譚宗俊　向雪皚　樊　敏

文章編號(hào)：1005－6629(2009)05－0075－03中圖分類號(hào)：G632.479文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

［問(wèn)題］某學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)探究小組的同學(xué)看到老師在演示教材上鐵與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)需要的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，且不易成功，他們仔細(xì)研究了該實(shí)驗(yàn)裝置后，經(jīng)過(guò)反復(fù)討論認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)主要是以下3點(diǎn)導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)的不易成功：1.隔著石棉網(wǎng)加熱時(shí)傳熱太慢；用較大燒瓶作為水蒸氣發(fā)生器，耗熱太多，從而使點(diǎn)燃酒精燈到產(chǎn)生水蒸氣的時(shí)間太長(zhǎng)。2.產(chǎn)生的水蒸氣流過(guò)還原鐵粉時(shí)，因?yàn)榱魉佥^快帶走了大量的熱量，從而使鐵粉和水蒸氣加熱時(shí)不易達(dá)到反應(yīng)的溫度。3.用向下排空氣法收集氫氣時(shí)，因反應(yīng)的程度低和氣體流速較快，收集滿氫氣需要的時(shí)間太長(zhǎng)。為此他們根據(jù)如下思路來(lái)設(shè)計(jì)和改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)的探究：(見(jiàn)圖1)

1.取消石棉網(wǎng)，用可以耐高溫的玻璃儀器，直接對(duì)玻璃儀器加熱。

2.將產(chǎn)生水蒸氣的裝置和反應(yīng)裝置合并在一起，用一個(gè)裝置來(lái)完成原來(lái)裝置兩部分所起的功能。

3.檢驗(yàn)反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣時(shí)，不用收集就直接點(diǎn)燃，因?yàn)榉磻?yīng)如果能夠發(fā)生的話，生成物中只有氫氣是可以燃燒的，如果能夠點(diǎn)燃?xì)怏w，就可以證明反應(yīng)發(fā)生了。

同學(xué)們討論后一致認(rèn)為：可以用兩種方案來(lái)實(shí)施改進(jìn)：

方案I：用吸水性強(qiáng)的固體，在高溫加熱時(shí)又不和水反應(yīng)的物質(zhì)作為該反應(yīng)的吸水載體，將此物質(zhì)濕潤(rùn)后和鐵粉混合均勻在同一裝置中直接高溫加熱使之發(fā)生反應(yīng)。

方案II：將原來(lái)產(chǎn)生水蒸氣的液態(tài)水改成在較高加熱溫度時(shí)讓某種固體物質(zhì)產(chǎn)生的水蒸氣和鐵粉接觸，為此他們通過(guò)查閱資料和平時(shí)熟悉的物質(zhì)的性質(zhì)，進(jìn)行篩選得到如下物質(zhì)和數(shù)據(jù)：

對(duì)于方案I所選擇的吸水性強(qiáng)的物質(zhì)：a. 高溫鍛燒后的建筑用紅磚的粉末，b. 粉筆碎屑或粉末，c.棉花，d.泡沫塑料，e.河沙。

對(duì)于方案II備選的物質(zhì)(見(jiàn)表1)

有以下玻璃儀器：燒瓶、硬質(zhì)玻管、硬質(zhì)大試管、裝有固體干燥劑的干燥管、玻璃彎管和注射器針頭(鐵架臺(tái)和酒精噴燈已略去)(見(jiàn)圖2)

根據(jù)以上回答下列問(wèn)題：

1.鐵和水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________。

2.你認(rèn)為給出的玻璃儀器中，可以用作反應(yīng)器的是(填寫編號(hào))：_____________。如果要檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氣體是氫氣，選用的儀器按照從左到右的順序依次是(填寫編號(hào))____________。如果要直接點(diǎn)燃?xì)錃鈦?lái)驗(yàn)證反應(yīng)已成功發(fā)生，你覺(jué)得應(yīng)該在(a.反應(yīng)剛開始、b.反應(yīng)開始一段時(shí)間后、c.反應(yīng)即將結(jié)束時(shí))(填編號(hào))______，原因是_____________。

