草酸酸性實驗探究

劉瑤瑤

一、教學設計背景與理念

化學學科核心素養五個維度中包含了“科學探究與創新意識”“科學精神與社會責任”兩個方面，需要學生認識科學探究是進行解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動;能發現和提出有探究價值的問題;能從問題和假設出發，確定探究目的，設計探究方案，進行實驗研究;在探究中學會合作，面對“異常”現象敢于提出自己的見解;具有嚴謹求實的科學態度，具有探索未知、崇尚真理的意識等。而這兩個維度的學生核心素養的培養主要是依托于課堂教學中的科學探究環節。

草酸又名乙二酸，化學性質活潑，草酸呈現酸性的原因是分子中含有官能團羧基（-COOH），是典型的有機二元弱酸，考查時可以將有機化學和無機化學有效結合;將弱電解質的電離平衡、鹽類的水解平衡、酸堿中和滴定、氧化還原滴定等化學反應原理知識有機融合，考查學生的綜合能力和素質。而學生對于化學反應原理中的抽象理論的理解往往不夠透徹，難點難以突破，涉及到圖像圖表、實驗方案設計時尤其難以下手。本教學設計以草酸的酸性實驗探究為主題，通過任務驅動方式，以問題為導向，讓學生經歷實驗方案的設計和討論、實驗驗證、得出實驗結論的科學探究過程，利用數字化實驗和傳統實驗相結合的手段進行實驗驗證，對實驗結果和曲線進行分析和數據處理，突破難點。

二、教學目標

知識與技能：設計實驗方案，驗證草酸的酸性、弱酸性和草酸是二元酸;復習與草酸相關的弱電解質電離和鹽類水解部分知識，學會分析滴定曲線。

過程與方法：通過對實驗方案的設計討論、實驗驗證過程使學生掌握科學的思維方法;通過對滴定曲線的分析，提高學生的數據處理和圖像分析能力。

情感、態度與價值觀：通過對草酸酸性實驗的探究，培養學生的科學探究精神和科學探究意識。

三、教學重難點

重點：草酸的弱電解質的證明和二元酸的證明。

難點：草酸的二元酸的證明和滴定曲線分析。

四、教學方法、手段

數字化實驗和傳統實驗相結合、多媒體互動教學。

五、教學過程

【課前預習階段 】

1.查閱資料了解草酸。

2.學生設計實驗方案驗證草酸酸性。

學生可能設計的實驗方案：草酸與指示劑作用;草酸與氫氧化鈉反應;草酸與碳酸鈉或碳酸氫鈉反應放出二氧化碳;一定濃度的草酸水溶液的pH的測定;草酸與活潑金屬反應放出氫氣。

設計意圖：課前學生通過查閱資料，初步了解草酸的結構和基本化學性質，為課上的草酸酸性實驗探究奠定基礎。

【課上實驗探究】

引入新課：草酸可以除去瓷磚上頑固的污垢，這與草酸的什么性質有關？為什么草酸具有酸性？草酸是強酸還是弱酸？草酸是幾元酸？

設計意圖：創設實驗探究情境，使學生明確學習任務。

任務1：草酸的酸性驗證實驗

1.課前學生實驗方案的討論：包括合理性，是否易操作。

2.實驗方案的選定和學生分組實驗，記錄實驗現象、得出實驗結論。

A.草酸溶液中滴加甲基橙：甲基橙變紅。

B.草酸與與滴有酚酞的氫氧化鈉溶液反應：草酸能與氫氧化鈉反應。

C.室溫下，利用pH計測定0.1mol/L草酸水溶液pH：pH=1.3。

D.草酸與碳酸氫鈉固體反應：產生無色無味使澄清石灰水變渾濁的氣體CO2 。

3.利用CO2傳感器測定草酸與碳酸氫鈉固體反應產生的CO2 。

高考鏈接1：2015全國高考26（3）：設計實驗證明：①草酸的酸性比碳酸的強____________________。

答案：向碳酸氫鈉固體中加入草酸溶液，觀察是否有無色無味使澄清石灰水變渾濁的氣體產生，若有，證明草酸酸性強于碳酸。

設計意圖：學生通過對實驗方案的討論，了解實驗方案設計的合理性和易實現易操作的原則;通過手持技術和傳統實驗相結合共同感受用草酸制備碳酸的過程，為任務2中利用強酸制備弱酸的原理證明草酸的弱酸性埋下伏筆。

任務2：草酸弱酸性的證明

問題1：任務1實驗中哪一個實驗可以說明草酸是弱酸？請說明你的理由。

學生討論回答：室溫下，pH計測定0.1mol/L草酸水溶液pH=1.3，原因是：若草酸是一元強酸：pH=1;若草酸是二元強酸：pH= -lgc（H+）= - lg0.2=0.7，證明草酸是不完全電離的。

問題2：你還可以設計哪些實驗方案來證明草酸是弱酸或者弱電解質？

1.學生可能設計的實驗方案：

A.測定草酸鈉溶液的pH —— 證明草酸根的水解，從而證明草酸是弱酸;

B.等濃度等體積的硫酸和草酸測定導電能力—— 證明草酸的不完全電離;

C.等濃度等體積的硫酸和草酸與活潑金屬反應，起始反應速率對比——證明草酸的不完全電離;

D.等pH、等體積的硫酸和草酸與活潑金屬反應平均反應速率的對比——證明草酸電離平衡的移動;

