“鎂粉的探究”課堂教學案例

歐 群李德前

（1常州市第三中學 江蘇 常州 213000；2徐州市西苑中學 江蘇 徐州 221000）

一、課例說明

這是筆者自行開發的一節校本課程。

近年來我國相繼舉辦了奧運會、亞運會、大運會等，很多學生在觀看比賽后總會問筆者：體操比賽時運動員搓手的白色粉末是什么東西？舉重運動員搓手的鎂粉有何作用？初中化學研究鎂粉嗎？……筆者受此啟發，在有關酸、堿、鹽的學習結束后，決定選擇體育競技中使用的鎂粉作為探究對象，引導學生通過實驗探究、理論探討、小組合作、閱讀資料等方式，探究了鎂粉的成分、性能和用途等。

本探究活動的背景素材富有時代性、趣味性、開放性和教育性，它很好地考查了學生提取信息、設計實驗、學以致用的能力，也體現了化學就在身邊、探究無處不在。

二、學習目標

筆者結合自身的教學經歷和所教學生情況，制定了如下學習目標：

1.鞏固有關酸、堿、鹽的知識。

2.通過實驗探究和閱讀文獻，了解水合堿式碳酸鎂的成分、性能以及在體育運動中的應用。

3.知道結晶水合物的概念，會計算結晶水合物的相對分子質量。

4.培養提取信息能力，發展科學探究意識。

5.激發學習化學的興趣，保持對身邊物質探究的欲望，認識化學在體育競技中的重要作用。

三、教學過程

1.發現問題

［播放錄像］奧運會中我國體育健兒奮力拼搏（畫面里有運動員站在鎂粉筒前用白色粉末搓手的鏡頭；從畫面上也可以清晰的看出器械表面附著的白色粉末）。

［引言］同學們在觀看體育比賽時會發現，單杠、雙杠、鞍馬、舉重等項目的運動員在比賽前都要用一種白色粉末反復搓手，而且器械表面也提前涂擦了白色粉末。有誰知道白色粉末的名稱嗎？

［學生1］電視里的解說員說，白色粉末叫鎂粉。

［過渡］是的，這種白色粉末俗稱鎂粉。那你們想知道鎂粉的哪些化學知識呢？

［學生2］我想知道鎂粉是哪種化學物質。

［學生3］我想知道鎂粉在體育比賽中的作用。

［學生4］我想知道鎂粉因為何種特性而用于體育競技。

［學生5］在哪里可以買到鎂粉？

［過渡］同學們的這些問題都很有研究的價值。今天，我們就來探究鎂粉的成分、特性和用途等。

［板書］課題：鎂粉的探究

2.猜想與假設

［展示］從攀巖用品商店買來的鎂粉（淘寶網上也能買到）。

［學生觀察］通過觸摸、看、聞、掂等方式觀察桌上的鎂粉（以初步感知鎂粉的物理形態）。

［過渡］下面請同學們結合已有的知識經驗和剛獲得的信息，猜想鎂粉可能是哪種物質。要先獨立思考，然后與同座交流。

［小結］同學們對鎂粉成分的猜想分別是：鎂粉可能是氧化鎂、鎂粉可能是氫氧化鎂、鎂粉可能是碳酸鎂。

3.設計驗證方案

［過渡］猜想必須得到驗證。請各小組選擇一種猜想，然后設計驗證方案。

［講述］驗證物質的成分其實就是區分或鑒定物質，通過對比找出各種待鑒物質的物理性質或化學性質的不同之處，若物理性質相同就根據化學性質來區分，若化學性質相同則看其產物是否相同。另外，同學們對氧化鎂、氫氧化鎂、碳酸鎂這3種物質了解不多，下面老師提供一些信息，供設計驗證方案時參考。

［投影］資料卡片1：氧化鎂能緩慢與水作用生成氫氧化鎂。氫氧化鎂難溶于水，其懸濁液能使酚酞試液變紅；氫氧化鎂受熱能分解為2種氧化物。碳酸鎂微溶于水，并在水里緩慢產生少量氫氧化鎂，碳酸鎂受熱也能分解為2種氧化物。

