“碳的化學(xué)性質(zhì)”教學(xué)中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

徐春蕓

摘要：在初中化學(xué)教材中“碳的化學(xué)性質(zhì)”這一節(jié)的教學(xué)中，就兩個(gè)實(shí)驗(yàn)做了補(bǔ)充和改進(jìn)，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從而達(dá)到較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：化學(xué)性質(zhì);實(shí)驗(yàn)改進(jìn);化學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2019）03-0086-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.028

“碳的化學(xué)性質(zhì)”是人教版義務(wù)教育教科書化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第六單元課題1“金剛石、石墨和c60”第二課時(shí)的內(nèi)容。本單元是繼第二、四單元學(xué)習(xí)空氣、氧氣和水以后，學(xué)習(xí)的又一個(gè)元素化合物知識(shí)的單元。學(xué)習(xí)碳及其氧化物的性質(zhì)以及它們之間的衍變關(guān)系，為以后學(xué)習(xí)燃料及其利用、金屬和金屬材料、酸和堿等單元的內(nèi)容打下一定基礎(chǔ)，具有承上啟下的地位。本節(jié)課是本單元的開始，為后面進(jìn)一步學(xué)習(xí)碳的氧化物起著鋪墊的作用。除了碳的化學(xué)性質(zhì)等陳述性知識(shí)，背后還承載著認(rèn)識(shí)物質(zhì)的科學(xué)思想和方法的工具性功能和價(jià)值。

通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了氧氣的性質(zhì)，并對(duì)氫氣有所認(rèn)識(shí)，已經(jīng)獲得了不少有關(guān)碳的知識(shí)，知道了碳具有可燃性。但從得失氧的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的氧化性和還原性、從定量的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的觀念有待建立。認(rèn)識(shí)碳的化學(xué)性質(zhì)是本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)，而其中認(rèn)識(shí)碳的還原性和還原反應(yīng)概念的構(gòu)建則是本節(jié)的難點(diǎn)。為了達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，突破重難點(diǎn)，我著重設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

一、實(shí)驗(yàn)一認(rèn)識(shí)碳的可燃性

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)碳的可燃性的同時(shí)，將對(duì)比思想、守恒思想以及實(shí)驗(yàn)方法等滲透在其中，幫助學(xué)生初步構(gòu)建元素觀，認(rèn)識(shí)定量研究對(duì)化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重大作用，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

2.實(shí)驗(yàn)用品

一氧化碳檢測(cè)儀、分別裝有不同氣體（氧氣、二氧化碳、一氧化碳、木炭在氧氣中燃燒后的氣體）樣本的集氣瓶。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

首先回顧舊知識(shí)，由木炭在氧氣中的燃燒，引出碳單質(zhì)的可燃性。

接著提出問題：根據(jù)反應(yīng)物的元素組成，請(qǐng)你推測(cè)，木炭在氧氣中燃燒，還可能生成什么氣體？

因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了第五單元質(zhì)量守恒定律的相關(guān)內(nèi)容，所以很容易猜想到一氧化碳，進(jìn)而想到可以通過實(shí)驗(yàn)證明一氧化碳的生成。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，進(jìn)行有依據(jù)的猜測(cè)，可以幫助學(xué)生強(qiáng)化元素守恒的思想，初步構(gòu)建元素觀。

在講解碳的不充分燃燒時(shí)，教材沒有安排實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺少直觀的認(rèn)識(shí)，所以我在這里補(bǔ)充了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。利用一氧化碳檢測(cè)儀，分別對(duì)氧氣、二氧化碳、一氧化碳及木炭在氧氣中燃燒后的氣體進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)將探頭伸入盛有氧氣和二氧化碳的集氣瓶時(shí)，檢測(cè)儀不報(bào)警;而伸入盛有一氧化碳和木炭在氧氣中燃燒后的集氣瓶時(shí)，檢測(cè)儀報(bào)警。這組實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生知道碳不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生一氧化碳。再通過化學(xué)方程式的書寫，從定量的角度，認(rèn)識(shí)反應(yīng)的本質(zhì)，得出反應(yīng)物的量不同，產(chǎn)物可能不同的結(jié)論。

接下來，進(jìn)一步拓展提升：讓學(xué)生分析木炭在氧氣中燃燒后的集氣瓶中可能的氣體組成。容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤猜想是一氧化碳與氧氣共存的情況，在此處要注意引導(dǎo)學(xué)生分析，得出正確結(jié)論。

