“探究濃硫酸與飽和氯化鈉溶液反應”教學設計

夏時君 吳孫富

（1 深圳市新安中學 廣東 深圳 518101；2 當陽市第二高級中學 湖北 當陽 444100）

一、教案設計思想

課程改革以來，老師們都在引導學生進行研究性學習方面進行著有益的嘗試，有許多老師在引導學生進行研究性學習方面取得了豐碩的研究成果。在引導學生進行研究性學習方面，老師們一般都存在著這樣一個共同的困惑：學生在研究性學習中一般都可以在教材和資料中找到探究課題的現成答案，研究而又有現成的答案， 這就會使研究性學習的科研性大打折扣。筆者撰寫此教案的目的就是要突破此困惑，努力讓學生在具有首創性科研特點的情境中用中學化學基礎知識研究解決在學習中遇到的疑難問題。通過此類具有首創性科研特點的研究性學習的教學，既可以充分激發學生學習化學科學的濃厚興趣，又可以讓學生真實地體驗科學研究的基本過程。

二、教學目標

1．知識與技能

（1）深入理解濃硫酸吸水性的含義，掌握用濃硫酸吸水或干燥的常見實驗方案。

（2）深化對溶解度的理解，能用溶解度知識研究揭示濃硫酸與飽和氯化鈉溶液反應的基本原理。

2．過程與方法

（1）用中學化學中的基礎知識，探究一個被誤解的實驗現象——飽和氯化鈉溶液與濃硫酸作用的實驗現象。

（2）在老師的引導下，就實驗中存在認知沖突的實驗現象進行理論分析和實驗研究，揭示出實驗現象中蘊含的科學真諦，初步了解科學研究的基本過程。

3．情感、態度與價值觀

用所學的知識研究解決一個被誤解的實驗現象，通過運用理論解決實際問題的研究性學習，感受科學研究的艱辛過程、享受科學研究的成功樂趣，激發學習化學科學的濃厚興趣。

三、教學重點和難點

重點：濃硫酸的吸水性，溶解度的應用，科學研究方法

難點：科學研究方法

四、教學過程

1．提出研究課題

［問題的提出］可能有部分同學做過如下一道練習題，不論做過與否，請同學們再做一遍（投影習題題目、學生解答）：

如圖所示，把盛有3mL 飽和氯化鈉溶液的試管小心地放入盛有碳酸飲料（溫度為20℃）的燒杯中，然后用膠頭滴管向試管中滴加1mL 濃硫酸。

請回答問題：

（1）實驗過程中觀察到的現象是 ______________，產生這種現象的原因是_______________________________________________________________。

（2）試管內斷裂的化學鍵類型是 ___ ，形成的化學鍵類型是 ____ 。

（3）寫出有關反應的化學方程式：______________

［教師要求］請同學們舉手回答解答的答案，并讓其他同學參與質疑討論。

［學生回答］預設：同學可能會得出與參考答案一致的結論（參看答案投影），也可能會有同學對濃硫酸的吸水性及析出NaCl 晶體的實驗現象存在不同意見。若有同學存在不同意見，則順著學生思路提出本節課課題；若學生都沒有不同意見，則教師進一步引導學生分析后提出本節課課題。

［答案投影］有關資料給此題各空提供的參考答案如下：

（1）燒杯中逸出大量氣體，試管內有晶體析出，濃硫酸溶解放出大量的熱， 導致燒杯中飲料的溫度升高，促使碳酸分解產生二氧化碳；濃硫酸具有吸水性，小試管內析出NaCl 晶體。

（2）共價鍵，離子鍵。

［板書］課題： 探究濃硫酸與飽和氯化鈉溶液反應

設計意圖：引導學生思考質疑，讓學生在質疑中突破思維定勢，并在突破思維定勢的過程中發掘出研究性學習的課題。

2．深入探析濃硫酸的吸水性

［演示實驗一］向學生展示試劑：一是內含氯化鈉晶體的飽和氯化鈉溶液，二是98%的濃硫酸。用一只中號試管取3．0mL 飽和氯化鈉溶液，用滴管向試管內逐滴加入濃硫酸。加入2 滴時，溶液開始局部變渾濁，共加入20 滴（約1mL）時，溶液呈渾濁，試管壁有點燙。用橡皮塞密封試管，振蕩、靜置試管，冷卻到室溫，試管內有大量的無色晶體，晶體覆蓋了試管底部。

