畢曉昀+楊硯寧

摘要：以黑枸杞水的顏色差異引入課題，設(shè)計了7個與之相關(guān)的系列探究實驗。這些探究實驗有助于學生學習和理解化學平衡移動的概念、化學平衡的影響因素及勒夏特列原理等化學知識，且具有一定的趣味性。

關(guān)鍵詞：黑枸杞；探究實驗；化學平衡移動；勒夏特列原理；實驗設(shè)計

文章編號：1005–6629（2017）7–0048–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 背景

“化學平衡移動”是高二《化學反應(yīng)原理》知識的重要組成部分，通過實驗探究溫度、濃度和壓強變化對化學平衡的影響是學生獲得相關(guān)知識的必要手段。表1羅列了現(xiàn)行三種版本《化學反應(yīng)原理》教材中相關(guān)實驗所選用的可逆反應(yīng)。

表中共涉及四個可逆反應(yīng)，它們都具備實驗操作簡單、顏色變化明顯的優(yōu)點，是“化學平衡移動”教學中的經(jīng)典實驗。2016年10月在常州舉行的江蘇省高中化學優(yōu)質(zhì)課評比中，9位教師以“化學平衡移動”為題進行同課異構(gòu)教學，其中8位教師的課堂實驗均出自上述的四個可逆反應(yīng)，最終都取得了非常好的教學效果。

但換一個角度思考，這些可逆反應(yīng)也都存在共同的問題：缺少真實情境，遠離社會生活，無法使學生產(chǎn)生興趣和共鳴，更無法將三個影響因素串聯(lián)在同一個可逆反應(yīng)上，形成連貫的實驗教學主線。為了解決以上問題，筆者嘗試另辟蹊徑，以黑枸杞為實驗素材設(shè)計了一系列的探究實驗，該教學內(nèi)容的第1課時“濃度變化對化學平衡的影響”在該次優(yōu)質(zhì)課評比中獲得江蘇省一等獎?，F(xiàn)將筆者的設(shè)計思路與同行們分享。

2 靈感的來源

筆者曾到青海旅游，發(fā)現(xiàn)當?shù)厝擞煤阼坭脚菟鳛槿粘ｏ嬈?，水的顏色鮮艷多變引人注目。出于職業(yè)習慣，在搜索了與黑枸杞相關(guān)的資料之后又進行了大量實驗，筆者發(fā)現(xiàn)黑枸杞水是研究化學平衡移動的一種非常理想的試劑。

首先，黑枸杞泡出的水顏色艷麗，紅、紫、藍皆有可能，足夠吸引學生的眼球，勾起他們的好奇心和求知欲，并給學生提供了一個生活化的、有探究價值的學習情境。

第三，“黑枸杞水顏色多變”這一現(xiàn)象給學生提供了較大的探究空間：枸杞的用量、水的酸堿性、浸泡的時間長短、水的溫度等等都可能是顏色差異的原因，而這些因素在教師的引導(dǎo)下，可以有效地與“濃度、壓強、溫度變化對化學平衡移動的影響”融合，從而形成一條以黑枸杞為線索的實驗探究主線，將有關(guān)的知識點串聯(lián)在一起。

第四，與其他富含花青素的食物（紫薯、紫甘藍、黑米等）相比，黑枸杞中花青素的溶出操作非常簡單易行，無需榨汁及過濾，非常適合課堂學生實驗。

基于以上的考慮，最終決定以黑枸杞水為實驗素材和線索，設(shè)計了以下一系列探究實驗。

3 實驗設(shè)計

3.1 實驗用品

黑枸杞：每實驗小組用量為2克，加水200mL浸泡并輕搖，1分鐘即可出現(xiàn)較為明顯的顏色差異，約10分鐘后顏色更為濃重，實驗效果更佳。

瓶裝水：筆者曾在超市購買十余種不同品牌的瓶裝水浸泡黑枸杞進行對比，最終選出三個品牌，在其他條件相同的情況下，它們泡出的黑枸杞水分別顯示紅、紫、藍三種顏色，差異明顯，能夠給學生造成強烈的視覺沖擊，并引發(fā)思考與探究。

