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        高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及教學(xué)策略

        2023-09-01 16:32:42李文飛
        關(guān)鍵詞:改進(jìn)策略高中化學(xué)

        摘 要:“碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)”這一教學(xué)內(nèi)容是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可或缺的內(nèi)容,要想讓學(xué)生對這一內(nèi)容掌握得熟練,教師需要讓學(xué)生明確原本的“碳酸鈉,碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)存在的問題和不足,并且提出相應(yīng)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案,以便于最大限度內(nèi)滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求.因此,本文選擇具體的題目對其進(jìn)行進(jìn)一步的分析,以求為教師的教學(xué)工作提供相應(yīng)的參考.

        關(guān)鍵詞:改進(jìn)策略;碳酸鈉;碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng);高中化學(xué)

        中圖分類號:G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1008-0333(2023)24-0111-03

        收稿日期:2023-05-25

        作者簡介:李文飛(1981.1-),湖北省襄陽人,中學(xué)一級教師,從事中學(xué)化學(xué)教學(xué)研究.

        實(shí)驗(yàn)不僅是化學(xué)教學(xué)中最為活躍和生動的教學(xué)手段,也是探究化學(xué)知識不可或缺的重要途徑1-2.在新課程改革的背景下,要求化學(xué)實(shí)驗(yàn)朝著生活化、綠色化和現(xiàn)代化的方向轉(zhuǎn)變,以便于拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)思路3.關(guān)于“碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)”的內(nèi)容也是高中化學(xué)考試當(dāng)中不可忽視的內(nèi)容,為了對其進(jìn)行更進(jìn)一步的分析,采取創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的情景,深入挖掘其中存在的聯(lián)系,組織學(xué)生積極開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方法的探究,幫助學(xué)生形成高階思維4.

        1 傳統(tǒng)“碳酸納、碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)

        例題 一個研究組研究了碳酸鈉、碳酸氫鈉和稀鹽酸的反應(yīng).

        (1)實(shí)驗(yàn)用品:

        碳酸鈉粉末(置于廣口瓶)、稀鹽酸(置于容積為125 mL的細(xì)口瓶中)、抹布、紙槽、試管架、Ф15×150 mm的試管、大燒杯(盛裝廢液)、藥匙.

        (2)實(shí)驗(yàn)步驟:

        ①藥品與儀器需仔細(xì)檢查;

        ②選擇干燥試管,放入少量碳酸鈉粉末;

        ③將1~2 mL稀鹽酸加入試管中;

        ④觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,及時向監(jiān)考老師報(bào)告;

        ⑤實(shí)驗(yàn)完成后,及時清洗試管,并將實(shí)驗(yàn)器材復(fù)位.

        (3)在含有少量碳酸鈉(俗稱______)和碳酸氫鈉的試管中加入足夠的稀鹽酸,觀察到兩者反應(yīng)劇烈,產(chǎn)生大量氣泡.碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為______.

        【問題提出】

        碳酸鈉、碳酸氫鈉和稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳的速率相同嗎?

        【實(shí)驗(yàn)的具體設(shè)計(jì)】

        (4) A設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)如圖1所示.實(shí)驗(yàn)過程中,兩個注射器中的稀鹽酸應(yīng)為______ (充注操作),觀察到如圖2所示的現(xiàn)象.所以他得出結(jié)論,碳酸氫鈉和稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳更快.

        (5) B質(zhì)疑A的實(shí)驗(yàn):

        ①碳酸鈉、碳酸氫鈉和稀鹽酸的反應(yīng)非常劇烈,很難通過觀察來判斷產(chǎn)氣速度;

        ②______,他認(rèn)為,應(yīng)該取含碳量相同的碳酸鈉和碳酸氫鈉,如果碳酸鈉的質(zhì)量仍然是0.318 g,應(yīng)該取______g碳酸氫鈉.

        該組學(xué)生在老師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)了如圖3所示的實(shí)驗(yàn).

        ①其中的連通管的作用是.

