初中化學實驗教學中學生實踐能力的培養
——以石蕊的可逆性探究為例

唐進雄 王 雪

(重慶市云陽江口中學校,重慶 404599)

化學是一門以實驗為基礎的學科,初中化學更是注重實踐性和理論性相結合[1].在初中化學課堂教學中,需要設計能夠引導以學生為主體參與的自主學習任務,通過引導學生思考問題,調動學生積極性,培養學生的動手實踐能力.培養學生的實踐能力,可以引發學生在學習中思考,從而多維度、多層次、全面深入地分析事物,進而對以后的學習建立良好的學習習慣.

在中學化學教學中,教師講到關于石蕊的顯色反應的記憶口訣有“酸石紅,堿石藍”.顯然,這個口訣能夠有效地幫助學生記住石蕊在酸堿溶液中的顯色反應.然而,當石蕊在酸性溶液中發生顯色反應后,通過調節溶液pH,石蕊的顯色性是否能夠具有可逆性?經過查閱資料,該問題的相關探究比較少.基于此,筆者以石蕊顯色反應的可逆性探究為實驗切入點,該實驗不僅有利于學生更進一步了解石蕊指示劑,并且有效提升學生的探究能力,加深學生對課堂基礎知識的理解.

1 學生實踐能力培養的重要意義

1.1 激發學生學習動力

在實驗教學開始前,學生根據化學實驗要求,查閱相關文獻,準備相關實驗設備,并根據實驗室條件設計實驗方案.在這個過程中,學生的主動性被充分調動起來,能在實驗過程中近距離觀察實驗現象.通過觀察化學現象,可以引起學生探究的興趣.透過實驗現象,總結實驗背后所包含的化學規律,了解物質的性質特征,真正達到掌握知識點的目的.

要想引導學生認識真實的化學世界,教師可以通過設計適當的探究實驗,引導學生像“科研工作者”一樣去發現問題、思考問題并解決問題.學生在經歷實驗推理分析的過程,不斷強化化學知識點的學習.學生在化學實驗操作中發現問題、提出觀點,并且通過搜集和分析實驗數據證據,逐漸形成善于分析問題、總結知識點等主動學習能力.

1.2 鍛煉學生動手能力

一堂由學生親自操作的實驗課,往往可以為學生的動手操作提供空間與機會.在實驗開始前,教師可以引導學生思考、總結實驗中應該注意的操作規則.實驗中,教師應當注意學生的操作是否規范,讓每一位學生參與到實驗中去,真正地動手操作,充分發揮學生的動手實踐能力.

另外一方面,化學實驗的完成,通常需要幾個同學團結協作,大家相互配合才能完成.顯然,學生不僅需要遵守相應的規則來進行化學實驗,提高學生的規范性,強化自身的動手能力.同時,通過合作使實驗最終實現成功,也會加深學生對實驗的整體理解,讓學生的團隊合作意識和團隊協作能力得到有效提升.值得注意的是,在實驗過程中,教師應當引導學生注意觀察實驗,注意實驗安全,留意實驗中存在的安全隱患,避免操作不當而發生安全問題,避免造成安全事故.

1.3 培養學生獨立思考能力

素質教育理念中,一個重要的要求就是要培養學生的獨立思考能力.在化學實驗教學過程中,教師需要善于巧設問題,讓學生積極思考和分析.一次實驗操作的結束,并不意味著知識點的學習結束.作為教師,應當給學生創造一個自由發揮的空間,提供學生積極思考的空間.

實驗過程中,教師引導學生如何去優化實驗,實驗結束后,教師引導學生總結實驗中存在的不足之處,思考以后應該如何去改進實驗,如何將此次實驗的思維舉一反三地應用到其他實驗教學中.也可以讓學生在課堂上,給其他同學講解自己在實驗中的心得體會.這樣充分讓學生參與的教學活動,學生就會樂于思考,鍛煉自己的獨立思考能力,不斷開拓和發展創造性思維.

2 教學開展

2.1 實驗部分

2.1.1石蕊顯色原理

2.1.2實驗準備

為了激發學生的學習興趣,此次實驗每一位學生都可以參與到實驗中.例如,初三(1)班總共36人,可以分為3大組,每組12人.3個大組同時平行進行相同的實驗,每個大組分別觀察、記錄實驗結果.在前期實驗準備過程中,12人的大組又可以分為3個小組,分別負責配制石蕊試液、鹽酸(HCl)溶液和氫氧化鈉(NaOH)溶液.各小組具體實驗任務分配如下:

【第1小組負責石蕊試液的配制】

關于石蕊試液的配制,本實驗選擇一種比較容易操作的方法進行.取1 g石蕊固體粉末分散于100 mL酒精中并煮沸,然后過濾得到濾渣,再在濾渣中加入100 mL蒸餾水攪拌5 min后靜置15 min,再過濾得到濾液,即可得到石蕊試液.

