大学无机化学实验及化学史教育的探讨
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【摘 要】大学无机化学实验是一门基础化学实验课程，以化学理论知识为依托，通过对无机化学实验的规范操作，体现了实验学科的重要作用。本文重点介绍了四个无机化学实验，验证元素及化合物的性质，了解许多元素离子的定性鉴定，掌握某些化合物的制备和提纯方法，熟悉无机化学实验的基本操作。同时简要分析了化学科学的利与弊，阐述了化学学科的历史现状和发展前景。为化学教育工作者提供了一定的参考资料。
【关键词】化学史;无机化学实验
中图分类号： O61-4;G642 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）12-0114-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.054
1 浅谈化学史
化学是一门古老的科学，是人类在长期的社会实践过程中逐渐形成的，它的发展历史可以追溯到原始社会。化学史不仅是科学史的一个重要分支，同时也是化学学科的重要组成部分。可以说化学史是化学历史发展的高度概括和总结[1]。
原始人类击石、钻木取火，利用火寒夜取暖，烘烤食物，驱赶猛兽，充分利用燃烧时的发光发热现象。人类使用火，便是最早的化学实践活动。人类不仅可以使用工具，而且可以用工具来制造工具。工具的更新造就了人类文明的进化，同时，人类文明的进化也促进了工具的更新。在科学实验中，仪器就是科学家们的工具，它们同样影响着人类文明的发展。[2]用黏土制造陶器、由矿石烧出金属、用粮食酿造出酒、用天然染料给丝织物染色。在化学的萌芽时期，虽然没有形成化学知识，但却在实践经验的直接启发下，经过长期摸索形成了最早的化学工艺。
随着人类社会的发展，人们对物质的认识也在一步步深入。古人曾根据物质的某些性质对物质进行分类，并企图追溯其本原及其变化规律。公元前4世纪，中国提出了阴阳五行学说，认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成的，此说法是朴素的唯物主义自然观。几乎与此同时，古希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论[3]。这些朴素的思想，即为物质结构及其变化理论的萌芽。燃素说认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素，燃烧过程就是可燃物中燃素放出的过程，尽管这个理论是错误的，但它把大量的化学事实统一在一个概念之下，解释了许多化学现象。1775年前后，拉瓦锡用定量化学实验发现了燃烧的氧化学说，并用来解释燃烧等实验现象，使化学从定性转为定量，开创了定量化学时代，使化学沿着正确的轨道发展。
1803年，英国化学家道尔顿提出了近代原子论，1811年，意大利科学家阿伏伽德罗提出分子学说。自从用原子—分子论来研究化学，化学才真正被确立为一门科学。
化学是人类社会发展史上的一个伟大创举。化学知识的形成、化学的发展经历了漫长的道路。它伴随着人类社会的进步而发展，是社会发展的必然结果。而它的发展又推动了人类社会的进步。物理化学之父奥斯特瓦尔德曾说过“啊，化学，美妙的化学！我奉献出毕生的精力为你工作，而你也为我把崭新的道路开拓。”
2 无机化学实验项目的简单介绍
实践是检验真理的唯一标准。科学实验，是指根据一定目的，运用一定的仪器、设备等物质手段，在人工控制的条件下，观察、研究自然现象及其规律性的社会实践形式。化学一直是自然科学中很重要的以实验为主的基础学科。
大学无机化学实验项目[4]包括氮族、氧硫、卤素、碱金属与碱土金属、铬锰、铁钴镍、硫酸铜的制备与提纯、硝酸钾的溶解度测定、生物体内几种元素的定性分析等。以下选取几个重要的无机化学实验进行具体分析。
2.1 卤素：氟、氯、溴、碘、砹
卤族元素指元素周期表中第ⅦA族元素，简称卤素。它们在自然界都以典型的盐类存在，是成盐元素。随着分子量的增大，卤素分子间的色散力逐渐增强，颜色变深，它们的熔点、沸点、密度、原子体积也依次递增。氟是元素周期表中电负性最大的元素，是一种反应性能极高的元素。氟化物具有强的腐蚀性，可以用氟化钠进行玻璃的刻画。溴单质在室温下是红棕色液体。溴灼伤处理办法：用酒精水冲洗，再涂上甘油和烫伤软膏。单质碘是紫黑色晶体，易升华，有毒性和腐蚀性，碘单质遇淀粉会变蓝色。氯的四氯化碳溶液是黄绿色、溴的四氯化碳溶液是橙色，碘的四氯化碳溶液是紫黑色。
2.2 铬、锰
铬是银白色金属，与空气接触可以钝化，生成绿色的Cr2O3，一旦去钝化后，易溶解于几乎所有的酸中。Cr2O72-（橙红色）可以被还原为Cr3+（紫色），Cr2O72-（橙红色）和CrO42-（黄色）在酸碱条件下可以相互转化，CrO2-（亮绿色）可以被氧化为CrO42-（黄色）。锰是银白色金属，质坚而脆。在空气中易氧化，生成褐色的氧化物覆盖层。Mn2+较稳定，不容易被氧化，也不容易被还原，在强酸溶液中可被强氧化剂如NaBiO3或PbO2等氧化为MnO4-，使溶液显紫红色。