［設計方案］各組依據自己的猜想，去設計驗證方案。教師巡視、參與、指導，并提醒學生：鎂粉中的雜質非常少，不會對驗證實驗產生干擾；組長匯報驗證方案。

［總結并投影］將各組設計方案（草案）匯總如下表所示：

組 名 猜想與假設 實驗驗證方案 可能的實驗現象雙城記憶 鎂粉是氧化鎂 取樣加入稀鹽酸。 若溶解，但不冒氣泡，則猜想正確。自由奇跡 鎂粉是氧化鎂 取樣加入稀鹽酸，若不冒氣泡，再取樣加熱。 若溶解不冒氣泡，加熱也無明顯變化，則猜想正確。尖峰飛躍 鎂粉是氫氧化鎂 取樣加熱。 若試管口處出現較多水珠，則假設正確。繪夢之卷 鎂粉是氫氧化鎂 取樣，加水振蕩，再滴入幾滴酚酞試液。 若變紅，則假設正確。超越夢想 鎂粉是碳酸鎂 取樣加入稀鹽酸，將可能產生的氣體通入石灰水。若冒氣泡，且氣體能使石灰水變渾濁，則猜想正確。八度空間 鎂粉是碳酸鎂 取樣加熱，將可能產生的氣體通入石灰水。 若產生使石灰水變渾濁的氣體，則猜想正確。

［過渡］請同學們看看各組的驗證方案，有無漏洞需要修補？

［學生1］我覺得“雙城記憶”組驗證氧化鎂的方案不妥。因為取樣加入稀鹽酸，若溶解但不冒氣泡的物質也可能是氫氧化鎂。“自由奇跡”組驗證氧化鎂的方案就比較嚴密，在第一步加鹽酸不能確定時再取樣加熱，若無明顯的水珠出現、或樣品質量不變等，就說明是氧化鎂。

［學生2］我認為“繪夢之卷”組用酚酞試液驗證氫氧化鎂不妥。因為氧化鎂、碳酸鎂在水里都能產生少許氫氧化鎂，所以氧化鎂、碳酸鎂的懸濁液也會使酚酞試液變紅。

［學生3］我感覺“八度空間”組驗證碳酸鎂的方案沒有“超越夢想”組的簡便。

［小結］幾位同學目光犀利、評價得當。那就請“雙城記憶”組和“繪夢之卷”組修正自己的驗證方案。

（這2組同學分別協商后，“雙城記憶”組決定采用“自由奇跡”組的驗證方案；“繪夢之卷”組決定采用“尖峰飛躍”組的驗證方案）

4.實驗驗證和結論

［學生實驗］依據本組驗證方案做實驗（所需實驗用品教師已提前備好）。教師巡視、參與、指導，組長匯報實驗結果。

［“尖峰飛躍”組］我們組取樣稍微加熱后，就發現試管口處出現較多的水，樣品也明顯減少，所以猜想“鎂粉是氫氧化鎂”是正確的。

［“繪夢之卷”組］我們組的現象同“尖峰飛躍”組一樣，所以我們組的假設也是正確的。

［“自由奇跡”組］我們取樣加入了鹽酸，樣品溶解了，但是冒出了氣泡，所以我們組的猜想錯誤。原方案中設計的后續加熱操作，我們沒有再做。

［“雙城記憶”組］我們組的現象同“自由奇跡”組一樣，所以我們組也猜錯了。

［“超越夢想”組］我們取樣加入鹽酸后，樣品溶解并冒氣泡，該氣體能使澄清的石灰水變渾。所以我們猜想“鎂粉是碳酸鎂”是正確的。

［“八度空間”組］我們取樣加熱后，樣品明顯變少并產生氣體，該氣體能使澄清的石灰水變渾濁。所以我們的猜想也是正確的。

［設問］現在出現了2個正確的猜想，這是怎么一回事呢？

［學生1］可能鎂粉是混合物吧？

［學生2］可能鎂粉的組成比較復雜吧？

［學生3］可能鎂粉是復合成分吧？我在書上看到過這類物質。

［小結］剛才這幾位同學的說法都有道理，鎂粉確實是幾種不同成分的復合物。同學們剛才的猜想、實驗仍有不完整的地方，主要是由于大家的化學知識面窄，這也說明了科學探究的復雜性、曲折性。

