在實驗中尋證據，在證據中探性質

劉建廷 班德利 曹蘭林

摘要：以人教版必修1中《硫酸》為例，對濃硫酸的三大特性進行了實驗探究，并對實驗進行了創新和改進，讓學生在實驗中發現硫酸性質的證據，并能對硫酸的性質進行合理推論，達到提升學生的思考、學習能力的課堂效果。

關鍵詞：硫酸;實錄;氧化性;吸水性;脫水性;實驗

文章編號：1008-0546（2020）11-0088-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.022

人教版化學必修1中硫酸的內容是第四章非金屬及其化合物第四節氨、硝酸、硫酸中的重要內容，學生在初中已經學習了稀硫酸的性質，對于濃硫酸的性質也有一定的了解，不少學生對濃硫酸的三大特性也有所認識。并在初中階段已經觀察或做過濃硫酸使紙張脫水炭化和濃硫酸做干燥劑的實驗，而高中教材中硫酸的性質簡單明了，對應實驗是驗證脫水性和氧化性的實驗。基于本節課的特點，筆者從實驗入手，嘗試建立學生學習元素化合物證據推理的思維模式。

一、教學實錄

[引入]

觀看視頻：棉花種子脫絨包衣技術（圖1）

師：視頻中棉花種子脫絨處理利用了濃硫酸的什么性質？

生：脫水性？也有學生表示懷疑。

師：是不是脫水性呢？我們來研究一下濃硫酸的性質，然后答案一會就會揭曉了（引入課題硫酸的性質）。同時展示一瓶濃硫酸，拿出一張濾紙和一只毛筆。

師：下面請一名書法家同學來用濃硫酸在紙上寫一個字。

生：（氣氛熱烈）相互推薦，推薦出J同學。（J同學上來書寫了一個“化”字，如圖2所示）

師：同學們發現了什么？濃硫酸寫出的“化”字發生脫水炭化，濃硫酸的脫水性是指將有機物中的氫氧元素按照水的組成脫下來。

生：有學生說，老師，棉花種子脫絨處理就是利用了濃硫酸的脫水性，得到學生一致回應。

師：對，棉花種子脫絨就是利用了濃硫酸的脫水性，將包裹在棉籽表面的短絨脫水炭化，還有一些表皮堅硬厚實的種子也常用這一方法處理，如牡丹花、皂角等的種子。濃硫酸的腐蝕性這么強，如果我們做實驗時，皮膚不慎沾上了濃硫酸怎么辦？

生：討論得出，如皮膚不慎沾上時，應立即用大量水沖洗（勿用手磨擦），然后在患處涂上3%-5%的小蘇打。

師：濃硫酸還具有吸水性，同學們知道這一性質對應的用途嗎？

生：干燥，除去氣體中混合的水蒸氣。

師：對，濃硫酸常被用作氣體的干燥劑，如何能觀察到濃硫酸吸水的現象呢？

生：（疑惑、熱烈討論）干燥二氧化碳、二氧化硫。

師：（追問）現象呢？

生：可以用干燥氯氣的實驗，干燥的氯氣不能使干燥的紅紙條褪色，而使濕潤的紅紙條褪色。

師：這是一個間接觀察的現象，利用紅紙條的干濕情況進行氯氣是否含水的判斷。下面我設計了一個可以直接觀察的實驗。

介紹實驗裝置：倒置燒瓶內是氨氣，另一燒瓶中是5mL濃硫酸，針筒中是10mL濃鹽酸。請同學x上來把濃鹽酸推入燒瓶中，請同學們認真觀察并思考。

生：（不少同學都站了起來，相當期待）現象：倒置燒瓶內產生大量白煙，乳膠管變扁（如圖3）。

師：為什么產生白煙？

生：氯化氫和氨氣生成氯化銨固體（NH3+HCI=NH4C1），壓強減小，乳膠管變扁;氯化氫的產生除了濃鹽酸有揮發性之外，也可能是由于濃硫酸吸收了濃鹽酸中的水。

師：吸水性和脫水性有什么本質的區別？

生：討論得出，吸水是吸收的游離態的水，而脫水是將有機物中的氫氧元素按照水的組成脫下來。

師：總結得很好，但注意化合物結晶水中的水也屬于游離態的水。

師：我們研究了濃硫酸的脫水性和吸水性，接下來我們再來看一下課本“黑面包”實驗，對此實驗，我也做了一些改造：大試管內放2k.5g蔗糖，加約lmL水，振蕩糊化;再向其中加入3～4mL濃硫酸，迅速套上氣球后振蕩，并請同學們觸摸試管，觀察現象（圖4）。