        ②取相同體積、相同碳元素重量的碳酸鈉和碳酸氫鈉稀溶液(各取2滴酚酞溶液)和足夠體積、相同濃度的稀鹽酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)過程中溶液顏色變化記錄于表1.瓶內(nèi)壓力隨時間的變化如圖4所示.

        【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】(6)通過分析圖4所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以得出,在相同條件下,______與稀鹽酸反應(yīng)更快生成二氧化碳,原因是______.

        【反思與應(yīng)用】

        ①二者與稀鹽酸反應(yīng)均很劇烈,稀鹽酸足量,相同質(zhì)量的碳酸鈉和碳酸氫鈉完全反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量不相同,所以通過氣球變大的程度無法確定兩物質(zhì)反應(yīng)的快慢.含有碳元素的質(zhì)量相同時,需要碳酸氫鈉的質(zhì)量為0.252 g;

        ②碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液和稀鹽酸反應(yīng)的速率都很劇烈,連通管主要起平衡氣壓的作用,避免裝置中壓強(qiáng)過大導(dǎo)致稀鹽酸不能順利滴下;

        ③由壓強(qiáng)隨時間的變化圖可知,相同條件下,反應(yīng)全部結(jié)束前,碳酸氫鈉和稀鹽酸反應(yīng)時,裝置中的壓強(qiáng)越大,說明產(chǎn)生二氧化碳越多;

        ④碳酸鈉和稀鹽酸之間的反應(yīng)是分步進(jìn)行的.

        2 “碳酸納、碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

        2.1 內(nèi)容改進(jìn)方案

        教材中“碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)”是一個定性實(shí)驗(yàn),筆者通過層層遞進(jìn),將其設(shè)計(jì)為定量實(shí)驗(yàn).(1)使用壓強(qiáng)傳感器測定在密閉體系中的壓強(qiáng)變化情況,作為判斷產(chǎn)生氣體速度快慢的重要依據(jù).

        (2)為了了解鹽酸與碳酸鈉溶液反應(yīng)的本質(zhì),需使用到酸式滴定管與pH傳感器.

        2.2 實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)方案

        碳酸氫鈉、碳酸鈉、鹽酸溶液、燒杯、數(shù)據(jù)采集器、筆記本電腦、試管與配套活塞、滴定計(jì)數(shù)器、pH采集器、磁力攪拌器、針筒注射器等器材.

        2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程改進(jìn)方案

        2.3.1 直奔主題,吸引關(guān)注

        根據(jù)物質(zhì)分類,二者均屬鹽,鹽能與鹽、酸、堿等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng).按照強(qiáng)酸制弱酸原理,碳酸氫鈉與碳酸鈉都會與鹽酸發(fā)生反應(yīng),得到的產(chǎn)物都有二氧化碳.將實(shí)物展示出來,提出問題:

        消防滅火使用的滅火器里裝的是碳酸氫鈉還是碳酸鈉呢?學(xué)生在觀察物質(zhì)后,可以得出結(jié)果,即碳酸氫鈉.泡沫滅火器原理是:二氧化碳能滅火.基于速率角度激發(fā)學(xué)生繼續(xù)思考:為什么泡沫滅火器會選擇碳酸氫鈉呢?學(xué)生猜想:碳酸氫鈉和酸之間的反應(yīng)速度更快.

        師生開展互動討論,鹽酸和碳酸氫鈉、碳酸鈉反應(yīng)都有氣體產(chǎn)生,而產(chǎn)生氣體速度的快慢會對壓強(qiáng)的改變速度產(chǎn)生影響5.

        考慮到實(shí)驗(yàn)中控制變量的方法,設(shè)計(jì)第二個實(shí)驗(yàn):在密閉空間當(dāng)中,選擇三支試管,第一支作為空白對照組,加入2 mL蒸餾水;第二支加入碳酸鈉0.1 mol/L,第三支加入0.1 mol/L碳酸氫鈉溶液,分別往三支試管中加入5 mL濃度為0.1 mol/L的鹽酸.另外,快速用橡皮塞塞緊試管,通過壓強(qiáng)傳感器觀察壓強(qiáng)的變化,采用數(shù)據(jù)采集器繪制曲線.根據(jù)圖像能夠明顯發(fā)現(xiàn),曲線斜率最大的是碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)的試管.這表明在相同時間內(nèi),鹽酸和碳酸氫鈉反應(yīng)得到的二氧化碳?xì)怏w速率更大,反應(yīng)速度更快.