E.等體積的草酸和水加熱過程中pH的變化——證明草酸電離平衡的存在。

2.選定可行實驗方案：E 方案裝置如圖1

實驗結果如下：0.1mol/L草酸溶液（橫坐標：溫度，縱坐標：pH）

3.小結證明草酸是弱酸的方法：強酸制備弱酸;證明草酸的不完全電離;證明草酸的電離平衡的移動;證明草酸鹽的水解。

實驗方案設計的原則：控制變量;對照性;合理性;易實現。

設計意圖：以問題為導向進行草酸是弱酸的證明，學生再次設計和討論實驗方案，了解實驗方案設計的單變量和對照性原則，利用溫度和pH傳感器相結合測定溫度對草酸電離平衡的影響，體驗科學探究過程，了解科學研究方法。

任務3：草酸為二元酸的確定

問題1：室溫下，測定0.1mol/L草酸水溶液的pH=1.3是否可以說明草酸是二元酸？為什么？

學生討論回答：若草酸是一元強酸? c（H+）=0.1mol/L，而實際pH=1.3，只能證明其c（H+）<0.1mol/L。

問題2：2015全國高考26：設計實驗證明：草酸為二元酸____________。請同學們討論后，設計出合理的實驗方案。

1.學生可能設計的實驗方案：

A.利用等濃度的標準氫氧化鈉溶液滴定等濃度的草酸溶液

2n（NaOH）=n（H2C2O4）。

B.對比等濃度等體積的鹽酸和草酸與Zn（或者碳酸氫鈉）反應產生的H2（或者CO2）的量。

2.選定的實驗方案：A ，實驗裝置如圖4 。

3.滴定實驗：邊滴定邊進行曲線分析，實驗結果如下：

滴定曲線分析：

（4）25.00mL 0.1 mol/L的草酸溶液滴定至終點時消耗0.1 mol/L氫氧化鈉溶液體積為50.00mL。

結論：草酸為二元酸，且該滴定過程可用酚酞做指示劑。

4.小結：證明草酸是二元酸的方法：滴定或與一元強酸進行對比;曲線或圖像分析要點：橫縱坐標、起點、終點、中間點等。

高考鏈接2：2016江蘇高考14改編：H2C2O4為二元弱酸，20℃時，配制一組c（H2C2O4）+c（HC2O4-）+ c（C2O42-）= 0.100 mol·L-1的H2C2O4和NaOH混合溶液，溶液中部分微粒的物質的量濃度隨PH的變化曲線如下圖所示。下列指定溶液中微粒的物質的量濃度關系一定正確的是（ BD ）

A. PH=2.5的溶液中：c（H2C2O4）+ c（C2O42-）> c（HC2O4-）

B. c（Na+）=0.100 mol·L-1的溶液中：

c（H+）+c（H2C2O4）=c（OH-）+ c（C2O42-）

C. 此溫度下，H2C2O4的Ka2=4.2

D. PH=7的溶液中：c（Na+）>2 c（C2O42-）

設計意圖：通過設計實驗方案證明草酸是二元酸，學生再次熟練實驗方案設計的一般原則，同時通過用標準氫氧化鈉溶液滴定等濃度草酸的數字化實驗繪制滴定曲線，學生進行曲線分析，培養學生科學的思想方法的同時，提高了學生的圖像和曲線分析能力，實驗數據處理能力，有助于學生化學學科核心素養的提高。

【簡評】

草酸兼具有機物和無機物的性質，考查方式多樣。三位教師圍繞草酸這一主題，從不同角度展現了不同的草酸。三位教師均采取了以學生為主體的不同程度的混合式教學，并利用手持技術實驗，將抽象的化學原理和概念轉換成直觀的、可視化的圖像，利于學生掌握科學的探究方法和思維方法。對三位教師的課例進行研究，有助于教師之間相互借鑒、取長補短。

郎老師的課借用菠菜豆腐這一矛盾體引入，以高考題目為載體，引導學生將草酸重要理化性質應用于生活實際，涵蓋了草酸所有化學性質，使學生對草酸有了完整的認識。本節課的亮點在于借助手持技術對草酸二元酸的性質展開深入的實驗探究，給學生以曲線形式的視覺感受，帶領學生在生活、教材和題目中尋覓知識的生長點，脈絡清晰。

劉老師的課亮點之一是“實驗方案的討論”環節，使學生了解控制變量和設置對照實驗的思想;二是在“二元酸的證明”環節中，利用手持技術進行草酸與氫氧化鈉溶液的滴定實驗，對曲線進行分析，計算草酸的Ka1、Ka2，草酸根的Kh1、Kh2，并利用常數進行溶液酸堿性的判斷，使學生學會了一些科學的思維方法，提高了對數據處理、圖像分析等方面的能力。

在孔老師的課上，學生分組設計實驗方案并討論，出現了許多生成性問題，有助于學生體會并應用控制變量法。利用手持技術測量溶液的透光率與時間的曲線，引導學生討論曲線異常原因，從根源分析反應的特點，探求知識的真相，培養學生的核心素養。

三節課從不同角度詮釋了草酸的性質。郎老師的課更注重學生對草酸這一物質認識的完整性、系統性;劉老師和孔老師選擇從草酸的某一方面的性質出發，進行較為深入的實驗探究。前者屬于性質教學課，重視學生參與和學生對知識的運用和整合;后者則為實驗探究課，重點培養學生的實驗探究能力以及科學方法的運用能力。然而后兩節課的側重點亦有所不同，一個是以酸性研究為主線逐層逐級，階梯式的研究草酸的酸性，由淺入深，課程設置有梯度、有高度，讓學生體驗科學探究過程;另一個則利用了思維導圖導課，讓學生課前自主研究，課上自主探究、討論，更多地調動了學生的主觀能動性。

對三位教師提出兩點教學建議：在課堂上的學生討論環節中，教師應充分參與討論，及時掌握學生討論情況;可適當精簡課堂內容，縮減寬度，拓展深度。