摘 要 對(duì)比、分析三個(gè)版本教科書(shū)中“酸和堿的化學(xué)性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從拓展學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)視角出發(fā)，利用pH計(jì)、溫度、壓強(qiáng)、pH等傳感器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，探究稀鹽酸和氫氧化鈉溶液、二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，使實(shí)驗(yàn)活動(dòng)更具現(xiàn)代性、時(shí)效性。

關(guān)鍵詞 教科書(shū) 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 酸和堿的化學(xué)性質(zhì) 實(shí)驗(yàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)

“酸和堿的化學(xué)性質(zhì)”是課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的8個(gè)“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”之一[1]，人教版和滬教版教科書(shū)將該實(shí)驗(yàn)與“溶液酸堿性的檢驗(yàn)”2個(gè)“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”安排在一單元中[2][3]；魯教版教科書(shū)[4]干脆將2個(gè)“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”合二為一，足見(jiàn)2個(gè)“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”間的一脈相承關(guān)系[4]。

一、三個(gè)版本教科書(shū)中“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”內(nèi)容的比較

三個(gè)版本教科書(shū)中該基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容主要包括：酸的化學(xué)性質(zhì)、堿的化學(xué)性質(zhì)和中和反應(yīng)。但由于教科書(shū)內(nèi)容編排方式的不同，表現(xiàn)出各自的特色。人教版教科書(shū)更注重對(duì)中和反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：觀察溶液變?yōu)闊o(wú)色，取反應(yīng)后無(wú)色溶液約1ml，蒸干，觀察現(xiàn)象；還設(shè)計(jì)了新制氫氧化銅、氫氧化鈣懸濁液與稀鹽酸的反應(yīng)。滬教版教科書(shū)按照物質(zhì)類別，分別安排了不同金屬（反應(yīng)的難易、劇烈程度）、金屬氧化物、碳酸鹽與酸的3組反應(yīng)。用溫度計(jì)測(cè)反應(yīng)前后的溫度變化；至溶液恰好變?yōu)闊o(wú)色時(shí)，反滴1滴氫氧化鈉溶液，觀察顏色變化。魯教版教科書(shū)用pH試紙分別測(cè)定反應(yīng)前稀鹽酸、稀硫酸的pH，向其中逐滴滴加氫氧化鈉溶液，直到pH等于7時(shí)，觀察現(xiàn)象?？傊?，通過(guò)觀察反應(yīng)過(guò)程中溶液顏色、溫度、溶質(zhì)種類變化等方式揭示二者間的反應(yīng)。其他性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和正文的一些特色實(shí)驗(yàn)見(jiàn)表1。

可以看出，三個(gè)版本教科書(shū)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)表現(xiàn)出藥品多、試管多、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象多的特點(diǎn)，為追求全面淺嘗輒止，停留在實(shí)驗(yàn)“驗(yàn)證”的層面上。因此，若按照教科書(shū)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組織實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生在頻繁地尋找藥品、記錄現(xiàn)象中完成實(shí)驗(yàn)，以致探究重點(diǎn)不突出，實(shí)驗(yàn)的真正意義未得到充分體現(xiàn)。

因此，筆者認(rèn)為，教師應(yīng)整合三個(gè)版本教科書(shū)的實(shí)驗(yàn)資源，有針對(duì)性地、重點(diǎn)突出地安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生采用多種方式積極、主動(dòng)地開(kāi)展探究活動(dòng)，重視探究過(guò)程和結(jié)果的真實(shí)性，給學(xué)生留出充分的思考和討論的空間，尤其是加強(qiáng)對(duì)“氫氧化鈉溶液與鹽酸的中和反應(yīng)”和“二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)”兩個(gè)“無(wú)明顯現(xiàn)象的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探究，以拓展學(xué)生對(duì)這類實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)視角：反應(yīng)物減少、生成物產(chǎn)生、化學(xué)反應(yīng)能量變化。

二、氫氧化鈉溶液與鹽酸的中和反應(yīng)