［投影］資料卡片2：鎂粉的化學名稱叫水合堿式碳酸鎂，是由“MgCO3”、“Mg（OH）2”和“H2O”三部分組成，化學式為 xMgCO3·yMg（OH）2·zH2O，其中 x、y、z 的值隨生產條件的改變而略有不同，我國生產的水合堿式碳酸鎂主要以 4MgCO3·Mg（OH）2·4H2O 形式存在。鎂粉中的水叫結晶水，是物質組成的一部分，像膽礬（CuSO4·5H2O）中就含有5個結晶水分子；結晶水合物受熱易分解（一般在200～500℃），從而失去結晶水；結晶水與物質潮濕狀態含有的游離水不同，游離水只存在于物質的表面或裂隙中，不是物質的組成，在100℃時游離水就會從物質中完全逸出。

［板書］（1）鎂粉的成分是水合堿式碳酸鎂［4MgCO3·Mg（OH）2·4H2O］

［講述］在計算水合物的相對分子質量時，化學式中的“·”表示加而不是乘。

［練習］計算 CuSO4·5H2O 或 4MgCO3·Mg（OH）2·4H2O的相對分子質量。

［學生1］膽礬的相對分子質量是250。

［學生2］鎂粉的相對分子質量是466。

5.理論探討和結論

［過渡］搞清了鎂粉的成分，那么大家一定想知道鎂粉在體育比賽中具有什么作用，以及為什么會有這種作用。

［投影］資料卡片3：體育競技中使用的鎂粉是經過45μm篩孔濾出來的水合堿式碳酸鎂粉末，密度是2.16g／cm3，具有良好的吸水性。科學測試表明，鎂粉吸水時水分完全是在粉末的空隙里和表面上。

［投影思考題］根據上述資料判斷，下列有關鎂粉的說法錯誤的是（ ）。

A.鎂粉是非常細的輕質粉末

B.鎂粉易溶于水

C.鎂粉具有良好的吸濕性

D.鎂粉吸水是物理變化

［學生1］我覺得選D，因為鎂粉吸水后與水反應變成了新物質。

［學生2］我覺得不能選D，因為鎂粉吸水時，水只是被吸附在粉末的空隙里，并未生成新物質。應該選B，雖然鎂粉易吸水但它不易溶于水，前面已經介紹它是微溶物質。

［小結并板書］（2）鎂粉質輕、粉末很細、吸水性良好

［設疑］賽場上運動員手握器械時，他們希望手與器械間的摩擦力是很大還是較小？

［學生1］當然摩擦力大了好，這樣運動員就不容易從器械上掉下，器械也不會從手中滑落。

［釋疑］是的。由于鎂粉質輕、很細、吸水性良好，所以當手心潮濕時鎂粉就能穩固地附著在手心里。比賽中當運動員手握器械時，手心與器械間凹凸不平的鎂粉層能增大摩擦力；同時鎂粉填平了手掌的褶皺和紋路，使握力更加實在和均勻。這有利于運動員握緊器械，使動作隨心所欲。

［播放錄像］體操項目的運動員在器械上急劇轉動。

［設疑］此時，鎂粉的作用還是增大摩擦力嗎？

［學生2］若增大摩擦力就會阻礙運動員的轉速，應該是減小摩擦力。

［釋疑］是的。在鞍馬、單（雙）杠等項目中，當運動員在器械上急劇轉動時，細小顆粒的鎂粉相當于襯墊，為手和器械之間鋪設了一層“小球”作滾動摩擦，從而減小了摩擦力。

［小結］可見，鎂粉能改善手對器械的把握，使摩擦力易于控制，或增大、或減小。就像水一樣，有時它是增大摩擦力，如點鈔前弄濕手指；有時它是減小摩擦力，如將玻璃管濕潤后插入軟膠管。不難想象，運動員如果不用鎂粉就很難在器械上完成一系列高難度動作。