3.對(duì)于方案I的探究，你覺(jué)得備選物中可以用來(lái)潤(rùn)濕后和鐵粉在高溫后進(jìn)行反應(yīng)的物質(zhì)是(至少選兩種，填編號(hào))_______，對(duì)于方案II，根據(jù)圖表中的數(shù)據(jù)，你覺(jué)得用作和還原鐵粉加熱時(shí)產(chǎn)生水蒸氣的固體試劑較好的是：(填寫化學(xué)式)_____，原因是：_____________________。

4.你覺(jué)得該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案II中所選用的固體試劑和還原鐵粉的質(zhì)量比(忽略顆粒不均的因素)最好為：_______，原因是___________________。

［命題意圖］本題屬于原創(chuàng)題，是為2008年四川高考理綜合試卷中化學(xué)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的備選題之一。取材于四川和部分省市還在使用的舊人教版高二化學(xué)的演示實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)如果按照教材上的儀器和操作一般都不能成功，而新人教版也將此實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)編排在化學(xué)必修I中，本題意在教學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，利用生活中熟悉的物質(zhì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)中的基礎(chǔ)知識(shí)，創(chuàng)新地解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題(方案I)，教學(xué)生初步學(xué)會(huì)利用數(shù)據(jù)，去粗取精、去偽存真(方案II)，培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和解決問(wèn)題的能力，完全符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。

［試題點(diǎn)評(píng)］

1.聯(lián)系生活，貼近教學(xué)實(shí)際

將化學(xué)學(xué)習(xí)中碰到的問(wèn)題與生活常識(shí)與化學(xué)知識(shí)完美結(jié)合，生活中吸水性強(qiáng)的物質(zhì)是學(xué)生具有的常識(shí)，在高溫時(shí)又不會(huì)發(fā)生其他干擾本實(shí)驗(yàn)的化學(xué)反應(yīng)，是基礎(chǔ)的化學(xué)知識(shí)，結(jié)合起來(lái)可解決實(shí)驗(yàn)探究中遇到的問(wèn)題。(方案1)

2.重視基礎(chǔ)，從基礎(chǔ)中創(chuàng)新

人教版新教材選修《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》中這樣敘述：“美國(guó)阿波羅登月計(jì)劃”總指揮韋伯在“阿波羅”登月成功后曾說(shuō)：“阿波羅計(jì)劃”中沒(méi)有一項(xiàng)新發(fā)明的技術(shù)，關(guān)鍵是現(xiàn)成的技術(shù)，關(guān)鍵在于綜合。綜合也是創(chuàng)新……，綜合利用學(xué)生已掌握的各種知識(shí)和技能，可以嘗試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上的“創(chuàng)新”。鐵和水蒸氣在高溫時(shí)能發(fā)生反應(yīng)，是本節(jié)的基礎(chǔ)知識(shí)，方案II表格中的數(shù)據(jù)，各物質(zhì)在加熱時(shí)能夠產(chǎn)生反應(yīng)中需要的水蒸氣也是學(xué)生已有的基礎(chǔ)知識(shí)，將二者和本實(shí)驗(yàn)的儀器、原理相結(jié)合，設(shè)計(jì)出創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)探究方案，就是在基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，符合課程改革的精神。

3.重視分析數(shù)據(jù)的能力培養(yǎng)

方案II的表格中，分別給出了8種物質(zhì)在加熱時(shí)能產(chǎn)生水蒸氣的溫度，在分析這些數(shù)據(jù)時(shí)，必需仔細(xì)讀出反應(yīng)是在高溫時(shí)才能發(fā)生的關(guān)鍵含意，因此加熱時(shí)產(chǎn)生水蒸氣的溫度較高時(shí)，對(duì)反應(yīng)才有利，試題注意了培養(yǎng)學(xué)生去偽存真、遴選、甄別數(shù)據(jù)的能力。

4.定性與定量相結(jié)合

實(shí)驗(yàn)探究方案設(shè)計(jì)的初衷是為了完成定性要求，而本小題中對(duì)于產(chǎn)生水蒸氣的固體物質(zhì)和鐵粉的質(zhì)量關(guān)系的求解，則是將定性實(shí)驗(yàn)與定量實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。需從實(shí)驗(yàn)涉及到的兩個(gè)基本反應(yīng)中尋求關(guān)系，將學(xué)生在能力上的要求提高到一個(gè)新的層次。

5.具有一定的開放性，力求提升學(xué)生的思維質(zhì)量

試題2、3的第一、二空的答案的設(shè)計(jì)有一定的開放程度，有意設(shè)置了一定的干擾信息，意在提高學(xué)生答題時(shí)的思維質(zhì)量。解答時(shí)具有批判性思維，在批判中有創(chuàng)新，避免簡(jiǎn)單的機(jī)械組合。

