滲透微型實驗探究助力高中化學教學

2022-07-05 10:26:54呂春華廣西南寧市邕寧高級中學

教育 2022年25期

呂春華廣西南寧市邕寧高級中學

實驗探究能激發學習者的興趣，增強其對所學知識的理解。為獲得良好的實驗探究效果，應注重對實驗內容進行適當創新，通過微型實驗的滲透，在鞏固所學的同時，更好地鍛煉學習者分析問題能力以及探究能力。教學實踐中應做好對實驗原理的認真分析，在對教學經驗認真總結的基礎上，通過實驗器材的合理選取組裝，創設情境新穎的微型實驗，更好地吸引學習者的注意，真正地達到激活高中化學課堂，順利完成教學目標的目的。

一、滲透Cl2相關的微型實驗

Cl2是高中化學中的重要物質，其中Cl2的性質是學習者必須掌握的內容。Cl2能夠與金屬單質、非金屬單質、水、堿等發生反應。另外，氯氣具有較強的氧化性，可氧化很多物質。實踐中為使學習者更好地理解與掌握Cl2與其他物質氧化性的強弱關系，應注重相關微型實驗的滲透，課堂上通過展示微型實驗，引導學習者認真分析實驗現象，探究實驗結論。

例如，課堂上可按照如圖1所示裝置組裝實驗器材，開展微型實驗以制取Cl2，并探究Cl2性質。已知Cl2氧化性強于HIO3，要求學習者認真觀察實驗操作，分析實驗現象，開展探究活動。

圖1

（1）加入濃鹽酸的儀器還可使用______代替。

（2）加入濃鹽酸后試管中發生的化學反應方程式為______。

（3）將濃鹽酸緩慢加入試管中，將b關閉，將c、d、e打開，使產生的Cl2緩慢充入上方Y型管，看到的實驗現象是_____；關閉c打開b，使Cl2緩慢進入右側Y型管中，實驗現象是_____。

（4）實驗中若通入的氯氣較多，淀粉-KI試紙逐漸變為無色，原因可能為_______。

（5）該裝置_____（填寫“能”或“不能”）證明氧化性Cl2＞Br2＞I2，原因為____，為防止污染空氣，實驗結束時的操作為_______。

制取Cl2依據的化學原理為2KMnO4+16HCl（濃）2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O，用分液漏斗向試管中加入濃鹽酸，當生成Cl2時，打開c、d、e，關閉b，因Cl2具有漂白作用，可使潮濕的紅布條褪色。同時，Cl2具有較強氧化性，可發生反應Cl2+Na2S2NaCl+S↓，2Cl2+FeCl22FeCl3，因此，含有硫化鈉溶液的棉花中出現黃色固體，而浸有FeCl2和KSCN溶液的棉花變紅。當關閉c打開b時，因發生反應Cl2+2NaBr2NaCl+Br2，使得濾紙呈現紅棕色，Cl2與水生成HCl和HClO，使得藍色石蕊試紙先變紅后褪色。Cl2+2KI2KCl+I2，I2遇到淀粉呈現藍色。當進入Y型管中的Cl2變多，Cl2繼續和I2發生反應生成HIO3，試紙逐漸變成無色。由實驗現象可知，該微型實驗可得出Cl2的氧化性較溴、碘強，但無法證明溴的氧化性強于碘。實驗結束后，為防止多余的Cl2污染空氣，應將關閉b，打開a、c，擠壓氣球，讓NaOH溶液吸收Cl2。

該微型實驗既制取了Cl2又檢驗了Cl2的性質，而且兼顧尾氣處理，一舉多得。因該微型實驗情境新穎，很好地激發了學習者的探究欲望，達到了預期的課堂教學效果。

二、滲透濃硫酸相關的微型實驗

濃硫酸具有吸水性、脫水性、強氧化性等性質，是硫元素非常重要的化合物。因該部分內容較多，為使學習者更好地掌握濃硫酸的性質，并能根據相關的化學反應現象正確判斷濃硫酸對應的化學性質，教學實踐中注重為學生展示相關的微型實驗，激發學習者思考探究，更加牢固地掌握所學知識。

例如，課堂上采用圖2微型實驗裝置探究濃硫酸和蔗糖的碳化產物，并要求學習者思考相關問題，其中a、b都是氣球，已知CO氣體通入氯化鈀溶液，溶液變為黑色。

圖2

實驗步驟：其一，檢驗裝置氣密性；其二，將滴有酸性高錳酸鉀溶液的濾紙、滴有品紅溶液的濾紙、浸有氯化鈀溶液的濾紙和浸有溴水的濾紙分別放入到①②③④處；其三，夾好止水夾K，向蔗糖上滴加3～4滴蒸餾水，加入濃硫酸發生反應，其中③中的濾紙變成了黑色；其四，將K打開，使氣體緩慢進入B和C中，一段時間后④處濾紙顏色無變化，C中澄清石灰水變渾濁。