［教師提問］由這個實驗的現象，同學們可以得出什么結論？ 請同學們討論。

［學生回答］預設：同學們一般會依據該實驗的現象，認同上述練習題的參考答案。

［教師置疑］同學們（或者說多數同學）根據這個實驗的現象得出了試管中生成了氯化鈉晶體的結論，得出了生成氯化鈉晶體的原因是濃硫酸吸收了飽和氯化鈉溶液中水分的結論。這兩個結論正確嗎？（預計大多數甚至全體同學會說“正確”）。請同學們觀察下一個實驗的現象。

［演示實驗二］向學生展示一瓶內含氯化銨晶體的飽和氯化銨溶液，振蕩試劑瓶后靜置，瓶內的氯化銨晶體不變（說明該溶液確實飽和）。用一只中號試管取3．0mL 飽和氯化銨溶液，用滴管向試管內逐滴加入與實驗一中相同的濃硫酸。加入到20 滴（約1mL）時，溶液不變渾濁，試管壁有點燙。用橡皮塞密封試管，振蕩、靜置試管，冷卻到室溫，試管內仍然無晶體。

設計意圖：設置認知沖突，引發學生強烈的探究欲望。

［教師進一步置疑］在這個實驗中，試管中沒有生成氯化銨晶體，這是不是說明濃硫酸沒有吸水性呀？

［置疑結果預設］對比兩個實驗的試劑、實驗操作過程和實驗現象，同學們一定感到非常奇怪，探究興趣由此被激發。

［教師引導］如果說實驗一中生成了氯化鈉晶體，且生成氯化鈉晶體的原因是濃硫酸吸水的話，則實驗二必然會同理生成氯化銨晶體。既然實驗二沒有生成氯化銨晶體，則同學們據實驗一中的現象所得出的兩個結論（生成NaCl 晶體、濃硫酸吸水）就值得商榷了。

［演示實驗三］向同學們展示干燥器，說明干燥器的結構、功能和實驗操作方法。用一只50mL 的小燒杯取25mL 濃硫酸置于干燥器內， 另用兩只50mL 的小燒杯分別取5mL 飽和氯化鈉溶液、5mL 飽和氯化銨溶液置于干燥器內。密封干燥器。

［教師提問］同學們預想一下，過一段時間后，干燥器內的三只小燒杯中分別會出現什么現象？ 為什么？ 我們待會兒觀察該實驗的結果。

［學生回答］預設：濃硫酸的體積（或質量）會增大，另外兩只小燒杯內的溶液會減少，并分別析出氯化鈉晶體、氯化銨晶體。原因是濃硫酸吸收了飽和氯化鈉溶液和飽和氯化銨溶液揮發出的水分。

［教師提問］請同學們將實驗三與實驗一和實驗二比較一下， 實驗三中的濃硫酸存在于小燒杯內，實驗一和實驗二中的試管內有濃硫酸嗎？ 為什么？

［學生討論回答］預設：實驗一和實驗二中的試管內沒有濃硫酸，因為濃硫酸加入水溶液后就形成混合物被稀釋了。

［板書］加入到溶液中的濃硫酸不再是濃硫酸，沒有濃硫酸就沒有濃硫酸的吸水性。

［教師提問］濃硫酸具有吸水性，實驗室常用濃硫酸吸收氣體、液體、固體中的水分，請簡要說明用濃硫酸吸收氣體、液體、固體中水分時的實驗操作方法。

［學生回答］預設： 用濃硫酸吸收氣體中的水分時，將氣體通過裝有濃硫酸的洗氣瓶。用濃硫酸吸收液體、固體中的水分時，將液體或固體裝在一個燒杯中，將濃硫酸裝在另一個燒杯里，將濃硫酸與液體或固體同時裝入干燥器內密封吸水。

