實驗探究錫紙中的金屬成分

摘要： 為有效地復習常見金屬的性質，基于化學學科教室的資源支持，設計了“探究錫紙中的金屬成分”系列實驗。通過“視頻激趣初步判斷”、“查閱資料進一步排除”、“設計實驗再次探究”、“定量分析得出結論”4個環節，既有效復習了常見金屬的性質等知識，又激發了學生持續的探究欲望，培養了學生的化學學科素養。

關鍵詞： 實驗探究； 錫紙； 常見金屬的性質； 知識結構網絡； 化學學科教室

文章編號： 10056629（2018）9008003 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

1 研究背景

每年3月底或4月初，九年級化學教學就進入了總復習階段。教師普遍對復習課這種課型的準備感到非常棘手： 既要回顧舊知識，又不能讓學生感覺像在“炒冷飯”。既要夯實基礎，又要在原來的基礎上有所突破、升華[1]。常見金屬的性質是初中化學學習的一個重點，特別是要掌握金屬與酸溶液、鹽溶液反應的規律，學會用金屬活動性順序表對有關的置換反應進行判斷更是一個難點。

如何有效地復習常見金屬的性質？筆者的觀點是從生活情境中挖掘引發學生深刻思維的探究問題，引導學生通過實驗探究來解決問題，既充分激發學生的興趣，又在探究過程中將常見金屬的性質等知識聯系到一起，構建較完整的知識體系，加深對知識的再認識。

我校創建了化學學科教室。學科教室中三邊柜子里存放平時實驗所用的儀器與藥品，可滿足學生隨時進行實驗探究、自主進行個人探究和多人合作探究的需求。中控臺上放了各種化學雜志、化學資料，方便學生隨時查閱。幾臺電腦可供學生上網查閱資料、播放視頻等[2]。

基于化學學科教室的資源支持，筆者設計了“探究錫紙中的金屬成分”系列實驗。

2 實驗設計

2.1 視頻激趣初步判斷

教師先在課堂上播放了生活中常見的用錫紙包裝花蛤，在電磁爐上燒烤花蛤的視頻。學生概括出這種錫紙具有導熱性、延展性，還有銀白色的金屬光澤。市售的錫紙，也有稱作鋁箔、鋁箔錫紙等，那么錫紙中的金屬是什么？根據錫紙的顏色，結合金屬的活動性、價格等因素，學生猜測其中的金屬可能是錫、鋁、鎂、鋅、鐵中的一種，并設計實驗初步判斷。

2.1.1 藥品及儀器

藥品： 錫紙條、磁鐵

儀器： 酒精燈、火柴、坩堝鉗

2.1.2 實驗操作及現象

（1） 用磁鐵靠近錫紙條，錫紙條沒有被吸引。

（2） 用坩堝鉗夾取錫紙條在酒精燈上點燃，錫紙條熔化但沒有滴落，也沒有燃燒。

2.1.3 依據原理及結論

依據原理： 鐵有磁性，鎂易在空氣中燃燒。

實驗結論： 錫紙中沒有鐵、鎂。

2.1.4 設計目的

讓學生復習常見的金屬的通性，如： 導熱性、延展性、有光澤。但金屬也有個性，如： 鐵具有磁性，鎂很易在空氣中燃燒。利用金屬的個性可用來檢驗金屬。該設計可以幫助學生構建金屬的性質的知識結構網絡（見圖1）。

2.2 查閱資料進一步排除

教師進一步追問： 如何進一步確定錫紙中的金屬是錫、鋁、鋅中的哪一種？學生利用學科教室中的電腦上網查閱資料。

資料1： 金屬鋅似晶體狀，室溫下，鋅較硬且相當脆。

資料2： 最初的錫紙真的是錫造的，錫紙比鋁箔軟，包裹食物多少會帶點錫味。鋁降價后，逐漸得到廣泛應用，鋁箔可用來燒烤、烘焙。

根據資料1，可進一步排除鋅的可能性。資料2讓學生產生了疑問： 燒烤花蛤的錫紙中的金屬到底是錫還是鋁？激發了學生進一步探究的欲望。

2.3 設計實驗再次探究

根據金屬活動性順序表中鋁和錫的位置，引導學生設計以下探究實驗進一步證明錫紙中的金屬是鋁還是錫。

2.3.1 對比實驗法

藥品： 錫紙條1支、鐵釘1支、20%的鹽酸20mL、 15%的稀鹽酸10mL、蒸餾水

儀器： 試管、砂皮紙、鑷子

實驗準備： 將錫紙條卷成和鐵釘一樣粗細，先在20%的鹽酸中浸泡至產生較多氣泡，以除去錫紙表面可能存在的氧化膜，再取出用蒸餾水清洗，然后浸在蒸餾水中備用。

實驗操作及現象： 將鐵釘用砂皮紙打磨后放入試管，從蒸餾水中取出錫紙條放入另一支試管，向兩支試管中各倒入5mL 15%的稀鹽酸，錫紙與稀鹽酸反應冒氣泡速率比鐵釘與稀鹽酸反應冒氣泡速率快。

依據原理： 鋁的金屬活動性比鐵強，錫的金屬活動性比鐵弱，鋁與稀鹽酸反應冒氣泡速率比鐵釘與稀鹽酸反應冒氣泡速率快。

實驗結論： 錫紙中的金屬是鋁。

設計目的： 向學生滲透“對比”實驗思想，讓學生復習了活潑金屬能與酸溶液反應，且金屬的活動性越強，與酸溶液反應的速率越快。同時讓學生學會運用金屬活動性順序表來解決生活中的實際問題，進一步完善金屬的性質的知識結構網絡（見圖2）。