2.3 硫酸铜的制备与提纯
采用氧化铜与硫酸反应制取硫酸铜，CuO+H2SO4=CuSO4+H2O。将制备得到的硫酸铜在水中结晶，即得到硫酸铜晶体，再将反应产物中不溶性杂质用过滤方法除去，可溶性杂质用重结晶方法除去，将晶体置于表面皿上，用吸水纸吸干剩余水分、晾干、称量，即可得到纯度较高的硫酸铜晶体。通过硫酸铜的制备和提纯实验，了解并掌握溶解、过滤、加热、蒸发、重结晶等基本操作。
2.4 生物体内几种元素的定性分析
构成人体的元素很多[5]，主要是由元素周期表中较轻的元素组成。有些元素在人体内含量较多，如O、C、H、N、Ca、P、K、S、Na、Cl和Mg共11種元素，占人体体重的99%以上，属于常量元素。其它元素在人体内含量很少，不足体重的1%，属于微量元素。实验通过对动物骨头、棉花、树叶等原材料进行处理，将几种元素转化为离子，然后将这些离子用其特效反应一一鉴别出来。本定性实验检出Ca、Fe、P等元素是维持生命的重要元素。Ca是动物骨头中羟基磷灰石的组成部分。Fe作为微量元素，存在于各种各样的代谢活性分子中。P不仅是骨头的重要成分，也是核酸的重要组成元素。这些元素不仅存在于动物体内，也存在于植物体中。 3 化学科学的利与弊
人类社会在化学的推动下不断发展，人类社会的进步又推动了化学的发展。早在古代中国，就发明了造纸术、印刷术、火药、指南针。四大发明是中国古代劳动人民的重要创造，极大地推动了社会的进步。1869年，俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，并编制出元素周期表，元素周期表能够阐述各种元素的特性及其之间的关系，在化学及其他科学中得到广泛使用。诺贝尔在前人反复研究的基础上，发明了以硅藻土为吸收剂的安全炸药，这种安全炸药，在火烧和锤击下都很稳定，促进了化学工业的发展。1903年，居里夫人获得诺贝尔物理学奖。1911年，又因在放射化学方面的成就获得诺贝尔化学奖。居里夫人发现了两种新元素钋和镭，开创了放射性理论，发明了分离放射性同位素的技术。在她的指导下，首次将放射性同位素用于癌症的治疗。
在人们充分享受化学科学与技术带来的财富、舒适、便捷的同时，也对人类社会产生了许多负面影响。化学既有改造自然、造福人类的一面，又有破坏自然、危害人类的一面，是一把双刃剑。德国科学家哈伯用了五年时间，做了两万多次试验，制作出了铁——碱金属作为合成氨的催化剂，成功的合成了氨气，解决了粮食生产用肥问题。但是在第一次世界大战期间，德军在哈伯的指导下研制生产了氯气和芥子气等毒气，并组建了第一支毒气部队，使很多人丧于非命。工业革命以后，人们大量焚烧化石燃料，如石油，煤炭等，二氧化硫气体的排出导致酸雾，二氧化碳的排放导致温室效应。随着化学工业的发展，许多污染物的排放严重影响了人类的生存环境。
4 化学科学前景展望
我们每一个人都要尊重科学，秉承一颗严谨细致、求真务实的心，培养优秀的科学素养。科学的发展是没有止境的，化学的发展也决不会停滞不前。自从化学成为一门独立的学科后，化学家们已经创造出了许多自然界中不存在的新物質。到21世纪初，人类发现和合成的物质已超过3000万种。随着科学技术的发展，化学与其他学科也在相互渗透。新材料的制备、新能源的利用和化学工业生产的自动化极大地丰富了人类的物质生活。量子理论的发展，也使化学和物理学有了更多共同语言，解决了化学中许多尚未解决的问题。2015年，屠呦呦获得诺贝尔医学奖，标志着中医药学正式步入科学殿堂。化学在生物学、医学等学科方面的应用，使过去很难解决的蛋白质、酶等结构问题得到深入的研究，生物化学等学科得到快速的发展。近年来，绿色化学的实施，使更多的化学生产工艺和产品向着环境友好的方向发展，化学科学必将使世界变的更加丰富多彩.
【参考文献】
[1]熊晓君，张月梅.化学教学中化学史的应用价值及策略[J].广州化工，2018，46（23）：171-172.
[2]朱晓溪.早期化学仪器与化学学科发展的关系研究[D].上海师范大学，2011.
[3]谢良铎，伍雄武.原子论的发展及其方法论问题[J].昆明师范学院学报（哲学社会科学版），1982（03）：3-9.
[4]李月云，张慧，王平.无机化学实验[M].北京：化学工业出版社，2009.
[5]李颖.人体内的化学元素与人体健康[J].课程教育研究，2013（23）：167.作者简介：吕忆民（1971—），男，汉族，山东滨州人，山东理工大学化学化工学院，高级实验师，工学硕士，研究方向为化学化工。
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