人教版教科書(shū)通過(guò)【實(shí)驗(yàn)】在滴有酚酞的氫氧化鈉溶液中逐滴滴加稀鹽酸，觀察溶液顏色的變化，直接給出反應(yīng)化學(xué)方程式，仿寫氫氧化鈣與稀鹽酸、氫氧化鈉與稀硫酸反應(yīng)化學(xué)方程式，得出中和反應(yīng)的定義，相對(duì)簡(jiǎn)單。滬教版教科書(shū)的【活動(dòng)與探究】除采用人教版教科書(shū)的實(shí)驗(yàn)方法，觀察顏色外，還有測(cè)溫度、反滴1滴氫氧化鈉溶液、觀察顏色的變化和玻璃棒蘸取反應(yīng)后的溶液蒸干的變化等現(xiàn)象，證明兩者間發(fā)生了反應(yīng)；【練習(xí)與實(shí)踐】第12題，提供反應(yīng)過(guò)程中溶液溫度的變化表格，讓學(xué)生繪出溶液溫度上升與加入鹽酸體積的變化關(guān)系圖，并討論溶液溫度變化的原因。魯教版教科書(shū)單列一節(jié)，通過(guò)【實(shí)驗(yàn)探究】、【活動(dòng)天地】分別用pH試紙、pH傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混合溶液在酸堿中和反應(yīng)過(guò)程中的pH變化情況，從定性到定量。至此，足見(jiàn)教科書(shū)對(duì)該實(shí)驗(yàn)的重視程度，該實(shí)驗(yàn)也是考試中必考內(nèi)容之一。因此，有必要對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行從定性到定量、從感性到實(shí)質(zhì)的研究。

針對(duì)教科書(shū)中“向滴有酚酞的氫氧化鈉溶液中逐滴滴加稀鹽酸，至恰好變?yōu)闊o(wú)色”的設(shè)計(jì)。學(xué)生搜得如下資料：酚酞是一種常用指示劑，廣泛使用于酸堿滴定過(guò)程中（pH值變色范圍8.2～10）。通常情況下酚酞遇酸性和中性溶液不變色，遇堿性溶液變紅色。然而，酚酞在強(qiáng)堿中由紅色迅速褪為無(wú)色，是因?yàn)榉犹孽交蝓剿猁}，在堿性介質(zhì)中很不穩(wěn)定，會(huì)慢慢轉(zhuǎn)化成無(wú)色羧酸鹽式，遇到較濃的堿液，會(huì)立即轉(zhuǎn)變成無(wú)色的羧酸鹽式。所以，酚酞試劑滴入濃堿液時(shí)，酚酞開(kāi)始變紅，很快紅色褪去變成無(wú)色。學(xué)生提出問(wèn)題：酚酞是否可以作為該反應(yīng)的指示劑呢？

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1：取兩個(gè)相同規(guī)格的燒杯，加入等質(zhì)量滴有酚酞的氫氧化鈉溶液。向其中一個(gè)燒杯中邊振蕩邊逐滴加入稀鹽酸，直至紅色恰好消失。向另一個(gè)燒杯中邊振蕩邊逐滴加入等量的水，無(wú)明顯變化。同時(shí)，提供氫氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)與pH值對(duì)照表（表2）。

可以看出，溶液的pH每變化1，氫氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)則改變10倍，因此，是可以使用酚酞試液指示兩者間發(fā)生反應(yīng)的。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2：將稀鹽酸逐滴勻速加入一定量的稀氫氧化鈉溶液中，用數(shù)字化儀器對(duì)反應(yīng)過(guò)程中溶液的溫度、pH進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定，得到的曲線圖1、2。

該設(shè)計(jì)將溶液酸堿性、溫度的變化具化在學(xué)生面前，引導(dǎo)學(xué)生思考：在向氫氧化鈉溶液中滴加稀鹽酸時(shí)，溶液的pH是怎樣變化的？說(shuō)出圖2曲線上坐標(biāo)為（18，7）的點(diǎn)所表示的意義？深入理解“恰好完全反應(yīng)（pH=7）”只是一個(gè)完美的瞬間（這與恰好完全反應(yīng)時(shí)的顏色突變相吻合），所以表現(xiàn)在曲線的變化上，不論是從酸性變?yōu)閴A性，還是從堿性變?yōu)樗嵝裕竭^(guò)中性（pH=7）實(shí)質(zhì)上是一條接近豎直的線段。

三、二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)

