高中化學(xué)“氫氧化鋁的兩性”項目式教學(xué)
——胃藥“氫氧化鋁”的工作原理

楊鳳嬌，王 婭，姜紅波，王 艷，王冬梅，胡登衛(wèi)，趙衛(wèi)星，蘇小龍

（1.寶雞文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 寶雞 721013；2.樂陵民生教育高級中學(xué)，山東 德州 253600）

1 項目主題內(nèi)容

在高中化學(xué)體系中，氫氧化鋁是第一個需要學(xué)生詳細(xì)學(xué)習(xí)的兩性氫氧化物，其性質(zhì)有至關(guān)重要的作用[1]。本項目對氫氧化鋁性質(zhì)的探究包含酸堿中和反應(yīng)的相關(guān)知識、氨水的相關(guān)性質(zhì)以及氫氧化物的制取方法等。學(xué)生通過平時生活中的觀察發(fā)現(xiàn)，藥品“氫氧化鋁”對治療胃酸過多有顯著的效果，以文獻查詢、實驗探究、小組討論等形式對“氫氧化鋁”藥品的有效成分—氫氧化鋁的性質(zhì)進行探究，了解到氫氧化鋁的性質(zhì)不同于一般氫氧化物，應(yīng)用所學(xué)知識和規(guī)律進行推理判斷有一定難度[2]。本項目旨在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的問題，并能運用化學(xué)原理對其進行解釋，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，強化學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新意識和小組合作能力[3]。

2 項目教學(xué)目標(biāo)

（1）通過對藥品“氫氧化鋁”的實驗探究，學(xué)生能掌握氫氧化鋁的兩性，培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。

（2）以圖表的形式分析藥品“氫氧化鋁”的作用并探究其工作原理，明確藥品“氫氧化鋁”中和胃酸的原理，探究其他藥品能否同樣達到中和胃酸且保護腸胃的效果，以此培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力。

（3）學(xué)生能從生活中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，將化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)應(yīng)用于生活中，感受化學(xué)知識的重要作用，培養(yǎng)科學(xué)精神和社會責(zé)任感。

3 項目任務(wù)及教學(xué)流程

項目任務(wù)如表1所示。

表1 項目任務(wù)

續(xù)表1

4 項目教學(xué)設(shè)計實施過程

4.1 全方位認(rèn)識藥品“氫氧化鋁”

“氫氧化鋁”是典型的抗酸藥，具有抗酸、吸著、局部止血和保護潰瘍等作用[5]。“氫氧化鋁”能對胃酸起到中和或緩沖的作用，抗酸作用緩慢而持久，但不會減少胃酸的分泌[6]。“氫氧化鋁”與胃酸作用時，產(chǎn)生的氯化鋁有收斂作用，能夠起到局部止血的效果，同時也可能產(chǎn)生便秘的副作用。“氫氧化鋁”與胃液混合形成凝膠，覆蓋在潰瘍表面形成一層保護膜，起機械保護作用。此外，鋁離子在腸內(nèi)與磷酸鹽結(jié)合成不溶解的磷酸鋁隨糞便排出，因此，尿毒癥患者服用大量“氫氧化鋁”后可減少腸道磷酸鹽的吸收，進而減輕酸血癥。藥品“氫氧化鋁”的相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 藥品“氫氧化鋁”的相關(guān)參數(shù)

4.2 “氫氧化鋁”治療胃病的原理探究

4.2.1 任務(wù)引導(dǎo)

【教師活動】學(xué)生通過對藥品“氫氧化鋁”的學(xué)習(xí)和了解，知道“氫氧化鋁”藥品屬于原料藥，以其作為研究對象是為了減少其他成分對實驗的干擾。學(xué)生通過學(xué)習(xí)藥品“氫氧化鋁”的相關(guān)參數(shù)，明確其主要作用是治療胃酸過多等，接下來需要了解其主要成分和治療胃酸過多的原理[7]。

