楊艷

摘要：金屬與酸溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣是初中化學(xué)的重要內(nèi)容，作者分別對(duì)金屬與酸反應(yīng)的定量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了增添注射器的改進(jìn)、對(duì)氫氣的爆炸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后，操作簡便、現(xiàn)象明顯，尤其是氫氣的爆炸實(shí)驗(yàn)效果好，讓人印象深刻。在復(fù)習(xí)課時(shí)巧妙應(yīng)用該實(shí)驗(yàn)既培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)所知來解決新情境中的新問題的能力，又可以提升學(xué)生的思維高度、激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

關(guān)鍵詞：金屬與酸;注射器;原電池;爆炸極限

文章編號(hào)：1008-0546（2019）10-0092-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.025

初中化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)具有啟蒙性、基礎(chǔ)性，要求注重每一個(gè)學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成?！霸诤诵乃仞B(yǎng)視域下，賦予復(fù)習(xí)課獨(dú)特的教育價(jià)值和課程意蘊(yùn)，即對(duì)知識(shí)的回憶、提取和重組，是學(xué)生面對(duì)更加復(fù)雜的學(xué)習(xí)情境時(shí)理解特定信息、實(shí)現(xiàn)知識(shí)整合和問題解決的策略行為。這樣的教學(xué)需要教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，能理解核心素養(yǎng)下的知識(shí)屬性，并具有相應(yīng)的課程開發(fā)和實(shí)施能力。”Ⅲ。故如何培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)所知來解決新情境中的新問題的能力是每一位一線教師需要認(rèn)真思考的。

初三化學(xué)初看知識(shí)繁雜，細(xì)致思考會(huì)發(fā)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系緊密，筆者就金屬與稀硫酸的反應(yīng)為例深入分析教材，靈活運(yùn)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造復(fù)習(xí)課的亮點(diǎn)。具體的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

一、設(shè)計(jì)意圖

金屬與稀硫酸的反應(yīng)是人教版初中化學(xué)教材下冊(cè)第八單元課題2《金屬的化學(xué)性質(zhì)》中的重要內(nèi)容，上接氫氣的性質(zhì)，下啟酸堿鹽的知識(shí)點(diǎn)，再深度挖掘教材可以銜接高中化學(xué)中原電池等知識(shí)點(diǎn)。所以每年的中考，金屬與酸反應(yīng)都是熱點(diǎn)和難點(diǎn)。習(xí)題評(píng)講時(shí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于酸與金屬反應(yīng)的圖像題難以理解，錯(cuò)誤率極高。一輪復(fù)習(xí)時(shí)如何巧妙設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)流程，成功地將教材深度挖掘出來;如何設(shè)計(jì)簡單實(shí)驗(yàn)以便更直觀地觀察到過量的不同金屬與同濃度等體積的酸溶液反應(yīng)的快慢以及產(chǎn)生氫氣的多少、等量不同金屬與足量的同濃度的酸溶液反應(yīng)的快慢以及產(chǎn)生氫氣的多少，需要執(zhí)教者設(shè)計(jì)出化隱為顯、原理簡單、操作方便的實(shí)驗(yàn)來幫助教學(xué)。本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)經(jīng)歷了幾個(gè)階段，筆者又增加安排了有關(guān)氫氣與空氣的混合物點(diǎn)燃是否一定爆炸這一問題的探究。在講授第八單元課題3《金屬資源的利用和保護(hù)》中實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵的操作時(shí)強(qiáng)調(diào)CO氣體需“早出”，教者就在思考能否設(shè)計(jì)一個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證氫氣與空氣混合后的爆炸可能性，借助本裝置就可以很容易做到，同時(shí)引出氫氣的爆炸極限這一知識(shí)盲點(diǎn)。

二、實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)過程與問題解決

1.注射器的使用

傳統(tǒng)的教學(xué)中在解決“不同金屬與酸反應(yīng)的速率不同”這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，往往不是借助多媒體動(dòng)畫效果，就是使用點(diǎn)滴板，讓學(xué)生肉眼觀察，大致區(qū)分產(chǎn)生氣泡的快慢。不能從定量的角度（相同時(shí)間比較產(chǎn)生氣體的體積多少）明顯地區(qū)分反應(yīng)速率的不同。利用生活中的注射器可以很輕松地解決這一問題，于是教者搭建出了最初的設(shè)計(jì)裝置。

2.藥品的選用

首先硫酸的濃度的選擇，濃度大反應(yīng)太陜，不易觀察，且過快產(chǎn)生氣體就難將注射器內(nèi)的液體全部壓人試管。濃度過低，反應(yīng)所需時(shí)間較長，不利于課堂教學(xué)。最終確定選擇1.2mol/L的稀硫酸，效果較佳。稀硫酸的用量也需要考慮，經(jīng)過簡單計(jì)算選擇2mL的量。

其次是金屬的選擇，為了控制變量選擇表面積相同的鎂條和鋅條，分別打磨后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鋅條速率明顯很慢。而取初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品中的鋅粒則反應(yīng)速率明顯加快。由此發(fā)現(xiàn)可以深度挖掘的新題材——原電池效應(yīng)以及犧牲陽極保護(hù)法，與高中化學(xué)教材有效銜接。