【第2小組負責鹽酸溶液的配制】

首先用量筒量取蒸餾水200 mL倒入容積為500 mL的燒杯中,隨后用量筒量取質量分數為37%的濃HCl 4.1 mL,倒入盛有蒸餾水的燒杯,并用玻璃棒攪拌均勻.待稀釋的HCl溶液冷卻后,將其沿玻璃棒注入到500 mL的容量瓶中.將上述燒杯和玻璃棒用蒸餾水潤洗2～3次,并將潤洗液轉移到容量瓶中.用洗瓶往容量瓶中緩慢加入蒸餾水至液面接近刻度1～2 cm處,改用膠頭滴管滴加蒸餾水,使溶液凹液面最低處恰好與刻度線相切.最后塞好塞子,上下顛倒搖勻,貼上標簽.

【第3小組負責氫氧化鈉溶液的配制】

首先稱取2 g NaOH固體,用適量蒸餾水溶于燒杯中,并用玻璃棒攪拌均勻.待稀釋的NaOH溶液冷卻后,將其沿玻璃棒注入到500 mL的容量瓶中.將上述燒杯和玻璃棒用蒸餾水潤洗2～3次,并將潤洗液轉移到容量瓶中.用洗瓶往容量瓶中緩慢加入蒸餾水至液面接近刻度1～2 cm處,改用膠頭滴管滴加蒸餾水,使溶液凹液面最低處恰好與刻度線相切.最后塞好塞子,上下顛倒搖勻,貼上標簽.

2.1.3可逆性探究

前期實驗準備好三種溶液之后,就可以進行石蕊的可逆性探究,這個時候3個小組的學生應當相互配合,充分調動團隊合作能力,具體操作如下:

【由中性到酸性的顯色反應】在盛有100 mL蒸餾水的燒杯中,加入2 mL石蕊試液,用0.1 mol/L的HCl溶液將pH=7調節至pH=2,在中間過程中測量pH并取樣拍攝溶液的顏色.

【由酸性到堿性的顯色反應】在上述溶液的基礎上,用0.1 mol/L的NaOH溶液,將pH=2調節至pH=10,在中間過程中測量pH并取樣拍攝溶液的顏色.

【由堿性到酸性的顯色反應】在上述溶液的基礎上,用0.1 mol/L的HCl溶液將pH=10調節至pH=6,最后測量pH并取樣拍攝溶液的顏色.

2.1.4實驗說明

(1) 鑒于實驗操作的可行性,本實驗用pH試紙大致測量溶液的pH.

(2) 本實驗用0.1 mol/L的HCl溶液和0.1 mol/L的NaOH溶液進行pH調節,學生應注意操作規范,避免實驗中出現失誤.

(3) 本實驗是在燒杯中進行pH調節和顯色反應,然后取20 mL在小試劑瓶中拍照,得到光學照片.值得注意的是,對于酸堿指示劑的顏色變化,觀察者不同,差別明顯.此外,它與離子強度、溶液溫度、環境光線等因素有關[4].

2.2 結果與討論

2.2.1石蕊在由中性到酸性的溶液中的顯色反應

在盛有100 mL蒸餾水的燒杯中,加入2 mL石蕊試液,此時溶液的pH=7,其顏色為紫色石蕊的原有顏色,即紫色.當用0.1 mol/L的HCl溶液緩慢將溶液的pH從7調節至2,溶液顏色隨著pH的降低逐漸由紫色向紫紅色轉變,隨后由紫紅色向紅色轉變.然而,當繼續向溶液中加入稀HCl溶液,溶液的pH有所降低,但是溶液的顏色不再變化,一直保持紅色.即使溶液pH=2,溶液顏色依然沒有加深或者出現其他顏色.這一現象可以說明石蕊在酸性溶液中的變色pH范圍約為5.0～7.0.

2.2.2石蕊在由酸性到堿性的溶液中的顯色反應

溶液pH=2,溶液顏色為紅色.當用0.1 mol/L的NaOH溶液緩慢將溶液的pH從2調節至8,溶液顏色隨著pH的增加逐漸由紅色向紫色,最后向藍色轉變.當繼續向溶液中加入稀NaOH溶液,溶液的pH有所增加,但是溶液的顏色不再變化,一直保持藍色.這一現象可以說明石蕊在堿性溶液中的變色pH范圍是7.0～8.0.至此,本實驗可以說明石蕊由酸性溶液到堿性溶液的顯色反應是可逆的.此外,還觀察到石蕊在堿性溶液中的顯色反應不明顯.

2.2.3石蕊在由堿性到酸性的溶液中的顯色反應

為了探索石蕊由堿性溶液到酸性溶液的顯色反應是否可逆,繼續向溶液中加入稀HCl溶液,溶液的pH從10調節至6,即從堿性調節至酸性.溶液的顏色從藍色向紫紅色轉變.這一現象可以說明石蕊由堿性溶液到酸性溶液的顯色反應也是可逆的.

通過以上三組實驗不難發現,石蕊在酸性溶液中呈現紅色,在堿性溶液中呈現藍色.但是,石蕊的顯色范圍有限,其肉眼可以辨別的變色范圍約為5.0～8.0.值得注意的是,隨著溶液pH由中性→酸性→堿性→酸性,溶液的顏色由紫色→紅色→藍色→紅色變化,這說明石蕊顯色反應是可逆的.

2.3 實驗結論

根據以上實驗設計及相應實驗結果,可以得出這樣的結論:石蕊在酸堿性溶液中的顯色反應具有可逆性.