其他試劑與用品：食用小蘇打，食用白醋，0.1mol·L-1 H2SO4溶液，0.1mol·L-1 NaOH溶液，一次性品嘗紙杯，小燒杯，膠頭滴管，玻璃棒，試管，試管架，pH傳感儀，學案（內(nèi)附黑枸杞、花青素、瓶裝水pH評測等閱讀資料）。

3.2 實驗過程

實驗一 感受差異，引出課題

[學生實驗]一嘗：一次性紙杯里有一些黑枸杞，它們營養(yǎng)豐富，一人一顆嘗嘗看味道如何？二泡：把剩下的黑枸杞全部轉(zhuǎn)移到礦泉水瓶里，蓋上瓶蓋輕搖，觀察水的顏色變化并與其他小組對比。三品：用小紙杯倒出部分水來品嘗一下黑枸杞水的味道。四查：閱讀資料，試分析黑枸杞泡水為什么會有顏色，與哪些物質(zhì)或反應(yīng)有關(guān)？

[學生反饋]好奇：大多數(shù)學生初次接觸黑枸杞，看它又小又黑的樣子不知是何物？不少學生猜它是藍莓，對于它既能吃喝又能做化學實驗覺得很好奇，從而引發(fā)興趣。

興奮：看到其他小組泡出的水顏色與自己小組不同之后興奮之情溢于言表，搖動水瓶的手臂也在不知不覺中加力，個別小組甚至將黑枸杞果粒搖碎，瓶中水出現(xiàn)一片渾濁。

期待：為什么顏色會不同？課上還會再用這些水做哪些實驗？所有的學生都躍躍欲試。

設(shè)計意圖：本節(jié)課的實驗以黑枸杞水（也就是花青素水溶液）為主要試劑，意在與學生一起體驗科學探究的過程。用陌生的物質(zhì)（黑枸杞和花青素）以及新奇的現(xiàn)象（水溶液顏色的鮮艷與豐富變化）調(diào)動起學生的好奇心和求知欲，在發(fā)現(xiàn)問題之后，經(jīng)過查閱資料尋找生活與化學的銜接點，體會“生活中的化學”以及“化學中的生活”。

實驗二 實驗探究c（H+）變化對化學平衡的影響

[問題情境]先就“黑枸杞水出現(xiàn)不同的顏色可能與哪些因素有關(guān)”展開討論，之后提出問題：在其他條件（溫度、黑枸杞用量、水的用量）相同的情況下，為什么用不同品牌的水泡出的黑枸杞水顏色會明顯不同？根據(jù)資料（如圖1）試討論分析該化學平衡可能受到了哪種因素的影響？

[學生實驗]小組討論后提出猜想，根據(jù)提供的儀器和試劑，設(shè)計實驗方案，通過實驗驗證猜想。

[學生反饋]討論結(jié)果：可能是水的酸堿性不同導(dǎo)致溶液顏色存在差異，因此需要設(shè)計實驗驗證：改變水的酸堿性，溶液的顏色會隨之發(fā)生變化。

實驗方案：取五支試管，各加入約3mL黑枸杞水，一支留作空白對照，其他試管分別加入少量食用小蘇打、食用白醋、0.1mol·L-1 H2SO4溶液、0.1mol·L-1 NaOH溶液，觀察顏色變化。

實驗現(xiàn)象：與原溶液相比，加稀H2SO4或白醋溶液變紅；加稀NaOH溶液或小蘇打溶液變藍。

微觀分析：增大c（H+），平衡向正反應(yīng)方向移動；減小c（H+），平衡向逆反應(yīng)方向移動。

[知識鏈接]（1）繪制速率時間圖（ν-t圖）對改變濃度后的化學平衡移動過程進行圖像表征。（2）得出結(jié)論：其他條件一定時，增大某一物質(zhì)的濃度，平衡會向使該物質(zhì)濃度減小的方向移動；減小某一物質(zhì)的濃度，平衡會向使該物質(zhì)濃度增大的方向移動。