三、金屬與酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.實(shí)驗(yàn)用品

實(shí)驗(yàn)儀器：小試管、注射器、橡皮塞、試管架

實(shí)驗(yàn)藥品：鎂條、鋅粒（含鐵等雜質(zhì)）、鋅條、

1.2mol/L的稀硫酸

2.實(shí)驗(yàn)裝置如圖1

2.實(shí)驗(yàn)裝置如圖2。

3.買驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

（1）組裝好實(shí)驗(yàn)裝置、檢查氣密性。

（2）分別向小試管中加入足量的打磨過的鎂條、鋅粒（含鐵等雜質(zhì)）、鋅條、用注射器抽取2mL的稀硫酸，分別注入試管，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。相同時(shí)間內(nèi)，鎂條產(chǎn)生的氣體體積最大，其次是鋅粒，而鋅條的反應(yīng)速率明顯比鋅粒慢，最終三者氣體體積相同。

（3）分別向小試管中加入0.05g的打磨過的鎂條、鋅粒（含鐵等雜質(zhì)）、鋅條、用注射器抽取2mL的稀硫酸，分別注入試管，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。相同時(shí)間內(nèi)，鎂條產(chǎn)生的氣體體積最大，其次是鋅粒，而鋅條的反應(yīng)速率明顯比鋅粒慢，最終鎂條產(chǎn)生的氣體體積最大、鋅粒較鋅條產(chǎn)生氣體體積略大。

定量角度觀察金屬與酸的反應(yīng)，解決新課教學(xué)時(shí)遺留的圖像難題。而進(jìn)一步分析鋅粒與鋅條反應(yīng)速率的不同，拓展保護(hù)金屬的第三種方法（犧牲陽極保護(hù)法）、原電池效應(yīng)。通過本次實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)合本市靠海的地理位置介紹輪船的防腐的方法，促進(jìn)學(xué)生形成留意生活、勤于思考、敢于探究的學(xué)習(xí)方法。

四、氫氣爆炸實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.實(shí)驗(yàn)用品

實(shí)驗(yàn)儀器：小試管、注射器、橡皮塞

實(shí)驗(yàn)藥品：鎂條、1.2mol/L的稀硫酸、火柴

3.買驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

分別向三只小試管中加入足量的打磨過的鎂條，用注射器抽取2mL的稀硫酸、分別注入試管，各收集10mL、20mL、50mL的氣體，靠近燃著的火柴，推動(dòng)注射器。觀察到10mL的氣體無現(xiàn)象，20mL的氣體發(fā)生爆炸，50mL的氣體可以安靜地燃燒。

經(jīng)過多次試驗(yàn)和簡算換算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)注射器內(nèi)氣體的體積小于等于19mL時(shí)，靠近燃著的火柴，推動(dòng)注射器，無明顯現(xiàn)象。當(dāng)注射器內(nèi)氣體的體積在20mL到45mL時(shí)，靠近燃著的火柴，推動(dòng)注射器，發(fā)生爆炸。當(dāng)注射器內(nèi)氣體的體積大于45mL時(shí)，靠近燃著的火柴，推動(dòng)注射器，氣體可以安靜地燃燒。

本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表1：（使用的試管體積為16mL，使用注射器的量程為60mL）

教材中介紹到氫氣爆炸極限是4.0%～75.6%（體積濃度），意思是如果氫氣在空氣中的體積濃度在4.0%～75.6%之間時(shí)，遇火源就會(huì)爆炸，而當(dāng)氫氣濃度小于4.0%或大于75.6%時(shí)，即使遇到火源，也不會(huì)爆炸。本次簡單實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證爆炸極限這一知識(shí)點(diǎn)，但在粗略計(jì)算后本次實(shí)驗(yàn)的爆炸極限較課本略有出入。于是查閱了相關(guān)資料，認(rèn)識(shí)到氫氣在流動(dòng)狀態(tài)下的爆炸特性，湍流強(qiáng)度增加時(shí)，氫氣的爆炸下限升高，爆炸上限下降，爆炸范圍變窄。

五、設(shè)計(jì)特色

金屬與酸的反應(yīng)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，操作簡便，生動(dòng)有趣，有利于學(xué)生理解，適合復(fù)習(xí)課或習(xí)題課時(shí)

教師演示，提高學(xué)習(xí)效率，順利攻克教學(xué)難點(diǎn)。另外該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了鋅粒、鋅條與酸的對(duì)比反應(yīng)，拓展學(xué)生知識(shí)視野。既為高中化學(xué)的學(xué)習(xí)奠定一定的基礎(chǔ)，又聯(lián)系生活實(shí)際、提升學(xué)生的思維高度、激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣乃至樹立終身學(xué)習(xí)化學(xué)的信念。 就初中學(xué)生的認(rèn)知層次來說氫氣爆炸實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)可以幫助學(xué)生更直觀地觀察并理解實(shí)驗(yàn)室制取氣體時(shí)不可以一開始就收集氣體的原因，同時(shí)糾正氫氣和空氣混合點(diǎn)燃一定爆炸的知識(shí)誤區(qū)，加深理解可燃物的爆炸極限概念，提升學(xué)生的思維能力和學(xué)習(xí)興趣。