［教師提問］濃硫酸能無限制的吸水嗎？

［學生回答］預設：不能。濃硫酸吸水到一定程度就會因為吸水稀釋而不能再吸水了。

［教師引導提問］我們已經知道，將濃硫酸與水溶液直接混合不能起到吸收溶液中水分的作用，能不能將濃硫酸與固體直接混合來吸收固體中的水分呢？ 為什么？

［學生回答］預設：不能。因為濃硫酸可能會與固體物質發生反應。就算濃硫酸不與固體物質反應，也存在著吸水后的分離問題，還存在著固體物質會少量溶解于濃硫酸的問題。

［教師講解］關于濃硫酸的吸水性，還有一個比較特殊的問題請同學們注意，若在非水混合液中加入濃硫酸，濃硫酸也可以起吸水作用。我們用乙醇、乙酸、濃硫酸的混合液制取乙酸乙酯時，就是利用濃硫酸的吸水性促進該酯化反應正向進行的。

［觀察實驗三的結果］打開干燥器，取出三只小燒杯，裝濃硫酸的燒杯內看不出明顯的變化，裝飽和氯化鈉溶液、飽和氯化銨溶液的燒杯內均有晶體生成。說明濃硫酸吸收了飽和氯化鈉溶液、飽和氯化銨溶液中的水分。

設計意圖：通過實驗研究和理論分析，讓學生對濃硫酸的吸水性有進一步的明確認識。

3．探析濃硫酸與飽和氯化鈉溶液的反應

［教師提問］從實驗操作的角度來看，實驗一和實驗二是不是十分相似？ 二者的不同點在哪里？

［學生回答］預設：十分相似。不同點在于實驗一用的是飽和氯化鈉溶液，實驗二用的是飽和氯化銨溶液。

［教師追問］從實驗現象來看，實驗一與實驗二的顯著區別是實驗一生成了晶體， 實驗二無晶體生成。請同學們分析討論，探尋其原因。（提示：不要將實驗一中的晶體確認為NaCl 晶體）

［學生討論回答］預設：若有同學從溶解度和離子反應的角度來回答，就順著學生的思路進行，同時投影如下溶解度表。若沒有同學從溶解度和離子反應的角度來回答，就直接投影如下溶解度表，引導學生分析。

［投影］

表1 NaCl、Na2SO4、NH4Cl、（NH4）2SO4 的溶解度表

（此表中Na2SO4的溶解度是指固相為Na2SO4·10H2O 時所溶解 的Na2SO4的質量，NaCl、NH4Cl、（NH4）2SO4三種晶體不含結晶水。）

［教師引導］老師在《化學用表》［1］中查得NaCl、Na2SO4、NH4Cl、（NH4）2SO4在三種溫度下的溶解度如表一，括弧內的物質的量是老師的換算結果。請同學們根據此時的室溫選擇與表一中溫度較接近的一組數據（上課要帶溫度計，此處選用20℃時的數據）分析探討實驗一形成晶體、實驗二不形成晶體的原因。

［學生討論作答］預設：Na2SO4的溶解度比NaCl的溶解度小，Na2SO4晶體含有大量結晶水， 所以實驗一中生成了Na2SO4·10H2O。（NH4）2SO4的溶解度比NH4Cl 的溶解度大，實驗二中加入濃硫酸后，溶液體積增大，NH4Cl 的濃度降低，所以實驗二中不形成晶體。

［板書］2NaCl（飽和）＋H2SO4（濃）＋10H2O＝Na2SO4·10H2O↓＋2HCl

［教師評價提問］從定性的角度說，同學們剛才的回答是正確的。同學們能不能從定量的角度探尋出一個判斷＋1 價的飽和氯化物與濃硫酸作用生成或不生成硫酸鹽晶體的標準呢？ 探討此問題時，請同學們先考慮一下溶解度的物理量是選用質量好、還是選用物質的量好。

［討論］師生共同討論解答。

［板書］

［教師提問］根據這個標準，請同學們計算回答實驗一生成晶體、實驗二不生成晶體的原因。

設計意圖：通過對比分析，解決矛盾沖突，探尋實驗現象中蘊含的科學真理。

［教師引導置疑］我們已經知道， 實驗一中有Na2SO4·10H2O 晶體生成，實驗一中的晶體中會不會含有NaCl 呢？ 為了正確回答此問題，我們在實驗一的基礎上再做實驗四。