設(shè)計意圖：高二選修化學的學生基本具備結(jié)合資料內(nèi)容提出猜想，并在此基礎(chǔ)上體驗“設(shè)計并完善實驗方案”、“實驗操作”、“現(xiàn)象分析”、“圖像解釋”等探究過程的能力。最初學生給出的方案也許并不完美，但經(jīng)過學生之間的相互補充以及必要時候的教師引導(dǎo)，較為完善的實驗方案總能浮出水面。

提供的四種試劑中，H2SO4溶液和NaOH溶液是實驗室常用的酸和堿，白醋和小蘇打則是家庭中容易得到的酸性和堿性的物質(zhì)。從物質(zhì)的類別來看，涉及強酸、弱酸、強堿及顯堿性的鹽，具有一定的覆蓋面。特別是白醋和小蘇打的選用，為學生在家庭環(huán)境中進行課后實驗探究開拓了思路。

[教師演示實驗]向黑枸杞水中加入稀鹽酸，利用pH傳感儀測定溶液pH，并繪制c（H+）隨時間變化的曲線（如圖3）。

[學生反饋]從圖像可以看出，c（H+）并不能恢復(fù)到原來的程度，也就是說化學平衡移動只能減弱濃度的改變，并不能將它消除。

[知識鏈接]（1）歸納結(jié)論：其他條件一定時，改變某一物質(zhì)的濃度，平衡會向減弱這種改變的方向移動。（2）問題解決：CO的中毒與解毒原理分析；合成氨工業(yè)中反應(yīng)物生成物濃度的控制。

設(shè)計意圖：遵循“循序漸進”的原則，在學生學會定性判斷平衡移動的方向后，進一步討論平衡移動的程度問題。因c（H+）的變化是肉眼不可見的，因此利用pH傳感儀進行數(shù)字化實驗，從圖像上直接感受c（H+）的變化，從而得出“減弱改變”這一結(jié)論，為進一步得出勒夏特列原理埋下伏筆。

實驗四 實驗探究濃縮、稀釋對化學平衡的影響

[問題情境]網(wǎng)上有圖片顯示，黑枸杞泡水的過程中會出現(xiàn)漂亮的“拉絲”現(xiàn)象，是真的嗎？

[學生實驗]向黑枸杞水中投入兩粒黑枸杞干果，靜置，觀察現(xiàn)象并分析可能的原因。

[教師演示]向較濃的呈現(xiàn)紫紅色的黑枸杞水中緩慢加水，同時向顏色相近的顏料水中緩慢加水，觀察并對比顏色變化。

[學生反饋]學生實驗現(xiàn)象：確實有拉絲現(xiàn)象，剛開始絲是紫紅色的，隨著向水中的擴散，變成紫色甚至藍色。

教師實驗現(xiàn)象：黑枸杞水隨著稀釋，顏色由紅變淺的同時，會變成藍色；而顏料水隨著稀釋，顏色變成淺紅色，并不會變藍。

剖析現(xiàn)象并解讀：花青素濃度大的時候顏色偏紅，即濃縮會使平衡向正向移動；整體濃度小的時候顏色偏藍，即稀釋會使平衡向逆向移動。

[知識鏈接]（1）利用化學平衡常數(shù)K與濃度商Q比較的方法從理論上證明學生的結(jié)論。（2）將結(jié)論類比遷移至氣態(tài)可逆反應(yīng)體系，得出壓強變化對化學平衡移動影響的結(jié)論。（3）問題解決：合成氨工業(yè)的壓強控制。（4）總結(jié)歸納得出勒夏特列原理，并預(yù)測：升高體系溫度，平衡會向吸熱反應(yīng)方向移動；降低體系溫度，平衡會向放熱反應(yīng)方向移動。