生：蔗糖變黑，黑色物質膨脹并沿試管向上延伸，干癟的氣球迅速鼓起來，觸摸試管，試管壁變熱。

師：給出蔗糖分子式（c12H22O11），蔗糖為何變黑？黑色物質為何能夠膨脹？氣球為何能夠鼓起來？

生：黑色物質是炭，由蔗糖脫水炭化而來;黑色物質膨脹以及氣球鼓起來，是因為產生了氣體。

師：那么氣體的成份是什么呢？我們應該如何分析？

師：對比兩位同學的方程式，發現其中一個有加熱符號，另外一個同學沒有，哪一個是正確的呢？為什么？

生：（觸摸試管的同學發言）剛才試管很燙，說明有大量熱放出，我認為濃硫酸吸水放熱，產生的熱量使炭和濃硫酸發生反應，所以應該有加熱符號。

師：蔗糖和濃硫酸反應中，濃硫酸扮演了三個角色，首先是吸水性（一開始加入的1mL水），放熱，然后脫水炭化，繼續吸收脫出的水分，并放出大量的熱，產生的熱量累積，溫度升高，炭和濃硫酸發生反應，產生大量氣體，炭空隙增大膨脹。本實驗體現了濃硫酸的三大特性：吸水性、脫水性和氧化性。

師：濃硫酸具有氧化性，可以和絕大多數非金屬在加熱條件下發生反應，如炭、硫、磷等;那么濃硫酸是否可以和金屬銅發生反應呢？下面我們繼續進行實驗（圖6），請同學們仔細觀察現象并思考。

生：（通過實驗觀察）不加熱條件下，濃硫酸和銅絲不反應，加熱條件下銅絲和濃硫酸發生反應，溶液變成黑色，有灰白色固體生成，生成的氣體推動針筒活塞向外移動，抽動銅絲，使反應停止。將針筒中的氣體注入盛有品紅溶液的試管中，觀察到品紅褪色。

師：我們將褪色后的品紅在戴著針筒的條件下加熱、冷卻觀察到復色再褪色;我們再把試管中含有灰白色固體物質的黑色溶液，緩緩倒入盛有少量水的小燒杯中，又觀察到什么現象？

生：小燒杯中溶液變藍。

生：相同是濃硫酸均做氧化劑，硫元素化合價都由+6降低為+4價。不同之處是和炭反應濃硫酸只做氧化劑，而和銅的反應，濃硫酸部分被氧化，既做氧化劑，又起到了酸陛的作用。

師：由以上討論我們可以得出濃硫酸的強氧化性，可以和絕大多數金屬（除去Au、Pt）發生氧化還原反應，金屬一般被氧化為高價態，硫元素被還原為+4價的SO2。

師：最后同學們再把濃硫酸的性質做一個小結。

生：（討論交流）①濃硫酸的物理性質;②濃硫酸三大特性：吸水性、脫水性、氧化性;③氧化性：濃硫酸和非金屬、金屬反應的實質是+6價的硫元素起到了氧化性的作用。

師：（補充小結）濃度不同、性質不同的原因是硫酸存在的粒子不同，稀硫酸的粒子是H⁺和SO4^2-;濃硫酸中主要是H2SO4分子，即結構決定性質。這個是事物變化的內因，是主因;而加熱等條件是外因，是促進作用，比如即使加熱Au、Pt也不會和濃硫酸發生反應，而濃硫酸可以和鋁鐵發生鈍化，在其表面生成致密氧化膜而阻礙進一步反應，所以濃硫酸可以用鐵罐車來運輸、貯存。

二、反思

1.設計意圖

化學科學發展的歷史，幾乎就是一部化學實驗發展的歷史，化學實驗是化學科學賴以產生和發展的基礎，在中學化學教學中化學實驗占據著重要的地位，認識化學實驗是研究和學習物質及其變化的基本方法，是科學探究的一種重要途徑，同時化學實驗也是為化學教學目的服務的。

本節課對濃硫酸的三大特性都進行了實驗，進行證據的尋找。脫水性實驗學生書寫“化”字的參與，激發了學生學習的熱情;吸水性的實驗多見吸收硫酸銅晶體中的結晶水——藍色變白，或者蘋果失水萎縮等實驗。實驗現象不夠明顯，且針對性也不夠好。本實驗采用濃硫酸吸水制取氯化氫的方案，并且用氨氣吸收產生的氯化氫生成白煙的現象，該實驗現象明顯，針對性強，學生能夠強烈地感受到濃硫酸的強吸水性。“黑面包”改進實驗中缺失了聞到刺激的二氧化硫味道，環保的同時增加了思考的深度，學生依據原子守恒的微粒觀和氧化還原反應原理對產物CO的判斷超出了課前的預設，對產物判定的檢驗實驗設計體現了學生活學活用的能力。銅絲和濃硫酸反應針筒收集驗證SO2操作簡潔，褪色后的品紅在帶著針筒的條件下還可以加熱、冷卻的復色再褪色的演示。

2.學生問題的延伸

課堂上和課下有一些同學提出了一些問題，這些問題我把它看做是學習與教學的延續。①濃硫酸的吸水是什么原理？②濃硫酸中+6價的硫和硫酸根離子中+6價的硫氧化性差距為什么這么大？③銅絲和濃硫酸反應溶液為什么會變黑？④課本中硫酸的用途有：制造化肥、醫藥、炸藥、農藥，其中硫酸體現了什么性質？很顯然，這些問題有些已經超出了高中課本知識內容的范疇，解決途徑不能是說以后再來，我采取為同學提供查閱資料的方法來解決，請同學通過網絡，查閱百科、知網以及書籍等手段。查到的同學進行整理，甚至可以由興趣小組形成實驗方案進行實驗探究，最后形成化學小資料的形式進行展示，激發了學生主動探索的興趣，達到了學習與思考的進一步延伸。