［演示實驗四］傾倒出實驗一中試管內的上層清液，用雙層濾紙捂住試管口盡量瀝干晶體。向試管內加入10 滴（太多會導致晶體大量溶解）蒸餾水振蕩洗滌晶體，再用雙層濾紙捂住試管口盡量瀝干晶體。向試管內加適量蒸餾水溶解晶體。用另一只試管取出約2mL溶液，向試管內的溶液中滴加0．1mol／L 的Ba（NO3）2溶液，試管內有白色沉淀生成，繼續滴加Ba（NO3）2溶液至試管內不再生成白色沉淀為止，振蕩、靜置試管。將試管內的上層清液傾倒一部分到另一只試管里，向試管里滴加2%的AgNO3溶液，試管內生成大量白色沉淀。

［教師提問］①在這個實驗中，在檢驗SO42－和Cl－時均未加硝酸酸化溶液，為什么？ ②這個實驗說明了什么？

［學生回答］預設：①已知溶液中不含干擾離子，所以不需加硝酸酸化處理。②這個實驗說明實驗一生成的晶體中含有NaCl。

［教師引導提問］老師從網上搜得20℃常壓下飽和氯化鈉溶液的密度是1．33g／mL，據此可計算出3mL 飽和氯化鈉溶液中的濃硫酸的濃度是18．4mol／L， 據此可計算出1mL 濃硫酸中含n（H2SO4）＝18．4mol／L×1mL＝0．0184mol。由此可得 實驗一的試管中比較可得出什么結論？

［教師引導提問］在n（SO42－）減少的過程中， 將逐漸增大。同時，在形成Na2SO4·10H2O 晶體的過程中消耗了大量溶劑。當相等時，若溶液仍處于過飽和狀態，溶液中會發生什么樣的變化？

［學生回答］預設： 溶液中會發生Na2SO4·10H2O與NaCl 共沉淀的作用，共沉淀到溶解平衡為止，從而導致無色晶體中同時含有SO42－和Cl－。

設計意圖：在科學研究中，考慮問題要盡量全面。此部分探究就是要讓學生對此有所感悟和領會。

4．課堂小結與課外作業

［課堂小結］這節課探究了濃硫酸與飽和氯化鈉溶液的反應。通過探究，進一步明確了濃硫酸吸水性的含義，明確了濃硫酸吸收氣體、水溶液、固體中水分的實驗方案以及濃硫酸在非水溶劑中的吸水作用。通過探究，確認濃硫酸與飽和氯化鈉溶液發生反應生成了Na2SO4·10H2O 晶體，生成的Na2SO4·10H2O 晶體中混有NaCl。通過探究，得出了濃硫酸在常溫下與＋1 價氯化物的飽和溶液發生反應生成硫酸鹽晶體的條件。

［課外作業］（選做一題）

（1）20℃時，飽和氯化鈉溶液的密度是1．33g／mL，氯化鈉與硫酸鈉的溶解度分別是36．0g、19．4g，濃硫酸的濃度是18．4mol／L、密度是1．84g／cm3。若在20℃時向3．0mL 飽和氯化鈉溶液中加入1．0mL 濃硫酸，能從理論上計算出生成晶體的總質量嗎？為什么？（答案要點：不能。溶液中含有酸，目前還不知道鹽酸和硫酸對氯化鈉和硫酸鈉溶解度的影響程度，也不知道硫酸鈉和氯化鈉對彼此溶解度的影響）

（2）你在學習化學的過程中，還遇到過其它感到困惑的問題嗎？ 請列舉一例談談你困惑的原因，若能就你的困惑設計一個探究思路的話，請將你的探究思路寫出來交給老師。

（3）通過這節課的學習，你覺得科學研究很神秘嗎？ 請談談科學研究的基本過程？

設計意圖：第（1）題的解答說明科研課題可以在已有成果的基礎上進一步生成，同時還說明科學研究具有很強的挑戰性。第（2）題是要引導學生學會發現和思考，并在發現和思考中學習創新。第（3）題主要是要消除學生對科學研究的神秘感， 讓學生熱愛科學、用于創新。

［1］顧慶超等編著．化學用表［M］．南京：江蘇科學技術出版社，1979．10

［2］吳孫富，沈素帆，于孝梅．探析濃硫酸與飽和氯化鈉溶液和飽和硫酸銅溶液的作用［J］．化學教學，2014，（10）：65～67