2.3.2 與鹽溶液反應法

藥品： 錫紙條、飽和硫酸鋅溶液

儀器： 試管、鑷子

實驗操作及現象： 將蒸餾水中的錫紙條取出放入試管，倒入硫酸鋅溶液至浸沒錫紙條，發現無明顯現象。等待3分鐘，仍無明顯現象。

組織討論： 問題1： 通過對比實驗法已知錫紙中的金屬是鋁，鋁的金屬活動性比鋅強，能把鋅從其鹽溶液中置換出來，但為什么錫紙條放入硫酸鋅溶液中無明顯現象？學生猜測： 可能因為反應速率較慢，短時間觀察不到明顯現象。問題2： 如何加快反應速率？學生認為可以提高反應溫度。

實驗操作及現象： 將試管加熱至沸騰，但仍無明顯現象。

再次組織討論： 問題1： 為什么加熱后仍無明顯現象？學生回答： 因為鋁是銀白色金屬，置換出的鋅也是銀白色金屬，區分不明顯。問題2： 有辦法證明鋁和硫酸鋅溶液能反應嗎？學生思考。

設計目的： 通過該實驗設計，既讓學生復習了金屬與鹽溶液反應的條件，又讓學生認識到某些金屬與鹽溶液的反應并沒有明顯現象，從定性的角度無法證明該反應是否發生，為后面的定量研究埋下伏筆。

2.4 定量分析得出結論

2.4.1 依據原理

根據鋁和硫酸鋅溶液反應的化學方程式，對比鋁和鋅的相對原子質量可發現： 每54份質量的鋁參加反應，可以析出195份質量的鋅。所以只要稱量反應前后金屬的質量，若反應后金屬的質量增加，說明錫紙條中的金屬能和硫酸鋅溶液反應，即可確定是金屬鋁。

2.4.2 藥品及儀器

藥品： 錫紙片、飽和硫酸鋅溶液、20%的鹽酸20mL、蒸餾水

儀器： 燒杯、鑷子、電子天平

2.4.3 實驗操作、現象及結論

實驗操作及現象： 將錫紙剪成寬0.6mm、長2cm左右的紙片，共8片，在20%的鹽酸中浸泡至產生較多氣泡，再用蒸餾水清洗，然后烘干放入燒杯中，在電子天平上稱量，錫紙的質量為0.3g。向燒杯中倒入飽和的硫酸鋅溶液至浸沒錫紙片。5分鐘后，取出錫紙片，用蒸餾水清洗，烘干，再次在電子天平上稱量金屬的質量為0.6g。

實驗結論： 金屬鋁能與硫酸鋅溶液反應，且反應后金屬的質量增加。

2.4.4 設計目的

讓學生認識到定量研究對于化學科學發展有重大作用，讓學生養成從定量的角度研究化學的習慣，培養他們嚴謹的科學態度和分析問題、解決問題的能力。

將金屬的性質相關知識結構網絡進一步完善（見圖3）。

3 反思

3.1 真實的生活情境激發學生探究興趣

化學源于生活又服務于生活。生活中處處有化學，人的衣食住行都與化學密不可分，只要留意觀察，便可把生活中豐富的化學現象和問題加工成化學學習情境[3]。本實驗從生活中挖掘素材，選擇“燒烤的錫紙”作為探究對象，不僅能激發學生的探究興趣，還能培養學生用化學方法解決日常生活中的問題的意識。

3.2 學科教室提供場所和資源支撐

本實驗設計和操作由學生在教師帶領下在學科教室內完成，學生的設計準備和課堂教學均以學科教室現場實驗為背景，避免了設計的盲目性[4]。學科教室中的化學資料、電腦資源等可讓學生隨時查閱，進一步豐富了探究的手段，為學生設計實驗打開了思路，充足的化學藥品也為他們動手實驗提供了多種選擇。在學科教室中，可以盡可能多地讓學生經歷科學探究過程，既培養學生的探究能力，又充分體現學科教室的價值。

3.3 實驗內容層層遞進培養理性思維

“探究錫紙中的金屬成分”實驗設計，從初步判斷到進一步排除，從再次探究到得出結論，分別從依據經驗判斷到定性分析再到定量研究，大大拓展了學生的知識廣度和深度，不斷激發學生持續的探究欲望，鍛煉了探究能力，讓學生的理性思維得到充分訓練。

化學復習課的目的是幫助學生在知識重構的過程中進一步鍛煉思維和發展能力。本實驗探究的問題源于生活，設計基于學科教室，通過系列實驗探究，增強了學生的化學探究意識，培養了學生的化學學科素養。

參考文獻：

[1]胡綺妙. 基于“多元導學”的酸堿鹽復習的探索[J]. 化學教學， 2017，（2）： 44～48.

[2]李小靜. 基于學科教室的化學實驗教學研究[J]. 化學教學， 2017，（6）： 39～40.

[3]張曉紅. “魚浮靈”增氧原理的實驗探究[J]. 化學教學， 2017，（11）： 74～76.

[4]王景花. 基于生物學科教室的“探究酶的特性”系列實驗設計[J]. 中學生物學， 2017，（6）： 48～50.