趙玲

摘 要 以“探究銅與濃硝酸反應(yīng)”為例，通過以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的探究活動(dòng)開展物質(zhì)性質(zhì)的研究，并從元素的宏觀視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的規(guī)律、從粒子的微觀層面揭示物質(zhì)及其變化的本質(zhì)。把化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的內(nèi)涵與教材內(nèi)容及教學(xué)過程緊密的聯(lián)系起來。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí);宏觀辨識(shí)與微觀探析;科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任;銅與濃硝酸;綠色環(huán)保

中圖分類號(hào)：G632????????????????????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1002-7661（2019）13-0158-02

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念及過程

為落實(shí)“立德樹人”的教育任務(wù)、充分發(fā)揮課程在人才培養(yǎng)過程中的重要作用，高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組根據(jù)“中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)（征求意見稿）”和高中化學(xué)課程特點(diǎn)，提出包含“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)識(shí)”“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任”等五個(gè)要素的高中化學(xué)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)（簡(jiǎn)稱“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”）。化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，應(yīng)該是“化學(xué)課程的核心素養(yǎng)”，可以界定為化學(xué)學(xué)科教學(xué)中應(yīng)該注意培養(yǎng)的核心素養(yǎng)。物質(zhì)的組成及其變化是化學(xué)研究的基本問題。這一問題的解決，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、假說、模型、分類等方法，通過以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)開展物質(zhì)及其變化的研究，并從元素的宏觀視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的規(guī)律、從粒子的微觀層面揭示物質(zhì)及其變化的本質(zhì)。在“高考的指揮棒”作用下，如何利用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來開展“科學(xué)本質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如何在教學(xué)的過程中體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)，這是探究科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的重要課題。

銅與濃硝酸的反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)一個(gè)重要的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，也是學(xué)生探究物質(zhì)性質(zhì)的重要實(shí)驗(yàn)之一，但該實(shí)驗(yàn)的過程中會(huì)產(chǎn)生有毒的氣體，污染大氣，影響學(xué)生的健康，所以不便于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。對(duì)該試驗(yàn)如何改進(jìn)使其操作簡(jiǎn)單化，綠色化，以便于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)或老師的演示實(shí)驗(yàn)，開展體現(xiàn)以“設(shè)計(jì)”為核心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為教學(xué)研究的重要內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)用品：濃硝酸、銅片、NaOH溶液、CuO粉末、注射器、軟管、燒杯、止水夾

（一）銅與濃硝酸反應(yīng)

（1）實(shí)驗(yàn)裝置：（見圖1）

（2）實(shí)驗(yàn)原理：

Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O

（3）實(shí)驗(yàn)步驟：

①取一25mL的注射器，并連接一軟管，拔出活栓，放入約3cm的銅絲，并使其平放在注射器的底部，然后推進(jìn)活栓。

②將導(dǎo)管口浸入濃硝酸中，抽拉活栓，吸入體積3-4mL的濃硝酸，夾緊止水夾，倒置（見圖1）。

現(xiàn)象：銅與濃硝酸劇烈反應(yīng)，活栓向下移動(dòng)，產(chǎn)生紅棕色的氣體，得到了綠色溶液。

學(xué)生疑惑：Cu²⁺是藍(lán)色的，怎么是綠色的溶液？

老師：引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)可能性的原因并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來探究。

猜測(cè)可能性的原因有兩點(diǎn)：（1）銅與濃硝酸反應(yīng)生產(chǎn)的二氧化氮溶于其中導(dǎo)致溶液呈綠色;（2）銅離子的濃度大導(dǎo)致溶液呈綠色。

組織學(xué)生明確探究目的、有針對(duì)性地設(shè)計(jì)探究方案，并執(zhí)行探究方案。培養(yǎng)學(xué)生在探究中獨(dú)立思考、合作交流，對(duì)于“異?！爆F(xiàn)象，要勇于說出自己的想法的科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任感;還可以提升他們“分析信息，提出新命題，駕馭知識(shí)體系的能量”?！痘瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，“要讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)主動(dòng)地體驗(yàn)探究過程，在知識(shí)的形成、聯(lián)系、應(yīng)用過程中養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，獲得科學(xué)的方法，在‘做科學(xué)的探究實(shí)踐中逐步形成終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力”?？茖W(xué)精神與社會(huì)責(zé)任，旨在引導(dǎo)學(xué)生樹立嚴(yán)謹(jǐn)、求真務(wù)實(shí)的科研態(tài)度，在科學(xué)探究的過程中獲得新的、有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)。

