廖開勝 殷菊香 張平

“多、快、好、省”的實(shí)驗(yàn)展臺
——Na2CO3與NaHCO3和酸反應(yīng)的半定量對比實(shí)驗(yàn)的展臺設(shè)計(jì)

廖開勝1殷菊香1張平2

（1江蘇省丹陽高級中學(xué)江蘇丹陽212300；2安徽省金寨一中安徽金寨237364）

實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)教學(xué)的重要手段。如何將教材中實(shí)驗(yàn)簡單、快捷、形象生動甚至半定量的呈現(xiàn)在課堂上,提高課堂的有效性,這一直我們一線教師研究課堂的一個追求?！岸?、快、好、省”的演示平臺正是我們的一個研究成果。

此演示臺主要用于比較有氣體生成反應(yīng)的快慢及反應(yīng)的半定量研究,通過控制藥品加入量來觀察實(shí)驗(yàn)不同現(xiàn)象,讓學(xué)生能看到多步反應(yīng)的進(jìn)程,進(jìn)而提出問題,討論解決問題。在此實(shí)驗(yàn)的展示中能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,主動地參與到課堂教學(xué)中來。

下面我們將以Na2CO3與NaHCO3和鹽酸反應(yīng)的對比試驗(yàn)為例來展示本演示臺優(yōu)異教學(xué)功能。

一、展臺介紹

1.展臺的設(shè)計(jì)目標(biāo)

對比研究碳酸鈉、碳酸氫鈉與酸反應(yīng)。

(1)把不可觀測的反應(yīng)速率的快慢巧妙地轉(zhuǎn)換成水柱的分步上升情況,體驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、探索分析、對Na2CO3與NaHCO3和酸反應(yīng)原理提出假設(shè)。

(2)通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的探討和解釋,學(xué)生得出結(jié)論：碳酸鈉與酸反應(yīng)的原理是先生成碳酸氫鈉,然后才生成二氧化碳,緊接著設(shè)計(jì)相關(guān)練習(xí),讓學(xué)生結(jié)合剛學(xué)的反應(yīng)原理來解釋生活中的一些現(xiàn)象和有關(guān)的反應(yīng)。

(3)加入足量酸后,展臺上的兩個長滴定管中液面高度大致相同,得出結(jié)論：等物質(zhì)的量的Na2CO3與NaHCO3雖然在生成二氧化碳的速率上不同,但是與足量酸反應(yīng)后生成的二氧化碳卻是相等的,根據(jù)的原理是碳元素守恒原理。

(3)強(qiáng)化學(xué)生用守恒思想來分析解決問題。

2.特點(diǎn)

(1)綠色化學(xué)。所需要藥品非常少,一次只需5mL 0.4mol·L-1的溶液,減少了藥品的浪費(fèi)。

(2)實(shí)驗(yàn)儀器一體化。展板設(shè)計(jì)方便攜帶,方便組裝,可重復(fù)使用,便于推廣。

(3)材料易得。所需材料都是實(shí)驗(yàn)室常用儀器。

(4)現(xiàn)象直觀、對比性強(qiáng)。通過液面變化觀察氣體生成的快慢,現(xiàn)象生動直觀,有放大效果,對比性強(qiáng),實(shí)驗(yàn)可以隨時停留在某個反應(yīng)階段,現(xiàn)象持續(xù)時間長,給學(xué)生足夠時間思考,便于學(xué)生交流與討論。易于學(xué)生理解。

(5)綜合性強(qiáng)。一次實(shí)驗(yàn)分批用量,多步反應(yīng),多種現(xiàn)象,既可定性也可半定量。

(6)目標(biāo)多元化。

在知識與技能方面：學(xué)生掌握了Na2CO3與NaHCO3和酸反應(yīng)原理,學(xué)會運(yùn)用原理來解釋常見的反應(yīng)現(xiàn)象。

過程與方法方面：在教學(xué)過程中通過有趣的實(shí)驗(yàn),學(xué)生親自參與,在探究的氣氛中理解反應(yīng)的原理。

情感態(tài)度價值觀方面：讓學(xué)生體會到科學(xué)探究的過程,實(shí)驗(yàn)中既有定性,又有定量,培養(yǎng)學(xué)生探究合作意識、嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度。同時在學(xué)習(xí)中體會到守恒思想的精妙之處。

(7)設(shè)計(jì)巧妙。長針頭插入溶液中,產(chǎn)生的氣體可以起著攪拌的作用,反應(yīng)更加充分均勻。

3.用途

(1)比較有氣體生成的反應(yīng)速率(如Mg、Al與酸的反應(yīng),Na2CO3與NaHCO3和酸反應(yīng)等),半定量研究生成氣體多少與反應(yīng)物量的關(guān)系。