【學(xué)生活動】明確藥品“氫氧化鋁”的主要成分是氫氧化鋁，查詢資料得知胃酸的主要成分為HCl，設(shè)計實驗進行探究。

4.2.2 探究實驗假設(shè)

查詢資料可知，胃酸的正常pH在0.9～1.8，飯后會被稀釋，pH上升到3.5左右。首先，設(shè)計實驗。使藥品“氫氧化鋁”與鹽酸溶液反應(yīng)（見圖1），測量其反應(yīng)前后的pH，記錄實驗數(shù)據(jù)。其次，設(shè)計對比實驗進行探究。（1）準(zhǔn)備兩支試管并加入等量的藥品“氫氧化鈉”，然后分別滴加鹽酸，通入二氧化碳，觀察現(xiàn)象，記錄并對比分析。（2）準(zhǔn)備一支試管，向其中加入一定量的鹽酸，用pH計測量其pH，將pH控制在0.9以下。（3）向試管中少量多次加入藥品“氫氧化鋁”粉末直到不再反應(yīng)為止，測量反應(yīng)結(jié)束時的pH，記錄并討論分析，找到選擇氫氧化鋁中和胃酸的原因。（4）設(shè)計對比實驗，比較氫氧化鋁分別與強酸、弱酸反應(yīng)的結(jié)果。

圖1 “氫氧化鋁”藥品與酸反應(yīng)

4.2.3 實驗結(jié)果預(yù)測

（1）鹽酸與“氫氧化鋁”藥品發(fā)生反應(yīng)，藥品白色粉末溶解；（2）“氫氧化鋁”藥品不溶于水，為白色沉淀，通入鹽酸與大理石制取的二氧化碳，無明顯反應(yīng)；（3）向pH低于0.9的鹽酸溶液中少量多次加入“氫氧化鋁”藥品直至不反應(yīng)，出現(xiàn)少許白色沉淀時，溶液的pH在3.0～4.0。

4.2.4 知識小結(jié)

氫氧化鋁能和強酸發(fā)生反應(yīng)，但不和弱酸發(fā)生反應(yīng)，中和胃酸時生成的氯化鋁顯酸性，對于胃里的酸性環(huán)境不會有太大影響且能中和過量胃酸，氯化鋁具有收斂作用，可局部止血，用于治療胃病很合適。

4.3 “氫氧化鋁”主要成分是否與堿反應(yīng)探究

4.3.1 任務(wù)引導(dǎo)

【教師活動】氫氧化鋁治療胃酸過多的原理是氫氧化鋁能和胃酸中的主要成分鹽酸發(fā)生反應(yīng)，且為酸堿中和反應(yīng)，提問：氫氧化鋁能和堿發(fā)生反應(yīng)嗎？如若發(fā)生反應(yīng)，生成什么物質(zhì)？

【學(xué)生活動】收集資料并提出預(yù)想的結(jié)果，根據(jù)所查資料設(shè)計實驗以驗證假設(shè)。

4.3.2 探究實驗假設(shè)

為了保證探究的完整性，準(zhǔn)備“氫氧化鋁”藥品，分別與強堿、弱堿反應(yīng)（見圖2），觀察、記錄現(xiàn)象并進行對比。分別向兩支試管中裝入等量藥品“氫氧化鋁”，向一支試管中滴加氫氧化鈉溶液，觀察實驗現(xiàn)象并記錄；向另一支試管中滴加氨水，觀察實驗現(xiàn)象并記錄[8]。

圖2 “氫氧化鋁”藥品與堿反應(yīng)

4.3.3 實驗結(jié)果預(yù)測

（1）向“氫氧化鋁”藥品中滴加NaOH，白色粉末溶解；（2）向“氫氧化鋁”藥品中滴加氨水，白色粉末無明顯變化，不溶解。

4.3.4 知識小結(jié)