（1）盛濃硫酸的儀器名稱為_____，實驗體現了濃硫酸的哪些性質：______。

（2）實驗中向蔗糖上滴水的目的是______。

（3）若反應產物中兩種碳的氧化物相同條件下具有相同的體積，則蔗糖碳化后發生的反應方程式為______。

（4）步驟四操作的目的是_____。

（5）若用滴加酸性高錳酸鉀溶液的試紙替代B，且置于雙通玻璃管后，分析其給實驗帶來的影響：_____。

觀察微型實驗裝置可知，盛濃硫酸的儀器為分液漏斗，實驗中濃硫酸和蔗糖發生反應，并且生成CO，體現了濃硫酸的吸水性、脫水性以及強氧化性。向蔗糖上滴水稀釋濃硫酸時放出熱，可增加反應速率，使得蔗糖快速脫水。實驗中澄清石灰水變渾濁表明生成了二氧化碳氣體，且CO和CO2在相同條件下的體積相同，根據氧化還原反應知識可得出對應的化學反應方程式為2C+3H2SO4（濃）。因產物中有SO2產生，因此，使其產物通過酸性高錳酸鉀溶液，除去生成的SO2，得出生成的產物中確實含有二氧化碳的結論。若使用滴有酸性高錳酸鉀溶液的試紙，因其含有高錳酸鉀的量較少，無法保證將產物中的二氧化硫除盡，對二氧化碳的檢驗造成干擾。

該微型實驗既進行了濃硫酸與蔗糖的反應，驗證了濃硫酸的性質，又適當地拓展了教學內容，鍛煉了學習者的探究與分析問題能力，教學效果顯著。

三、滲透CuO相關的微型實驗

CuO是學習者較為熟悉的銅的氧化物。高中化學教學中應注重圍繞CuO開展相關的微型實驗探究活動，從學習者熟悉的物質入手，逐漸地過渡到高中化學知識的學習與探究中，降低學習者學習陌生感，給學習者留下深刻的實驗印象，使其更好地把握所學知識本質。

例如，在課堂上使用圖3所示微型實驗進行氫氣還原氧化銅的實驗。實驗時將銅絲1下端彎曲一小圓環，并用鐵錘錘擊成帶小孔的小匙。將銅絲2一端彎曲成螺旋狀。已知乙醇、乙醛的沸點分別為78.5 ℃、20.8 ℃，銅作催化劑時乙醇被氧化的反應溫度為550 ℃。而后要求學習者結合所學以及理解回答如下問題：

圖3

（1）試管Ⅰ中先加入的試劑為____。

（2）Ⅱ中銅絲的具體操作為_____；Ⅰ、Ⅱ中實驗現象分別為_____、______。

（3）實驗處理銅絲1的目的是______、______，處理銅絲2的目的是_______。

（4）使用圖4裝置進行實驗，其中X為乙醇，稍微加熱，銅絲操作和銅絲2相同，發現銅絲由黑變紅，過一會兒在干燥管內有乙醛生成；而如果持續進行加熱，銅絲不按銅絲2操作，將光亮螺旋銅絲深入同樣位置，等待較長時間后沒有生成乙醛，可能的原因為_______。

圖4

觀察微型實驗裝置可知Ⅰ中的裝置是制取H2，因使用Zn粒，因此，試管中應先加入稀硫酸或鹽酸。為保證實驗安全性，應待Ⅰ中的反應進行一段時間，將裝置中的空氣排凈，而后將銅絲在酒精燈上加熱至紅熱迅速深入到Ⅱ中。其中Ⅰ中的實驗現象為Zn粒逐漸溶解，溶液中出現較多氣泡；Ⅱ中銅絲由黑色逐漸變成亮紅色。處理銅絲1的目的是銅和酸形成原電池，提高氫氣產生速率，并且隨時提高Zn粒終止反應，便于控制實驗。將銅絲2彎曲成螺旋狀，可提高銅絲局部溫度，增強化學反應速率。若持續加熱X，乙醇會將裝置中的空氣排凈，無法生成CuO，不能進行氧化反應，因此，沒有乙醛生成。

該微型實驗以H2還原氧化銅為背景，結合高中化學知識對實驗內容進行適當拓展，給學生帶來似曾相識的感覺，驅使其主動地進行探究，既鞏固了所學知識，又鍛煉了分析問題能力。

