含量高
⒋ 步骤四
将一块干燥的玻璃片放在空气中，对着另一块干燥的玻璃片吹气
⑴ 实验现象：
① 空气中玻璃片无明显变化
②人呼气的玻璃片上有水珠
⑵ 实验结论：
空气中水蒸气的含量比人体呼出的含量低
“两多一少”——呼出的气体比吸入的空气，二氧化碳多、水蒸气多，氧气少。
㈢ 空气中氧气含量的测定
⒈ 步骤和方法：
⑴ 先把玻璃棒的下端烧热，燃烧匙内放一块白磷，把橡皮塞插入瓶中，并把塞子塞紧。然后把玻璃棒的热端按下与白磷接触，白磷燃烧，产生大量白烟。
⑵ 待白磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，烧杯中的水倒吸进入瓶内。
⒉ 现象：有大量白烟产生，广口瓶内液面上升约1/5体积。
⒊ 结论：
⑴ 空气是混合物；
⑵ O2约占1/5，可支持燃烧；
⑶ N2约占4/5，不支持燃烧，也不能燃烧，难溶于水
⒋ 实验关键：
⑴ 可燃物要求：足量且产物是固体：选择红磷。
⑵ 装置要求：气密性良好。
⒌ 探究：
⑴ 液面上升小于1/5原因：装置漏气，红磷量不足，未冷却完全
⑵ 能否用铁、铝代替红磷？不能。
原因：铁、铝不能在空气中燃烧。
⑶ 能否用碳、硫代替红磷？不能。
原因：产物是气体，不能产生压强差
㈣ 水的组成的实验探究：
⒈ 实验装置：水电解器；
⒉ 电源种类：直流电
⒊ 实验步骤和方法：
⑴ 在电解器玻璃管里加满水，接通直流电源，观察并记录两个电极附近和玻璃管内发生的现象；
⑵ 切断上述装置中的电源，用燃着的木条分别在两个玻璃管尖嘴口检验电解反应中产生的气体，观察并记录发生的现象。
⒋ 实验现象及分析：
⑴ 两电极上均产生气泡，速率快的是负极，正、负极产生气体的体积比约为1:2，说明水通电分解产生气泡。
⑵ 正极产生的气体使燃着的木条燃烧得更旺，说明正极产生的是氧气。
⑶ 负极产生的气体能燃烧，火焰呈淡蓝色，说明负极产生的是氢气。
⑷ 反应的文字表达式：水→通电→氢气＋氧气
⒌ 实验结论：
⑴ 水由氢元素和氧元素组成的。
⑵ 一个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的。
⑶ 化学变化中，分子可分而原子不可分。
⒍ 实验拓展：
根据精确的实验测定，每个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的，因此水可以表示为H2O，电解水的化学方程式：2H2O＝通电＝2H2↑＋O2↑
【注意】
① 通电时，必须使用直流电。
② 电解水实验中，水中可加入少量硫酸钠或氢氧化钠以增强导电性。
③ 两电极上产生的气体和体积比口诀：“负氢正氧，负二正一”。
㈤ 实验室制备氧气的实验探究
⒈ 实验室制取气体的思路：（原理、装置、检验）
⑴ 发生装置：固固加热型、固液不加热型；
⑵ 收集装置：根据物质的密度、溶解性。
⒉ 气体制取与收集装置的选择
⑴ 发生装置：由反应物状态及反应条件决定：
① 反应物是固体，需加热，制气体时则用高锰酸钾制O2的发生装置。
② 反应物是固体与液体，不需要加热，制气体时则用制H2、CO2的发生装置。
⑵ 收集方法：由气体的密度及溶解性决定：
难溶于水用排水法收集，O2、H2能用排水法；
密度比空气大用向上排空气法，CO2只能用向上排空气法；
密度比空气小用向下排空气法，H2能用向下排空气法。
⒊ 氧气的制备：
⑴ 实验室制氧气的原理：2H2O2＝MnO2＝2H2O＋O2↑
2KMnO4＝△＝K2MnO4＋MnO2＋O2↑
2KClO3＝MnO2＝2KCl＋3O2↑
⑵ 制取氧气的操作步骤：（以高锰酸钾制取氧气并用排水法收集为例）
查—装—定—点—收—移—熄
⑶ 注意点：
① 试管口略向下倾斜：防止冷凝水倒流引起试管破裂；
② 药品平铺在试管的底部：均匀受热；
③ 铁夹夹在离管口约1/3处；
④ 导管应稍露出橡皮塞：便于气体排出；
⑤ 试管口应放一团棉花：防止高锰酸钾粉末进入导管；
⑥ 排水法收集时，待气泡均匀连续冒出时再收集；（刚开始排出的是试管中的空气）
⑦ 实验结束时，先移导管再熄灭酒精灯，防止水倒吸引起试管破裂；
⑧ 用排空气法收集气体时，导管伸到集气瓶底部。
⑷ 氧气的验满：用带火星的木条放在集气瓶口。
⑸ 氧气的检验：用带火星的木条伸入集气瓶内。
⑹ 催化剂（触媒）：在化学反应中能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质。（一变两不变）
催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。