人教版教科書(shū)【探究】從回憶檢驗(yàn)二氧化碳的反應(yīng)并寫出化學(xué)方程式引入，再給出二氧化碳與氫氧化鈉的反應(yīng)方程式，討論兩者的共同之處并歸納氫氧化鈉、氫氧化鈣等堿有哪些相似的化學(xué)性質(zhì)。滬教版教科書(shū)直接給出兩個(gè)化學(xué)方程式，指出固體氫氧化鈉在空氣中不但易吸收水蒸汽而潮解，還能吸收二氧化碳而變質(zhì)，內(nèi)容設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，學(xué)生無(wú)法形成深刻的印象。魯教版教科書(shū)向2個(gè)盛有二氧化碳?xì)怏w的礦泉水瓶里分別加入少量氫氧化鈉溶液和氫氧化鈣溶液，立即蓋緊瓶蓋，振蕩，觀察現(xiàn)象。這一實(shí)驗(yàn)也是非常重要的，是中考必考內(nèi)容之一，因此，有必要進(jìn)行深入的探究。

小組設(shè)計(jì)方案：（1）取反應(yīng)后的溶液少許于試管中，滴加酚酞試液，若變紅則說(shuō)明發(fā)生反應(yīng)；（2）取反應(yīng)后的溶液少許于試管中，滴加CaCl2溶液，若有白色沉淀生成，則說(shuō)明發(fā)生了反應(yīng)；（3）取反應(yīng)后的溶液少許于試管中，滴加Ca（OH）2溶液，若有白色沉淀生成，則說(shuō)明發(fā)生了反應(yīng)；（4）取反應(yīng)后的溶液少許于試管中，滴加足量的稀鹽酸，若產(chǎn)生能澄清石灰水變渾濁的氣體，則說(shuō)明發(fā)生了反應(yīng)。endprint

很多教師利用壓強(qiáng)差的原理設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明兩者間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，筆者也曾從反應(yīng)物減少和檢驗(yàn)生成物的角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，直觀性很強(qiáng)[5]。該設(shè)計(jì)將從反應(yīng)物減少、生成物產(chǎn)生和能量變化三方面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以拓展學(xué)生對(duì)“沒(méi)有無(wú)現(xiàn)象的反應(yīng)”的認(rèn)識(shí)視角。

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)1：利用pH計(jì)，設(shè)計(jì)圖3實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)pH>7；隨著二氧化碳的通入，pH逐漸變小。

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2：利用壓強(qiáng)和二氧化碳傳感器設(shè)計(jì)了圖4、圖5實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

得出壓強(qiáng)與時(shí)間的曲線圖6，曲線①為與水反應(yīng)，曲線②為與氫氧化鈉的反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)3：化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化，從能量變化視角設(shè)計(jì)圖7、圖8實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

得到了溫度隨時(shí)間的變化曲線圖9。曲線③為與氫氧化鈉反應(yīng)，曲線④為與水反應(yīng)，也證明兩者的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

以上實(shí)驗(yàn)活動(dòng)分別從溶液pH、氣壓、溫度的變化設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，很好地揭示了反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，拓展了學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)三個(gè)走向的認(rèn)識(shí)：從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代、從靜態(tài)走向動(dòng)態(tài)、從定性走向定量。

該設(shè)計(jì)從定性與定量、物質(zhì)與能量等多角度、重點(diǎn)突出地表征酸和堿的共性與特定化學(xué)變化規(guī)律，取得很好的課堂教學(xué)效果。因此，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，圍繞化學(xué)基本觀念的構(gòu)建，精選典型事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)深層次的思維活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解和系統(tǒng)建構(gòu)。從而，使學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的設(shè)計(jì)成為既注重結(jié)果，又關(guān)注過(guò)程；既注重知識(shí)的獲得，又關(guān)注科學(xué)過(guò)程與方法的掌握和科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀形成的過(guò)程。讓學(xué)生在活動(dòng)與探究中掌握各類物質(zhì)之間反應(yīng)的規(guī)律、物質(zhì)分類等規(guī)律性知識(shí)，把握知識(shí)應(yīng)用規(guī)律，形成學(xué)科技能。

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【責(zé)任編輯 郭振玲】endprint