基于DIY教學模式探究廚房中的化學

張燕 魏夢雪 韓嘉千 李學強

摘 ?要 把DIY教學模式與化學教學相結合，依據Na2CO3和NaHCO3與不同條件下的酸反應原理，讓學生運用廚房中的純堿和小蘇打并選取實驗裝置進行實驗探索，進而達到培養學生化學核心素養的目的。

關鍵詞 DIY教學模式;高中化學;核心素養;家庭小實驗

中圖分類號：G633.8 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）11-0116-03

1 前言

DIY是“Do It Yourself”的英文縮寫，意為自己動手操作。將DIY教學模式應用到化學知識講授中，有利于幫助教師在教學中落實“教師為主導，學生為主體”的教育思想。《普通高中化學課程標準（2017年版）》在化學學科核心素養“科學態度與社會責任”的水平3中提到：“能依據實際條件并運用所學的化學知識和方法解決生產、生活中簡單的化學問題。”[1]DIY教學模式能夠幫助學生進一步提高化學科學素養，增強自主學習能力，敢于親自動手操作，運用自己選取的物品進行實驗探究，多方面理解化學與技術、社會、環境之間的聯系。基于此，筆者將DIY教學模式引入化學科學探究中，利用廚房里可以使用的原材料進行實驗探究，完成因為時間等因素無法在課堂上進行的實驗操作。

2 問題的提出

教師在化學教學中應全面提升學生的科學素養，不要停留在理論層面或是為了提高考試分數，只給學生簡單描述一些教材提及的實驗現象。教師應積極利用日常生活中的物品完成教學目標，達到課程標準提出的要求;學生需要在豐富多彩的現實生活世界里通過視覺和觸覺的接觸，理解教材中的難點和重點知識。

人教版高中化學必修2第三章“金屬及其化合物”第二節“幾種重要的金屬化合物”中的“科學探究—碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質”[2]引起筆者的興趣。碳酸鈉（Na2CO3，俗稱純堿或蘇打）和碳酸氫鈉（NaHCO3，俗稱小蘇打或焙堿）是廚房中常見的物品，教師可采用DIY教學模式，幫助學生創設問題，讓學生在廚房中親自探究它們的性質，完成相關探究實驗。

運用DIY教學模式，學生自主查閱在不同條件下酸與堿的反應，利用圖1所示模型提出以下問題進行實驗探究。

1）若量取同濃度、同體積（1 mol/L 50 ml）的鹽酸和醋酸滴入等物質的量的Na2CO3和NaHCO3固體中，觀察誰的反應速度快？誰放出的氣體多？

2）若量取同pH值、同體積（pH=3，50 ml）的鹽酸和醋酸滴入等物質的量的Na2CO3和NaHCO3固體中，觀察誰的反應速度快？誰放出的氣體多？

根據問題對化學實驗用品進行生活化的DIY設計，即可用生活中常見的物品在科學可行的情況下制成實驗所需的簡便儀器及裝置。

3 實驗原理

關于探究Na2CO3和NaHCO3與酸反應的實驗中，大多數學生只會選擇稀鹽酸進行操作，在有機相里，常用帶NaHCO3固體的NaHCO3飽和溶液洗去其酸性，因NaHCO3本身溶解度不大，堿性又不強，它能隨著被中和消耗，不斷地溶解、解離來補充堿性[3]。根據此原理，筆者選用同濃度、同體積和同pH值、同體積的鹽酸、醋酸分別與等物質的量的Na2CO3和NaHCO3進行反應，觀察在反應體系中生成二氧化碳速度的變化及量的多少，說明Na2CO3與NaHCO3與不同條件下的酸反應的區別。

4 實驗內容

基于學生對DIY的理解，選用簡單裝置進行實驗操作，在學業要求的基礎上，促使學生手腦并用完成藥品用量少、實驗現象較明顯的家庭小實驗。

實驗用品 ?食用純堿、食用小蘇打、白醋、鹽酸、澄清石灰水、礦泉水瓶、可彎曲吸管、輸液袋、藥匙、天平、注射器、計時器、螺絲刀、pH試紙。

實驗步驟

1）根據廚房中已有白醋的濃度和pH值，配制相同濃度和pH值的鹽酸溶液。準備圖2所示實驗裝置，在礦泉水瓶蓋上用螺絲刀打兩個大小合適的孔，一個孔插入輸液袋，另外一個孔插入吸管，吸管尾端連接一剪好的礦泉水瓶或小藥瓶并倒入澄清的石灰水，將吸管伸入澄清石灰水中，同時檢查裝置的氣密性。

2）稱取兩份等物質的量（0.025 mol）的純堿（或者小蘇打）固體，將固體分別裝入兩個大小相同的礦泉水瓶中。

3）關閉輸液袋的閥門，分別量取同濃度、同體積（1 mol/L 50 ml）的白醋和鹽酸移至輸液袋中，連接好輸液袋。

4）組裝好實驗裝置，準備好計時器，用夾子夾住吸管的出口，同時打開白醋和鹽酸的閥門，并按下計時器，待反應開始打開夾子，觀察實驗現象。

5）在實驗過程中每3 s記錄一次純堿（或者小蘇打）與白醋、鹽酸反應時出現氣泡的狀況，判斷生成氣體的速度。

重新組裝實驗裝置，配制pH=3的白醋和鹽酸溶液并分別量取50 ml，觀察（0.025 mol）純堿（或者小蘇打）與此狀態下的白醋、鹽酸反應，重復實驗步驟2）～5）并記錄實驗現象。

