“多、快、好、省”的實驗展臺
——Na2CO3與NaHCO3和酸反應的半定量對比實驗的展臺設計

廖開勝 殷菊香 張平

“多、快、好、省”的實驗展臺
——Na2CO3與NaHCO3和酸反應的半定量對比實驗的展臺設計

廖開勝1殷菊香1張平2

（1江蘇省丹陽高級中學江蘇丹陽212300；2安徽省金寨一中安徽金寨237364）

實驗是高中化學教學的重要手段。如何將教材中實驗簡單、快捷、形象生動甚至半定量的呈現(xiàn)在課堂上,提高課堂的有效性,這一直我們一線教師研究課堂的一個追求。“多、快、好、省”的演示平臺正是我們的一個研究成果。

此演示臺主要用于比較有氣體生成反應的快慢及反應的半定量研究,通過控制藥品加入量來觀察實驗不同現(xiàn)象,讓學生能看到多步反應的進程,進而提出問題,討論解決問題。在此實驗的展示中能激發(fā)學生學習積極性,主動地參與到課堂教學中來。

下面我們將以Na2CO3與NaHCO3和鹽酸反應的對比試驗為例來展示本演示臺優(yōu)異教學功能。

一、展臺介紹

1.展臺的設計目標

對比研究碳酸鈉、碳酸氫鈉與酸反應。

(1)把不可觀測的反應速率的快慢巧妙地轉換成水柱的分步上升情況,體驗、觀察現(xiàn)象、探索分析、對Na2CO3與NaHCO3和酸反應原理提出假設。

(2)通過對實驗現(xiàn)象的探討和解釋,學生得出結論：碳酸鈉與酸反應的原理是先生成碳酸氫鈉,然后才生成二氧化碳,緊接著設計相關練習,讓學生結合剛學的反應原理來解釋生活中的一些現(xiàn)象和有關的反應。

(3)加入足量酸后,展臺上的兩個長滴定管中液面高度大致相同,得出結論：等物質(zhì)的量的Na2CO3與NaHCO3雖然在生成二氧化碳的速率上不同,但是與足量酸反應后生成的二氧化碳卻是相等的,根據(jù)的原理是碳元素守恒原理。

(3)強化學生用守恒思想來分析解決問題。

2.特點

(1)綠色化學。所需要藥品非常少,一次只需5mL 0.4mol·L-1的溶液,減少了藥品的浪費。

(2)實驗儀器一體化。展板設計方便攜帶,方便組裝,可重復使用,便于推廣。

(3)材料易得。所需材料都是實驗室常用儀器。

(4)現(xiàn)象直觀、對比性強。通過液面變化觀察氣體生成的快慢,現(xiàn)象生動直觀,有放大效果,對比性強,實驗可以隨時停留在某個反應階段,現(xiàn)象持續(xù)時間長,給學生足夠時間思考,便于學生交流與討論。易于學生理解。

(5)綜合性強。一次實驗分批用量,多步反應,多種現(xiàn)象,既可定性也可半定量。

(6)目標多元化。

在知識與技能方面：學生掌握了Na2CO3與NaHCO3和酸反應原理,學會運用原理來解釋常見的反應現(xiàn)象。

過程與方法方面：在教學過程中通過有趣的實驗,學生親自參與,在探究的氣氛中理解反應的原理。

情感態(tài)度價值觀方面：讓學生體會到科學探究的過程,實驗中既有定性,又有定量,培養(yǎng)學生探究合作意識、嚴謹科學態(tài)度。同時在學習中體會到守恒思想的精妙之處。

