Transcript 李桂林《探索实验创新，改进实验教学》

探索实验创新，改进实验教学
李桂林
上海市莘庄中学
[email protected]
一、开阔自己的视野，从别人的作品
中吸取灵感
实验1：葡萄糖趣味实验中的图灵斑图及
其影响因素研究
蓝瓶子实验是一个经典的实验
蓝瓶子实验在培养皿中形成的图案
提出猜想1：图案是因为表面张力引起的
设计实验：用不同的容器来进行实验
实验结果：图案不是因为表面张力引起的
提出假设2：图案是胶团
查阅相关资料：胶团是肉眼看不见的，
所以假设失败。
查阅资料：
结缘图灵斑图
证明是图灵斑图
查阅图灵斑图的相关文献
找到新的研究方向
资料显示：文献资料显示温度、电场、光照、磁场、浓度
等可能对图灵斑图产生影响，并预测三维图灵斑图的存在，
但从未在实验室观察到三维图灵斑图的存在。
斑图：
斑图是在空间或时间上具有某种规律性的非均匀
宏观结构，普遍存在于自然界。如无机化学中的
晶体结构、有机聚合物中自组织形成的斑图、水
面上的波浪、老虎的斑纹、鱼的条纹、向日葵的
花苞。
图灵斑图：
1952年，被后人称为计算机科学之父的著名英国数学家
图灵(A．M．Turing)把他的目光转向生物学领域。他在著
名论文“形态形成的化学基础”中，从数学角度表明，在
反应扩散系统中，稳定均态会在某些条件下失稳，并自发
产生空间定态图纹。此过程被后人明文为图灵斑图。图灵
用一个反应扩散模型成功地说明了某些生物体表面所显示
的图纹(如斑马身上的斑图)是怎样产生的。
研究不同条件对图灵斑图的影响
1、浓度
通过对比实验寻找最佳的实验浓度
2、温度
用最适宜的浓度，做不同温度下产
生的图灵斑图的影响。寻找最适宜的温
度
3、光照（水温控制在20度）
结论：光照会影响图灵斑图的形状，而
且这次图灵斑图是三维的。
4、磁场
在有磁场影响的情况下，在磁场中其形
状如同一朵花。先是出现一圈圈的环状斑纹，
出现顺序为由里而外。
在以前的研究中也发现过
类似的螺旋状图灵斑图
5、电场
手摇感应电容
机和感应器来
提供电场
四、创新及意义
1、尽管有许多的化学振荡反应，在过去几年里，De
Kepper小组致力于在众多的振荡反应中来发现图灵斑图
如二氧化氯-碘离子(CDI)反应，过氧化氢-亚硫酸钠-硫代
硫酸钠（CT）反应，碘酸根离子-亚硫酸根离子-硫脲素（
TuIS）但仅在FIS体系中发现图灵斑图，最近
,Horvath,I.Szala和P.De Kepper发现了图灵斑图，迄今为
止，共有5个体系发现了图灵斑图，如CIMA体系(亚氯酸
钠-碘化钠-丙二酸-淀粉)；PA-MBO体系（聚乙烯-甲基蓝硫化钠-氧气）FIS体系(亚铁氰化钾-碘酸钠-亚硫酸钠),BZAOT体系（水、油、阳离子表面活性剂、BZ反应介质）
。TuIS RD体系（碘酸根离子-亚硫酸根离子-硫脲素）。
今天我们发现了一个新的能产生图灵斑图的反应体系。为
能产生图灵斑图的体系增加了新的成员。
2、以前的图灵斑图都要在复杂的特定反应容器
中产生，下图是一种常见的图灵斑图产生器。
3、我们还探究了不同条件对图灵斑图形状的影响，丰
富了图灵斑图的理论知识。
4、以前的科学研究预测三维图灵斑图的存在，但仍然
没有在实验上发现三维的图案 ，我们在真实的实验室里
看到了三维的图灵斑图。
参考文献
1、王祖浩、王程杰，中学化学创新实验[M]，广西教育出版社
,2007:143-144
2、Turing A M.Phil Trans R Soc London Ser B,1952,327:37
3、解荣永， 苗 琛， 王玉梅等，图灵图案的研究进展[J]，宿州
学院学报，第22卷第3期，2 0 0 7年6月
4、欧阳颀，反应扩散系统中的斑图动力学[M]，上海科技教育
出版社1992:3
5、张春霞 ，欧阳颀 图灵斑图动力学[J]，科学54卷I期8-11
6、HaimiaoLiu,john A Pojman,yuemin Zhao等，Pattern formation
in the iodate-sulfite-thiosulfate reaction-diffusion system,
Phys.Chem.Chem.Phys.,2012,14,131-137
7、J.Horvath,I.Szala and P.De Kepper,science,2009,324,772
8、J.Horvath,I.Szala and P.De Kepper,science,2010,239,776
二、创新教具——利用新科技为实验服务
实验2
光照条件化学反应仪
1、在光照条件下甲苯和溴的取代反应
2、卤代反应的趣味化实验改进
③探究不同颜色的光对化学反应的影响
创新之处：
1、该仪器可以做光对化学反应速率的影响，为课
本理论内容增加了实验。
2、用红色和蓝色节能灯就可以进行实验比较不同
颜色的光对化学反应速率的影响，可以让学生探究
不同强度的光对化学反应的影响。
3、通过对比甲苯和溴的四氯化碳溶液在铁做催化
剂和光照条件下的反应，让学生明白不同条件机理
和产物完全不一样。
4、通过控制同一个试管中的溶液的是否光照，使
实验更加趣味化、真实化。
三、根据现有理论设计实验
实验3
零能耗镀铜
2012年上海市高考化学试卷出来后，14题
是一个得分率比较低。离子方程式为：
Zn+2H+→Zn2++H2↑ 既可以是原电池又可以是电
解池。电镀铜是一个经典的实验。阳极：Cu2e→Cu2+；阴极：Cu2++2e→Cu。这个电镀非常
有意思，就是铜单质从一个地方转移到另一个地
方。太神奇了。这个能否既是原电池又是电解池
呢？如果是的话将实现零能耗镀铜。
我开始查阅所有有关电化学有关的知识。
了解到浓差电池的存在。浓差电池里有：
Ag | AgNO3(m') || AgNO3(m'') | Ag
它的电极材料和电解质都相同，只是电解
质的浓度不同，即m'≠m''
那么是否可以存在
Cu|Cu(NO3)2(m') || Cu(NO3)2(m'') | Cu
创新点：能实现零能耗镀铜
零能耗耗从废铜中回收铜
四、关注化学在生活中的应用
实验4
碘盐中碘元素的快速测定
1.用酸性碘化钾淀粉溶液检验碘盐
I-+ IO3-+6H+
3 I2+3H20
2.维C测碘
一定量的维生素C在食醋酸性条件下能
把碘盐中的碘酸钾还原成单质碘，碘
遇淀粉显蓝。
3.用亚铁盐检验碘盐
原理：加碘食盐在10-20s内由绿色
变成黄色，再过5-15s的时间由黄色
变成棕褐色，再过30-40s的时间变
成蓝色。由于Fe2+ 被氧化成Fe3+、
盐中IO3-被还原成I2，显现前几种颜
色，后由于I2 遇直链淀粉变蓝遮蔽
了前面的颜色。
谢谢！
请多指教！