四、滲透SO2有關的微型實驗

SO2是重要的氣體，相關知識點多且是測試的熱門考點，掌握SO2的性質是學習的重點。教學實踐中為防止學習者產生枯燥感，牢固掌握SO2的性質，應注重采用微型實驗替代傳統實驗，以達到降低實驗難度、節省實驗藥品的目的，提升實驗教學效果。

例如，為探究SO2的性質，使用硬質玻璃管做如圖5所示微型實驗（夾持儀器已省略）。同時，要求學習者積極聯系所學，回答以下問題：

圖5

（1）寫出反應中生成SO2的反應方程式：______。

（2）棉球a的實驗現象為先變白，加熱后變紅，則其上蘸有的試劑為____，得出的結論為_____。

寧德市（118°32’-120°43’E，26°18’-27°40’N）位于長江三角洲、珠江三角洲、臺灣省三大經濟區的中間位置，總面積1.35萬平方公里，以山地、丘陵為主，海岸線長度1046公里，占全省域的27.88%，海域面積4.46萬平方公里。2016年人口數 3.52×106人，國內生產總值（GDP）1.62×1011元。全市生態環境質量保持優良水平，2017年環境空氣質量達標天數比例97.7%，飲用水水源地水質達標率為100%，斷面功能率達標100%。由白水洋、太姥山、白云山三大景區組成的“寧德世界地質公園”被聯合國教科文組織正式列入世界地質公園網絡名錄。

（3）棉球b蘸有含酚酞的NaOH溶液，則對應的實驗現象為____，發生的離子方程式為_____。

（4）棉球c蘸有I2和淀粉的混合溶液，對應的實驗現象為_____，發生的化學反應為_____，得出的結論為_____。為了研究SO2的性質，需要首先制取SO2，根據微型實驗裝置中提供的試劑可知，該實驗使用濃硫酸與亞硫酸鈉固體反應，對應的化學反應方程式為H2SO（4濃）+Na2SO3Na2SO4+SO2↑+H2O。二氧化硫能夠使品紅溶液褪色，加熱后又恢復原來的顏色，因此，棉球a蘸有的試劑應為品紅溶液，得出的結論為二氧化硫具有漂白性；含酚酞的氫氧化鈉溶液呈紅色，但是當二氧化硫與氫氧化鈉溶液發生反應，溶液堿性降低，棉球漸變為白色，對應的離子方程式為SO2+2OH-SO32-+H2O。二氧化硫因具有還原性可與碘發生反應SO2+I2+2H2O2HI+H2SO4，棉球c的藍色逐漸變弱。

該微型實驗使用的器材較少，但研究的內容并不少，既制取了SO2，同時又驗證了SO2的漂白性、還原性以及與堿反應的性質。不僅如此，通過加裝尾氣處理裝置，將剩余的SO2全部吸收，避免了空氣污染。通過該微型實驗開展教學活動，給學生留下深刻影響，使其搞清楚了SO2相關性質以及具體表現。

五、滲透電化學有關的微型實驗

電化學是高中化學的重點知識。學習該部分知識的關鍵在于深入理解原電池以及電解池原理，并能夠從氧化還原反應視角解釋不同電極下發生的電極反應。教學實踐中為使學習者更好地把握電化學的本質，抓住分析問題的關鍵，應結合教學內容在課堂上設計與展示相關微型實驗，并預留相關空白時間，要求學習者積極思考與探究相關問題。

例如，課堂上使用如圖6所示微型實驗裝置開展相關探究活動，實驗時先將K1閉合，K2斷開，兩極均出現了氣泡；一段時間后，將K1斷開，K2閉合，電流表有偏轉。據此回答問題：

圖6

（1）將K2斷開，K1閉合時，石墨為_____極，銅為_____極，兩極產生的氣體分別為___、______；總電極反應式為________；銅電極附近溶液pH_____（填寫“不變”“變大”或“變小”）。

（2）將K1斷開，K2閉合，石墨電極的電極反應式為______；電路中轉移1 mol電子時，在____極，生成_____mol的H2O。

當K2斷開，K1閉合時，電路中接入了直流電源顯然屬于電解池，即電解飽和食鹽水。由電解池原理可得總的電極反應式為2H2O+2Cl-H2↑+Cl2↑+2OH-，此時石墨為陽極，產生Cl2，銅為陰極，產生H2，因其產生H2，導致附近溶液的OH-濃度增加，因此，對應的pH增大。當K1斷開，K2閉合時為原電池，石墨電極為正極，銅電極為負極，石墨電極的電極反應為Cl2+2e-2Cl-，銅電極的電極反應為H2-2e-+2OH-2H2O，電路中轉移1 mol電子在負極生成1 mol H2O。

該微型實驗涉及電解池與原電池，通過探究相關問題能進一步加深學習者對原電池、電解池原理的理解，使其更加清晰地認識到兩者之間的區別，進一步提高學習效率。