(7)設計巧妙。長針頭插入溶液中,產(chǎn)生的氣體可以起著攪拌的作用,反應更加充分均勻。

3.用途

(1)比較有氣體生成的反應速率(如Mg、Al與酸的反應,Na2CO3與NaHCO3和酸反應等),半定量研究生成氣體多少與反應物量的關系。

(2)研究有氣體生成的連續(xù)的、多步反應。

二、制作材料

展臺(木板、堿式滴定管兩支、帶支管口的試管兩支),帶長針管的注射器兩支。橡膠軟管,250mL試劑瓶,自制玻璃管,半圓形鐵扣。

三、制作原理

本套裝置設計時,展板上均勻等距的畫上刻度,固定好兩個相同的堿式滴定管和帶支管口的試管,下面試劑瓶中裝滿飽和NaHCO3溶液,并滴加幾滴酚酞。當反應開始時,反應速度快的碳酸氫鈉先生成大量氣體,產(chǎn)生的氣體就把試劑瓶中的液體壓到堿式滴定管中,通過觀察滴定管中液面上升的快慢和高度來衡量反應的速率及產(chǎn)生氣體的多少。

四、實驗過程演示及現(xiàn)象（以Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應為例）

Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應原理的半定量研究：

(1)如圖所示安裝好儀器,在7、8試劑瓶中加入飽和的NaHCO3溶液,然后滴加幾滴酚酞,溶液變成紅色易于觀察液面高度變化,同時也可看出NaHCO3溶液顯堿性。

(2)分別在5、6帶支管口的試管中加入5mL0.4mol·L-1的Na2CO3、NaHCO3溶液,連接好導管和橡膠塞。

(3)分別用兩個注射器吸取相同的稀鹽酸,把注射器連接到4、5試管上面,分別請兩位學生以相同速度壓入相同鹽酸,先加1mL,觀察兩邊水柱的變化,發(fā)現(xiàn)一邊水柱上升,一邊不升,然后再加入1mL的鹽酸,引導學生觀察兩邊液柱的變化快慢,當?shù)谌渭尤牒蟀l(fā)現(xiàn)兩邊液面上升高度大致相同。最終反應完全后兩邊液柱高度大致相同。

五、實驗的注意事項

1.所取溶液的濃度要一樣,且在取樣時所取體積應相同。

2.本實驗重要影響因素是整個裝置的氣密性。在實驗前應該認真檢查裝置的氣密性。

3.鹽酸的濃度不宜過大,否則反應時Na2CO3與酸反應生成NaHCO3的過程太短。

4.藥品的加入可以讓兩名同學以相同速度加入,并隨時停止觀察現(xiàn)象。

后記：

Na2CO3與NaHCO3是我們生活中常見的物質(zhì),也是高中化學中非常重要的兩種鹽,課堂上能用簡單、快捷的對比試驗來展示兩者之間性質(zhì)的區(qū)別與聯(lián)系是我們所期望實現(xiàn)的。因此在教學中,我們本著這樣的出發(fā)點進行探索設計出了此套“多、快、好、省”的Na2CO3與NaHCO3和酸反應的實驗演示臺。經(jīng)過教學實踐的檢驗,發(fā)現(xiàn)此演示臺設計合理,能快速、直觀、生動、半定量、簡潔的展示Na2CO3與NaHCO3和酸反應的快慢及生成氣體體積之間的關系。實驗過程簡單易操作、課堂效果明顯。此外用長針頭插入溶液底部,生成的氣體可以起到攪拌的作用,讓反應更加充分。在以后的教學中我們還會不斷的進行改進,同時開發(fā)新的應用功能,并不斷的進行優(yōu)化,更好服務于教學。

標記為2的U形管中的pH試紙很快全部變?yōu)殚冱S色,而1號U形管中的pH試紙逐漸變色,說明溫度越高,乙酸分子運動越快,能夠很快與試紙反應,而常溫下,乙酸分子運動緩慢,分子擴散到試紙的時間長。

7.實驗優(yōu)點

(1)裝置新穎,現(xiàn)象明顯,時間短,提高學生的興趣。

(2)涉及到酸與pH試紙的反應,為以后學習酸、堿、鹽和pH值打下基礎。

(3)實驗簡單環(huán)保,無污染,可循環(huán)使用。

8.注意事項

(1)保證U形管的潔凈,以免污染pH試紙,造成實驗現(xiàn)象誤差。

(2)pH試紙變色快,實驗操作要迅速。

［1］課程教材研究所.義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級上冊）［M］.北京：人民教育出版社，2006：49-51

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