（二）探究溶液呈綠色的原因

將注射器正立，打開止水夾，緩緩?fù)苿?dòng)活栓，取少量反應(yīng)液與小試管中（見圖2），再夾緊止水夾，將導(dǎo)管插入氫氧化鈉溶液中，防止有液體滴下。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）確認(rèn)綠色溶液中溶有NO₂

方法：向外抽活栓（見圖3）或在酒精燈上微熱（見圖4），觀察液面上方氣體的顏色變化。

現(xiàn)象：液體上方氣體顏色均加深，說明液體中溶有NO₂

學(xué)生：加熱不能證明溶液中溶有的NO₂，有可能是濃硝酸受熱分解產(chǎn)生NO₂使液面上方氣體的顏色加深。

學(xué)生繼續(xù)思考，可以通入氫氣或氮?dú)鈦砘乇芟跛岱纸獾母蓴_。

培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)和證據(jù)，不迷信權(quán)威，具有獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神?；瘜W(xué)是一門在原子層面上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的科學(xué)，宏觀辨識(shí)、微觀探析和符號(hào)表征是化學(xué)學(xué)科有別于其他學(xué)科的基本特性之一。此實(shí)驗(yàn)操作雖然簡(jiǎn)單，但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化卻可以讓學(xué)生對(duì)“變化觀念與平衡思想”有具體的感性認(rèn)識(shí)，相關(guān)核心素養(yǎng)的也能得到有效落實(shí)。

（2）確認(rèn)溶液呈綠色，與NO₂是否有關(guān)

方法：取一潔凈試管，注入一定量的綠色溶液，在酒精燈上加熱（見圖5），用氫氧化鈉溶液以吸收逸出的二氧化氮，防止污染大氣，加熱后液體的顏色變藍(lán)（見圖6）。

（3）確認(rèn)溶液呈綠色是否與銅離子的濃度有關(guān)

方法：向小試管中加入一定的氧化銅粉末（見圖7），振蕩，靜置，一段時(shí)間后溶液變藍(lán)（見圖8）。

疑惑：氧化銅粉末消耗了硝酸，是否有可能是濃硝酸導(dǎo)致溶液呈綠色？引導(dǎo)繼續(xù)思考

學(xué)生：向綠色溶液中通入氮?dú)鈺r(shí)，硝酸濃度不變，溶液顏色變藍(lán)。

在此實(shí)驗(yàn)的過程中，生成一個(gè)新的知識(shí)，二氧化氮與水反應(yīng)是可逆的。學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)時(shí)“主動(dòng)地形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并通過把新獲得的知識(shí)和已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，積極地建構(gòu)其知識(shí)體系”“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的培育是學(xué)生通過一系列的化學(xué)認(rèn)識(shí)過程逐步培育的?？茖W(xué)精神與社會(huì)責(zé)任是化學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

由此可見，銅與濃硝酸反應(yīng)后的溶液呈綠色是由于藍(lán)色的Cu（NO₃）₂溶液中溶有NO₂的緣故，與銅離子的濃度大小無關(guān)。

二、改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（一）本試驗(yàn)所用的藥品量較少，密閉裝置內(nèi)反應(yīng)，毒氣不易外排，減少了有毒氣體的排放。

（二）取材方便，裝置簡(jiǎn)單，容易搭建，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)或教師演示實(shí)驗(yàn)。

（三）在確認(rèn)綠色與銅離子的濃度是否有關(guān)時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一舉兩得，既增加了銅離子的濃度，又消耗了二氧化氮?dú)怏w，溶液仍變成藍(lán)色，充分說明了溶液呈綠色與銅離子的濃度無關(guān)。

三、評(píng)價(jià)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，倡導(dǎo)真實(shí)問題情景的創(chuàng)設(shè)，具有終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度;具有可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念。將知識(shí)轉(zhuǎn)化為一種能力，解決生活，工作及學(xué)習(xí)中的遇到的問題;關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題，深刻理解化學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境之間的相互關(guān)系，清楚化學(xué)在社會(huì)發(fā)展過程中的重大貢獻(xiàn)，能運(yùn)用已有知識(shí)和方法綜合分析對(duì)環(huán)境可能帶來的負(fù)面影響，權(quán)衡利弊，勇于承擔(dān)責(zé)任，積極參與有關(guān)化學(xué)問題的社會(huì)決策。在化學(xué)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究，可以培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí);在解決問題的過程中有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí);通過相互合作完成實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行信息加工并獲得結(jié)論，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)思維和合作意識(shí)。所以說實(shí)驗(yàn)探究既是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)在要素，又是綜合培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的一種有效方法。

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