［板書］（3）鎂粉能使手與器械間的摩擦力易于控制

［講述］鎂粉用于體育競技只是其用途的百分之一。它的用途很廣泛，課后同學們可以自行查閱文獻。

6.拓展延伸

［提問并過渡］不少體育項目都要使用鎂粉去調節手與器械間的摩擦力，除了上述提到的單（雙）杠、鞍馬、舉重和攀巖外，你還知道哪些體育項目用到了鎂粉？

［學生1］吊環、高低杠、平衡木。

［學生2］還有鉛球、投擲等。

［提問］體育器械表面一般很光滑，鎂粉很難附著在上面；天氣干燥時鎂粉也不容易粘到手上（適時投影相關圖片）。遇到這種情況該如何解決？

［學生3］可事先在器械上抹一層粘性液體，然后再涂擦鎂粉。

［追問］是的，那么這種粘性液體應具備哪些性質呢？

［學生4］應該沒有腐蝕性，以免傷害手；要不易燃燒，因為體育場館嚴禁煙火。

［學生5］要容易擦洗，這樣不影響環境衛生；應該不易揮發，從而較長時間里都能牢牢地附著在器械表面。

［評價］同學們說得頭頭是道，非常全面。這種液體就應該具備這些性質。

［投影思考題］下列液體中，哪種符合上述要求（ ）。

A.酒精溶液 B.色拉油 C.自來水 D.蜂蜜

［學生6］酒精不能用，因為易燃燒、易揮發；色拉油也不行，因為它不溶于水，用后很難洗掉，也影響賽場衛生；水也不行，它易揮發。蜂蜜粘性好，易得到，價格低，不易燃，不揮發，對皮膚友好，所以我選D。

［小結并板書］（4）在器械表面涂抹蜂蜜，有利于鎂粉附著

［播放錄像］北京奧運會上運動員在雙杠上先涂蜂蜜，再抹鎂粉。

7.表達與交流

［過渡］請同學們用最簡要的話表達：本節課你最大的收獲是什么？你還有什么疑惑？

［學生1］我知道了鎂粉的“真實身份”是水合堿式碳酸鎂。

［學生2］我知道了體育鎂粉不僅能增大摩擦力，還可以減小摩擦力。

［學生3］我明白了鎂粉能用作體育摩擦劑是因為它很輕、很細、很能吸水。

［學生4］我深深的體會到，解決身邊的化學問題時，需要我們具備扎實的基礎知識、熟練的實驗操作。

［學生5］我渴望自己在單雙杠運動中能用上鎂粉，這樣既不容易掉杠，又讓我們真實體驗了鎂粉的神奇效力。

［學生6］我覺得學校的體育裝備應配備鎂粉，以確保我們在單雙杠、鉛球等運動項目中的安全。

［學生7］我還想知道鎂粉是如何生產出來的。

［小結與評價］這節課同學們能積極參與，大膽表現，踴躍發言，熱烈討論，及時交流，所以收獲很多。剛才你們對知識的總結，也是言簡意賅。你們若想了解更多關于鎂粉的知識，可在課外通過文獻快速獲得結論，如果仍有疑問，歡迎與老師交流。

［布置作業］請同學們完成本節課的探究報告（教師提前印好留有空白的探究報告），并在同學中交流；也請同學們把本節課學到的知識介紹給你的家人和朋友。

四、教學反思

本課例注意從學生已有的知識和經驗出發，以身邊的化學物質為切入口，在真實的情景中鞏固了酸、堿、鹽的性質和實驗設計等知識和技能，認識了水合堿式碳酸鎂的成分、性能等，增強了學生的探究意識和科學素養，使學生感受了化學與體育的密切關系，體會了“處處留心皆學問”。整節課，教師平等參與、民主引領、適時指導、多元激勵，學生全程參與、全員投入、積極主動、興趣濃厚、表現突出、收效顯著。

當然，由于受現階段知識的限制，學生的探究還是膚淺的，有待完善的。

［1］HG／T2959－2000，工業水合堿式碳酸鎂［S］

［2］李德前.水合堿式碳酸鎂及其在體育運動中的應用［J］.化學教育，2010（05）：10－12

［3］趙致真.奧運中的科技之光［M］.北京：高等教育出版社，2008：195