(2)研究有氣體生成的連續(xù)的、多步反應(yīng)。

二、制作材料

展臺(木板、堿式滴定管兩支、帶支管口的試管兩支),帶長針管的注射器兩支。橡膠軟管,250mL試劑瓶,自制玻璃管,半圓形鐵扣。

三、制作原理

本套裝置設(shè)計(jì)時,展板上均勻等距的畫上刻度,固定好兩個相同的堿式滴定管和帶支管口的試管,下面試劑瓶中裝滿飽和NaHCO3溶液,并滴加幾滴酚酞。當(dāng)反應(yīng)開始時,反應(yīng)速度快的碳酸氫鈉先生成大量氣體,產(chǎn)生的氣體就把試劑瓶中的液體壓到堿式滴定管中,通過觀察滴定管中液面上升的快慢和高度來衡量反應(yīng)的速率及產(chǎn)生氣體的多少。

四、實(shí)驗(yàn)過程演示及現(xiàn)象（以Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應(yīng)為例）

Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應(yīng)原理的半定量研究：

(1)如圖所示安裝好儀器,在7、8試劑瓶中加入飽和的NaHCO3溶液,然后滴加幾滴酚酞,溶液變成紅色易于觀察液面高度變化,同時也可看出NaHCO3溶液顯堿性。

(2)分別在5、6帶支管口的試管中加入5mL0.4mol·L-1的Na2CO3、NaHCO3溶液,連接好導(dǎo)管和橡膠塞。

(3)分別用兩個注射器吸取相同的稀鹽酸,把注射器連接到4、5試管上面,分別請兩位學(xué)生以相同速度壓入相同鹽酸,先加1mL,觀察兩邊水柱的變化,發(fā)現(xiàn)一邊水柱上升,一邊不升,然后再加入1mL的鹽酸,引導(dǎo)學(xué)生觀察兩邊液柱的變化快慢,當(dāng)?shù)谌渭尤牒蟀l(fā)現(xiàn)兩邊液面上升高度大致相同。最終反應(yīng)完全后兩邊液柱高度大致相同。

五、實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)

1.所取溶液的濃度要一樣,且在取樣時所取體積應(yīng)相同。

2.本實(shí)驗(yàn)重要影響因素是整個裝置的氣密性。在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)該認(rèn)真檢查裝置的氣密性。

3.鹽酸的濃度不宜過大,否則反應(yīng)時Na2CO3與酸反應(yīng)生成NaHCO3的過程太短。

4.藥品的加入可以讓兩名同學(xué)以相同速度加入,并隨時停止觀察現(xiàn)象。

后記：

Na2CO3與NaHCO3是我們生活中常見的物質(zhì),也是高中化學(xué)中非常重要的兩種鹽,課堂上能用簡單、快捷的對比試驗(yàn)來展示兩者之間性質(zhì)的區(qū)別與聯(lián)系是我們所期望實(shí)現(xiàn)的。因此在教學(xué)中,我們本著這樣的出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行探索設(shè)計(jì)出了此套“多、快、好、省”的Na2CO3與NaHCO3和酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)演示臺。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)此演示臺設(shè)計(jì)合理,能快速、直觀、生動、半定量、簡潔的展示Na2CO3與NaHCO3和酸反應(yīng)的快慢及生成氣體體積之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)過程簡單易操作、課堂效果明顯。此外用長針頭插入溶液底部,生成的氣體可以起到攪拌的作用,讓反應(yīng)更加充分。在以后的教學(xué)中我們還會不斷的進(jìn)行改進(jìn),同時開發(fā)新的應(yīng)用功能,并不斷的進(jìn)行優(yōu)化,更好服務(wù)于教學(xué)。

標(biāo)記為2的U形管中的pH試紙很快全部變?yōu)殚冱S色,而1號U形管中的pH試紙逐漸變色,說明溫度越高,乙酸分子運(yùn)動越快,能夠很快與試紙反應(yīng),而常溫下,乙酸分子運(yùn)動緩慢,分子擴(kuò)散到試紙的時間長。

7.實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

(1)裝置新穎,現(xiàn)象明顯,時間短,提高學(xué)生的興趣。

(2)涉及到酸與pH試紙的反應(yīng),為以后學(xué)習(xí)酸、堿、鹽和pH值打下基礎(chǔ)。

(3)實(shí)驗(yàn)簡單環(huán)保,無污染,可循環(huán)使用。

8.注意事項(xiàng)

(1)保證U形管的潔凈,以免污染pH試紙,造成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象誤差。

(2)pH試紙變色快,實(shí)驗(yàn)操作要迅速。

［1］課程教材研究所.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)（九年級上冊）［M］.北京：人民教育出版社，2006：49-51

1008-0546（2013）05-093-02

：G633.8

：B

10.3969/j.issn.1008-0546.2013.05.043