演示实验能起到一种示范的作用,同时也是学生通过感官系统模仿老师行为的一种方式,因此,我们根据反应的原理,结合探究性化学实验设计的原则,进行了教学实践,取得了一定的教学效果。
一、反应装置的探索
在教材中的一些实验,往往实验现象不明显或装置过于复杂,有环境污染问题,我们可以通过对反应装置的探索改正达到理想的状态。例:
[问题情景一] 铜与稀硝酸反应,教材(人教版1995年版)课本中演示的Cu与稀HNO3反应是在放有铜片的试管中,加入少量稀HNO3,观察现象。
[分析]观察不到NO本来颜色且有环境污染。
[问题情景二] 2003年人教版教材课本中演示的Cu与稀HNO3反应是在一支试管中放入一小块铜片,加入少量稀硝酸,立即用带导管的胶塞塞住试管口,并将导管通入盛有NaOH溶液的试管。反应片刻后,将稀硝酸的试管塞取下,使空气进入试管,观察发生的现象。
[分析]情景一中观察不到NO本来颜色且产生污染,情景二产生了环境污染。
[探究]如何设计实验验证Cu与稀HNO3反应生成的是NO气体?
[方案一]如右图组装仪器装置。取下B端胶塞将铜丝一端插入塞内,另一端绕玻璃管盘成螺旋状。U型管略向B端倾斜,从该端加入稀硝酸至满,用上述二中的胶塞塞紧B端管口(B端内已无空气)。反应开始,当溶液液面与铜丝脱离时,反应停止。
从U型管C端倒出一定量的反应液,随之,空气从A口吸入。
[现象]①反应由慢到快,溶液逐渐变为淡蓝色,随着反应的进行颜色不断加深。
②反应产生了无色难溶于水的气体,它将反应液不断从B端压入C端。
③空气从A口吸入后,无色气体立即变为红棕色。
[评价]①反应在缺氧条件下进行,能观察到无色的NO气体。
②NO将反应液压入C端,表明NO在水中的溶解度很小,验证了NO难溶于水。
③能全面观察NO被氧化变色的过程,验证了NO极易被氧化的性质。
④玻璃管的液封作用有效地防止了NO的散逸造成的环境污染。
二、联系生活实际的探索
化学问题或现象在我们身边无处不在,诸如实际生活、工农业生产、能源、医药、环境污染、新材料的开发等。我们将所学的理论和实际方面的典型问题或现象结合起来作为背景材料。一方面为学生提供接触实际、主动参与解决实际问题的机会,另一方面在问题解决中让学生主动参与社会生活的体验,通过自已的真情实感获得知识和技能。
例如:在卤族元素学习中,可联系实际设计检验海带中是否含有I-。
这在化学教材中就有体现。在溴、碘的提取中,有从海带中提取碘的流程。我们进一步设计了下列思路。
检验海带中的I-的设计思路
三、对“绿色实验”的探索
例:对上例中的实验就环保问题继续探索。
[问题]上述实验,操作简便,现象明显,但从环保角度分析:有少量毒气外逸。
[探究]如何改进呢?
[方案一](见右图)
[问题]取用氯水时,还是有少量Cl2外逸如何进一步改正?
[探究]不用氯水,把生成Cl2直接通入,如何制Cl2,用什么装置。
[方案二]如图
[问题]制气和检验分开,在不同装置中进行能否设计一套更简便的实验装置。
[方案三]如图
c(OH-)改变可以由酚酞试液的颜色变化来判断。酚酞试液遇碱显红色,如氨水中的c(OH-)增大,则颜色变深;若氨水中的c(OH-)减小,则颜色变浅。
实验设计:在试管中注入滴有酚酞的氨水,并在试管口套上小气球(防止氨污染空气),加热,如颜色变浅,则加热使氨水中的
c(OH-)减小,乙正确;如颜色变深,则加热使氨水中的c(OH-)增大,则甲正确。
又如:①乙醛使溴水褪色是乙醛中醛基被Br2氧化还是乙醛中的甲基与Br2发生取代反应,设计实验探索。
②Mg(OH)2溶于铵盐机理探索。
③Na2S和FeCl3反应的原理探索。
④加热稀氨水,溶液中的c(OH-)有什么变化?
五.收集装置的探索
收集气体的装置有排液体法和排空气法,能否用其他装置代替上述两种方法呢?
左边装置可以一瓶多用,长进短出可以用来收集密度比空气大的气体,短进长出可以用于收集密度比空气小的气体。再改为右图所示又可以排液体集气,同时还能量出收集气体的体积。
六.呈显作用的微粒探索
如“氯水”中具有漂白作用的微粒探究
第一步:探究氯气是否与水反应,就是检验氯水中有无H+,Cl-。
(1)检验氯水中是否有H+,方法有多种:
①用紫色石蕊试液检验,观察溶液是否变红,如果溶液变红,说明溶液中有H+。
②可以加入锌粒或加入碳酸氢钠,观察有无气泡冒出,如果有气泡冒出,说明有H+。
③用pH试纸检验,观察其pH。
(2)检验氯水中有无Cl-的方法是:用硝酸酸化的硝酸银溶液检验溶液中有无Cl-.
第二步:探究是氯气还是氯水使有色布条褪色。
取两瓶干燥的氯气,第一个瓶中放入的是干燥的有色布条,第二个瓶中放入湿润的同样的有色布条,观察发生的现象。
第三步:探究氯水中哪种微粒具有漂白作用。
(1)各取10滴盐酸和氯水分别滴到有色布条(有色的鲜花或品红溶液)上,观察发生的现象。
(2)向盛有2毫升氢氧化钠溶液(含有1滴酚酞试液)中逐滴加盐酸至过量。观察溶液颜色的变化。然后向此溶液中滴加氢氧化钠溶液,观察颜色的变化。
(3)向盛有2毫升氢氧化钠溶液(含有1滴酚酞试液)中逐滴加入氯水至过量,观察溶液颜色的变化。然后向此溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液至过量,观察溶液颜色的变化。
(4)向氯化钠与次氯酸钠混合溶液中,滴加一滴酚酞,观察溶液颜色的变化。
还有一点,需验证与修订:实验过程中发现,“用锌粒或碳酸氢钠来检验氯水的酸性”是行不通的,此假设需要舍弃。
注意事项:
(1)要用新制备的氯水,长时间放置的氯水次氯酸已分解,没有漂白性。
(2)氯气有毒,防止氯气对身体的伤害和环境污染。
(3)用pH试纸测氯水的pH时,滴加的氯水量不要太多,防止试纸被氧化。
(4)氯化钠与次氯酸钠的混合溶液(将氯气通入氢氧化钠溶液中制得)要提前制好,并放置一段时间,防止混合溶液中有次氯酸。
最后结论:(1)氯气确实与水发生了反应;
(2)使有色布条褪色的微粒是HClO。
学生的体会:进行研究确实不容易,需要付出很多的时间和精力,不过我们收获很大。虽然做实验时很辛苦,但成功时,特别是我们的探究成果得到了同学们的认同和老师的赞扬时,我们每个人心里有说不出的高兴,感觉到以前的付出很值得,更增加了做实验的兴趣,下次我们还想再做类似的化学实验。