最后，師生共同總結(jié)出利用數(shù)軸法，理論上判斷碳與氧氣反應(yīng)后產(chǎn)物的方法：當(dāng)碳與氧氣的質(zhì)量比為3：4時(shí)，恰好反應(yīng)，氣體為CO;當(dāng)碳與氧氣的質(zhì)量比為3：8時(shí)，恰好反應(yīng)，氣體為cO2;當(dāng)碳與氧氣的質(zhì)量比大于3/8小于3/4時(shí)，恰好反應(yīng)，氣體為CO2和CO;當(dāng)碳與氧氣的質(zhì)量比大于3/4時(shí)，碳過量，氣體只有CO;當(dāng)碳與氧氣的質(zhì)量比小于3/8時(shí)，氧氣過量，氣體為cO2和O2。

二、實(shí)驗(yàn)二認(rèn)識(shí)碳的還原性

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

認(rèn)識(shí)碳的還原性的關(guān)鍵就是實(shí)驗(yàn)的成功。在對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)后，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。結(jié)合化學(xué)方程式，再借助直觀的動(dòng)畫，并通過與前面所學(xué)的氧化反應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，讓學(xué)生真切感受到還原反應(yīng)“奪氧”的過程，難點(diǎn)自然迎刃而解。

2.實(shí)驗(yàn)用品

試管、濾紙、氧化銅、酒精燈、鐵架臺(tái)、坩堝鉗、澄清石灰水、一氧化碳檢測(cè)儀、稀硫酸、蒸發(fā)皿。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

在教材中是通過碳與氧化銅的反應(yīng)來說明碳的還原性。碳的還原性和還原反應(yīng)是這節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)，只有基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)，從得失氧的角度加以分析，才能突破教學(xué)難點(diǎn)。因此，實(shí)驗(yàn)的成功，是達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，突破教學(xué)重難點(diǎn)的保證。然而若按傳統(tǒng)方法進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，而且成功率低，往往看不到紅色的銅生成。原因可能是碳和氧化銅的晶體結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定，引發(fā)反應(yīng)的溫度較高;此反應(yīng)為固相間的反應(yīng)，反應(yīng)在表面進(jìn)行等。為了能夠在短時(shí)間內(nèi)顯現(xiàn)出明顯的效果，在研究相關(guān)文獻(xiàn)、并多次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我對(duì)課本原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些改進(jìn)。主要的改進(jìn)點(diǎn)是碳的來源--這里選擇濾紙。濾紙的主要成分是纖維素，在加熱過程中纖維素脫水碳化，生成活性極高的還原性炭。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將1g氧化銅粉末均勻涂滿整張濾紙，卷起后放入試管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到澄清石灰水變渾濁，收集反應(yīng)生成的氣體，并用一氧化碳檢測(cè)儀檢測(cè)，檢測(cè)儀不報(bào)警;反應(yīng)停止后，試管中可以觀察到紅色的物質(zhì)，再經(jīng)過后續(xù)實(shí)驗(yàn)，利用稀硫酸進(jìn)行產(chǎn)物檢驗(yàn)，證明紅色物質(zhì)是銅。由此可知，反應(yīng)的產(chǎn)物是銅和二氧化碳。

也可以把均勻涂滿氧化銅粉末的濾紙直接點(diǎn)燃，移入蒸發(fā)皿。可以觀察到濾紙燃燒時(shí)，火焰黃中帶綠，燃燒過的地方亦呈現(xiàn)瞬間紅熱狀。燃燒結(jié)束后，蒸發(fā)皿內(nèi)幾乎全為紅色灰燼。在實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生書寫化學(xué)方程式，再借助動(dòng)畫來幫助學(xué)生更好地理解還原反應(yīng)，并通過與前面所學(xué)的氧氣氧化性的對(duì)比，加深對(duì)碳的還原性的認(rèn)識(shí)。

4.實(shí)驗(yàn)圖片，見圖4～圖6。

三、結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)一是為了講解碳的可燃性。在學(xué)生已知碳的可燃性，并知道碳與氧氣反應(yīng)可以生成二氧化碳的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步拓展提升，我借助一氧化碳檢測(cè)儀，先從定性的角度對(duì)碳與氧氣反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行再探究。再結(jié)合化學(xué)方程式，從定量的角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了從定性到定量的飛躍。同時(shí)幫助學(xué)生初步樹立條件不同，產(chǎn)物可能不同的思想。

實(shí)驗(yàn)二是認(rèn)識(shí)碳的還原性，這是本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)。我從三個(gè)方面來突破這個(gè)難點(diǎn)。首先對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后，保證了實(shí)驗(yàn)的成功率，可以在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出明顯的現(xiàn)象;在實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，結(jié)合化學(xué)方程式，借助反應(yīng)的微觀動(dòng)畫，同時(shí)與前面所學(xué)的氧化反應(yīng)和氧化性進(jìn)行對(duì)比，使學(xué)生從直觀形象的角度認(rèn)識(shí)碳的還原性。