[學生實驗] 3只一次性紙杯中各有0.5g黑枸杞，分別同時加入20毫升熱水、室溫水、冰水（均為自來水），輕輕振蕩片刻后，觀察顏色差異。

[學生反饋]描述現(xiàn)象并解讀：與室溫水相比，熱水中的顏色偏藍，說明升高溫度，平衡逆向移動，所以逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；冰水中的顏色偏紅，說明降低溫度，平衡正向移動，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

實驗六 鑒別真假黑枸杞水

[問題情境]網(wǎng)上有人質(zhì)疑，用黑枸杞泡出的水呈現(xiàn)紫色，懷疑可能是工業(yè)染料染色而成？如何判斷一杯彩色的水是否是真的黑枸杞水呢？

[學生實驗]通過實驗的方法判斷兩杯紫紅色溶液哪一杯是真正的黑枸杞水。（其中一杯是黑枸杞水，另一杯為顏料勾兌而成）

[學生反饋]任取少量紫紅色水，加白醋變紅（或加小蘇打變藍）說明是真黑枸杞水，如果顏色沒有明顯變化，說明不是黑枸杞水。

設(shè)計意圖：實驗五、六均為勒夏特列原理的應(yīng)用，實驗五從純化學的角度，用于判斷可逆反應(yīng)的吸熱放熱情況；而實驗六則是在生活中的應(yīng)用，利用平衡的移動證明可逆反應(yīng)及花青素的存在，從而判斷真假黑枸杞水。

實驗七 課后延伸的家庭實驗

[問題情境]除了黑枸杞之外，你身邊還有很多食物富含花青素，比如紫薯、紫甘藍、藍莓、黑米等，它們都可以成為你的實驗道具。你可以在家里做一些小實驗，來驗證以下網(wǎng)絡(luò)說法的正誤。

（1）用白醋可以鑒別黑米的真假，是真的嗎？

（2）紫薯饅頭局部變綠是因為變質(zhì)了，是真的嗎？

（3）花青素能夠抗氧化，是真的嗎？（藥店可以買到高錳酸鉀）

（4）黑枸杞不宜用熱水沖泡，是真的嗎？

設(shè)計意圖：留給學生的課后探究題目中，1和2涉及化學平衡知識在生活中的進一步應(yīng)用，3與氧化還原知識相關(guān)，4則涉及花青素的不穩(wěn)定性，以指導(dǎo)學生在日常沖泡黑枸杞時不要用過熱的水，防止破壞花青素。

4 教學后記

本節(jié)課以黑枸杞水的顏色差異引入課題，課堂上進行了一系列實驗探究，經(jīng)過對宏觀現(xiàn)象的微觀分析形成與化學平衡相關(guān)的多種結(jié)論。所有的實驗及教學活動都圍繞黑枸杞水展開，形成了清晰明朗的教學主線，帶給學生全新的學習體驗。

教學情境及化學實驗的選擇，決定了學生與化學這門學科的距離有多遠?！盎瘜W平衡移動”本是純粹的理性的自然科學知識，它是枯燥、冰冷、甚至是無趣的。但當它以“合成氨工業(yè)生產(chǎn)條件控制及全球糧食產(chǎn)量的大幅度提升”為背景時，它開始帶有煙火氣，變得不再那么遙不可及，但也僅僅是“遠觀”；當它與CO中毒解毒、含氟牙膏、碳酸飲料等社會生活中的現(xiàn)象相結(jié)合時，這些化學知識已經(jīng)走到孩子們身邊，算是“近賞”；而當孩子們用黑枸杞進行與化學平衡相關(guān)的一系列實驗的時候，已經(jīng)置身其中，可謂“把玩”。當化學離孩子們越來越近的時候，他們將慢慢學會從化學的視角看待社會生活、看待物質(zhì)世界，這應(yīng)該就是中學化學教學的初衷吧！

參考文獻：

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