        在得到這一認(rèn)識之后,讓學(xué)生學(xué)會寫相關(guān)化學(xué)方程式.

        Na2CO3+2HCl====2NaCl+CO2↑+H2O

        NaHCO3+HCl====NaCl+CO2↑+H2O

        在這個實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中,逐層深入,讓教學(xué)過程層層遞進(jìn),不顯得過于突兀.學(xué)生在提出猜想——尋找證據(jù)——得到證實(shí)的過程中,找到正確的思維方式.同時也持續(xù)落實(shí)所必須要掌握的基礎(chǔ)知識,讓學(xué)生學(xué)會寫相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式.

        2.3.2 定量分析,繼續(xù)拓展

        按照兩種物質(zhì)和鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式發(fā)現(xiàn),碳酸鈉所需的鹽酸數(shù)量更多,是否是因?yàn)榉磻?yīng)速率慢呢?可否增加鹽酸量來驗(yàn)證呢?再設(shè)計(jì)第三個實(shí)驗(yàn):先選擇相同濃度0.1 mol/L,相同劑量10 mL的碳酸氫鈉與碳酸鈉溶液,逐滴加入鹽酸,進(jìn)行磁力攪拌.通過pH傳感器獲取溶液的pH變動情況,記錄產(chǎn)生氣泡時的pH以及所消耗的鹽酸量.

        根據(jù)得到的結(jié)果圖像,發(fā)現(xiàn)在pH為8左右時,碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)才會出現(xiàn)氣泡,之前并無氣泡,鹽酸和碳酸鈉的比例接近1∶1;pH在8.24時,碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)出現(xiàn)氣泡,繪制得到的圖像曲線和碳酸鈉溶液反應(yīng)曲線吻合程度很高.結(jié)合上述結(jié)果,可以認(rèn)為碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)屬于分階段開展,即:

        Na2CO3+HCl====NaHCO3+NaCl

        NaHCO3+HCl====NaCl+CO2↑+H2O

        3 “碳酸納、碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)效果

        實(shí)驗(yàn)中證明了碳酸氫鈉的反應(yīng)速度要更快一些,也能更快產(chǎn)生二氧化碳,提高滅火的速度.也說明了泡沫滅火器使用該物質(zhì)的化學(xué)原理.

        在這次教學(xué)當(dāng)中,采用了實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合,圖形與數(shù)字結(jié)合的方法.這對學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的提升與化學(xué)學(xué)科能力的提升都有重要的促進(jìn)作用.另外,優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)更重視師生之間的互動,教師巧妙設(shè)計(jì)問題,引導(dǎo)學(xué)生去觀察、分析和解決問題,也引導(dǎo)學(xué)生積極質(zhì)疑,啟迪創(chuàng)新思維.已有的教學(xué)結(jié)果也證實(shí),只要精心設(shè)計(jì)問題情境,學(xué)生的探索意識、思維興趣等都能得到很好的激發(fā).而且優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)不管是問題設(shè)計(jì)還是具體的實(shí)驗(yàn)開展都遵循了循序漸進(jìn)的原則,重視學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,讓學(xué)生在逐步掌握知識的過程中,去探索更深層的問題,從而培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性和判斷性思維.

        參考文獻(xiàn):

        [1] 趙旭梅. 高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)策略[J].新課程,2022(29):194-195.

        [2] 高霞.高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)策略:以“銅和濃硫酸”為例[J].教師,2021(15):59-60.

        [3] 張文強(qiáng). 核心素養(yǎng)視域下高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與改進(jìn)策略[J].新課程,2021(18):37.

        [4] 張愛林. 新課標(biāo)下高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與改進(jìn)策略研究[D].重慶:重慶三峽學(xué)院,2020.

        [5] 林建斐.高中化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)策略研究[J].高考,2019(32):20.

        [責(zé)任編輯:季春陽]

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