氫氧化鋁能和強堿發(fā)生反應(yīng)，不能和弱堿發(fā)生反應(yīng)。根據(jù)以上實驗可知，氫氧化鋁既能和酸反應(yīng)，又能和堿反應(yīng)，為兩性氫氧化物。

4.4 “氫氧化鋁”主要成分的制取

4.4.1 任務(wù)引導(dǎo)

【教師活動】通過分析“氫氧化鋁”藥品的參數(shù)可知，其主要成分為氫氧化鋁，提問：結(jié)合上面兩個探究實驗以及參考資料，應(yīng)如何制備氫氧化鋁？其藥品的選擇有沒有特殊要求？

【學(xué)生活動】明確藥品“氫氧化鋁”的主要成分是氫氧化鋁，結(jié)合上面兩個探究實驗可知，氫氧化鋁會和強酸、強堿反應(yīng)，因此不能選用強酸、強堿制備氫氧化鋁。查閱資料選擇合適的制備方法。

4.4.2 探究實驗假設(shè)

根據(jù)已學(xué)知識，氫氧化物可以通過離子與堿反應(yīng)生成。由于氫氧化鋁會和強堿反應(yīng)，但是不與弱堿反應(yīng)，可以使用氨水與鋁離子反應(yīng)制取氫氧化鋁（見圖3）。可設(shè)置對照實驗，分別逐滴加入NaOH和氨水，觀察現(xiàn)象并對比，收集生成的氫氧化鋁[9]。

圖3 氫氧化鋁的制取

4.4.3 實驗結(jié)果預(yù)測

（1）開始滴入NaOH時產(chǎn)生白色沉淀，繼續(xù)滴加NaOH則白色沉淀消失；（2）開始滴入氨水時產(chǎn)生白色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，白色沉淀不消失。

4.4.4 知識小結(jié)

氫氧化鋁會和強堿反應(yīng)，因此，可用弱堿制取氫氧化鋁。同理，可用弱酸與偏鋁酸根反應(yīng)制取氫氧化鋁。

5 知識鞏固與總結(jié)評價

5.1 知識鞏固

明確胃藥“氫氧化鋁”的主要成分為氫氧化鋁，通過查詢資料以及實驗探究可知，氫氧化鋁既能和強酸反應(yīng)，又能和強堿反應(yīng)：

可見，氫氧化鋁是兩性氫氧化物，不與弱酸、弱堿反應(yīng)，因此，可以使用弱酸、弱堿制備氫氧化鋁：

氫氧化鋁治療胃病的工作原理為其能中和胃酸，且生成的物質(zhì)對人體沒有危害。

5.2 總結(jié)評價

在學(xué)生查閱資料時，教師要予以適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)并補充資料，對學(xué)生工作進行過程性評價。在學(xué)生設(shè)計實驗和實施過程中，教師要對學(xué)生的實驗設(shè)計方案進行指導(dǎo)并評價。實驗結(jié)束后，教師要了解學(xué)生對實驗結(jié)果的深層次認(rèn)識，對學(xué)生的知識把握情況作出總結(jié)性評價，并及時對學(xué)生活動作出系統(tǒng)性評價。

6 項目教學(xué)設(shè)計反思

對氫氧化鋁兩性的探究以胃藥“氫氧化鋁”項目式教學(xué)設(shè)計展開，每個階段的任務(wù)和培養(yǎng)目標(biāo)清晰明確。在實驗探究方面，學(xué)生作出了實驗假設(shè)，但鑒于學(xué)生思維的發(fā)散性，假設(shè)并不完善，因此，在進行教學(xué)實踐時，還要求教師有臨場應(yīng)變能力。學(xué)生查到的以及教師提供的設(shè)備和藥品，對學(xué)生的探究行為起到了一定的限制作用，所以實驗的探究性較弱，還有待改進。在評價方面，教師給予學(xué)生較多的是口頭過程性評價以及對知識掌握情況的總結(jié)性評價，應(yīng)設(shè)計多元化評價機制，通過多種途徑反饋學(xué)生對知識的理解程度。