6.源于教材、高于教材

試題取材于教材實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題作為試題的自然生長(zhǎng)點(diǎn)，不偏、不怪、又不是教材實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單再現(xiàn)，源于教材而又高于教材，避免了“照方抓藥”、“依葫蘆畫瓢”式的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，對(duì)于教材實(shí)驗(yàn)有著質(zhì)量的升華。

［解答思路］

重要的是發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題，本題以問(wèn)題為起點(diǎn)，環(huán)環(huán)相扣，解析如下：

1.本小題純粹是基礎(chǔ)知識(shí)的再現(xiàn)，屬于簡(jiǎn)單識(shí)記內(nèi)容, 也是面向全體學(xué)生的部分, 容易得出答案。

2.第一填空有意將原教材演示實(shí)驗(yàn)中用的燃瓶給出作為干擾信息，要求學(xué)生讀題時(shí)讀出“反應(yīng)器”的關(guān)鍵詞，同時(shí)題干中已分析出燒瓶體積太大，且燒瓶也不能用來(lái)直接加熱固體，就可選出b、d或(c、d)的答案，第二填空是在第一填空的基礎(chǔ)上遞進(jìn)，增加了干燥和點(diǎn)燃部分的儀器，干擾信息是玻璃彎管，答案為b、d、e、f或(c、d、e、f)，這兩填空均有一定的開放性。第三、四填空都是結(jié)合初中知識(shí)，氫氣點(diǎn)燃時(shí)要避免其中混有空氣發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。

3.第一填空設(shè)置了干擾信息c、d，學(xué)生的生活知識(shí)中應(yīng)該知道棉花和泡沫塑料在高溫時(shí)要發(fā)生影響本實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)，并干擾實(shí)驗(yàn)的完成而不利于檢驗(yàn)氫氣的存在, 故答案是a、b、e中任選兩個(gè)即可；第二、三填空是考查學(xué)生處理和遴選數(shù)據(jù)的能力，要分析表格中所給物質(zhì)產(chǎn)生水蒸氣的溫度，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)是要在高溫下鐵才能和水蒸氣反應(yīng)，所以應(yīng)該選擇在較高溫度下產(chǎn)生水蒸氣的物質(zhì)來(lái)和鐵粉混和。

4.是將實(shí)驗(yàn)的定性和定量相結(jié)合，來(lái)選擇理想狀態(tài)下的固體質(zhì)量比。答案：1. 3Fe+4H₂O=Fe₃O₄+4H₂↑

2. b、d或(c、d)；b、d、e、f或(c、d、e、f)；b.如果選a，反應(yīng)剛開始時(shí)，產(chǎn)生的氫氣中可能會(huì)有空氣，點(diǎn)燃時(shí)會(huì)爆炸，如果選C，反應(yīng)即將結(jié)束時(shí)，產(chǎn)生的氫氣量少，不易點(diǎn)燃。

3. a、b、e中任選兩種，Ca(OH)₂或Mg(OH)₂；加熱時(shí)產(chǎn)生水蒸氣的溫度較高，易和鐵粉反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。

4.由反應(yīng)：Ca(OH)₂=CaO+H₂O↑, 3Fe+4H₂O=Fe₃O₄+4H₂↑, 可得出關(guān)系式： 3Fe=4Ca(OH)₂, m(Fe)/m[Ca(OH)₂] = 3×56/4×74=21/37；同理，如果選用Mg(OH)₂， 3Fe=4Mg(OH)₂， m(Fe)/m[Mg(OH)₂]=3×56/4×58=21/29，氫氧化物加熱時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣剛好和鐵粉完全反應(yīng)。

本文為四川省教育廳資助項(xiàng)目《中學(xué)化學(xué)教學(xué)論實(shí)驗(yàn)與中學(xué)教師實(shí)驗(yàn)探究創(chuàng)新成果結(jié)合的研究》成果之一。

參考文獻(xiàn)：

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[2]孫衛(wèi)中，王程杰.鐵與水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究[J].化學(xué)教學(xué)，2007(11),16-17.

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[4]陳新智.鐵與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究[J].化學(xué)教學(xué)，2004(12),15-16.