5 現象表述

同濃度、同體積的白醋、鹽酸與純堿（或者小蘇打）反應 ?在實驗過程中，量取濃度為1 mol/L的白醋和鹽酸各

50 ml，先打開輸液袋的閥門，礦泉水瓶中等物質的量的純堿（或者小蘇打）與鹽酸迅速反應，瓶內氣泡數量逐漸增多;3 s后去掉吸管處的夾子，澄清的石灰水變渾濁，直至反應裝置中的液體不再產生氣泡，停止實驗。實驗記錄見表1、表2。

分析表1可以得出，在同濃度、同體積的條件下純堿與鹽酸反應從實驗開始時速度較白醋更快一些，產生的二氧化碳氣泡更多。通過對強電解質的學習可知，鹽酸為強電解質，完全電離為H+和Cl-，純堿中是CO32-與H+反應先生成HCO3-，進一步反應生成CO2和H2O;醋酸為弱電解質，在電離中部分電離，產生H+、CH3COO-和未電離的CH3COOH。純堿與同濃度的溶液反應，鹽酸中H+濃度含量比白醋中的高，因此，純堿與鹽酸反應生成二氧化碳的速度更快。

與表1中的實驗現象比較，表2中在同濃度、同體積的條件下，鹽酸與小蘇打反應現象更明顯。這是因為鹽酸中的H+可直接與小蘇打中的HCO3-反應，省去與CO32-的反應，所以開始反應的時間更短，產生的氣體更多。

同pH值、同體積的白醋、鹽酸與純堿（或者小蘇打）反應 ?實驗進行時，打開輸液袋的閥門，礦泉水瓶內等物質的量的純堿（或者小蘇打）與同pH值的白醋、鹽酸反應，繼續勻速滴加，觀察在不同時間段出現氣泡的情況，實驗記錄見表3、表4。

從表3和表4的實驗結論可以看出，白醋較鹽酸有更多的氣體產生;對比觀察實驗現象，等物質的量的小蘇打較純堿先產生氣體且放出的氣體量較多。分析可知，在同pH值、同體積狀態下，H+濃度相同，醋酸部分電離，不斷地將體系中H+補充到反應中，致使有更多H+可以與HCO-反應;鹽酸中H+是一步電離得到，此反應體系要不斷地消耗H+，鹽酸中的H+不能從自身補充促進反應，因此產生的氣體較少。

觀察實驗現象，根據產生CO2的時間及酸的剩余量可知，相同物質的量的Na2CO3和NaHCO3與不同條件下的酸反應，現象近似相同，所需時長存在差異。由此可得出，在同濃度、同體積條件下，反應速率鹽酸大于醋酸，生成氣體體積兩者近似相等;在同pH值條件下，反應速率基本相同，產生的氣體體積醋酸大于鹽酸。

6 注意事項

實驗中選用的裝置、藥品均取自生活，學生對于生活中常見的物品和經常接觸的物品用法較為熟悉，這些物品都可能成為開展化學實驗的素材，如若選用它們來驗證化學實驗，探究相關化學規律，可拉近化學實驗和實際生活的距離[4]。在用DIY模式進行Na2CO3和NaHCO3與酸反應實驗的過程中需要注意以下幾點問題。

1）此實驗裝置需學生自己動手制作，裝置的氣密性存在瑕疵，小孔處應用包裝海綿紙進行處理，確保氣密性良好。

2）本實驗是用不同條件的酸滴加到等物質的量的純堿和小蘇打中觀察實驗現象，也可用等物質的量的純堿、小蘇打的水溶液去與酸反應，學生分組進行，觀察不同條件的反應現象。

3）實驗完成后，教師應該引導學生將反應剩余的藥品統一處理，不要隨便丟棄，幫助學生養成良好的環保意識，減少對土壤、水資源的污染。

7 結語

在DIY教學模式下進行實驗探究，符合課程標準要求，為化學教學注入新的活力。DIY教學模式幫助學生用生活中的物品去驗證化學學習過程中遇到的實際問題，學生通過對科學探究內容的學習，自己動手做實驗驗證Na2CO3和NaHCO3的物理性質和化學性質，學到了變廢為寶，掌握了實驗的基本操作和注意事項。DIY教學模式培養了學生動手實踐的能力，激發了學生學習化學的內在動機，讓學生學會用化學的眼睛看待生活，用化學知識指導生活，提升了化學核心素養，增強了創新意識。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：92.

[2]宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書 化學1 必修[M].北京：人民教育出版社，2007：56.

[3]周祖新.無機化學[M].北京：化學工業出版社，2013：283.

[4]楊光.學會用身邊的材料做化學實驗[J].化學教與學，2011（8）：85-86.