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标题 乡镇中学生实验探究与创新意识的培养案例
范文

    韩晓光

    摘 要:指导学生学习相关实验技术,组内交流讨论,拓展思路,获取创新灵感。通过反复实践论证,尊重事实证据,设计出符合学生认知水平且简便的实验方案和装置,培养学生的实验创新和探究意识,让学生体会到化学是以实验为基础的一门学科。

    关键词:氢氧化亚铁;采血管;探究与创新

    实验探究与创新意识是化学学科核心素养之一。现以氢氧化亚铁的制备案例谈一下我们的做法。

    一、指导学生发现和提出有探究价值的化学问题

    氢氧化亚铁制备历来是我们课堂演示实验的难点,我们学科组之前也做过改进,但氢氧化亚铁白色沉淀极容易氧化而保持时间短暂,而且课前对硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液的处理费时。笔者当堂提出:“同学们是否能想出某种方法,解决这一难题呢?”

    二、依据探究目的提出理论设计

    我们和学生共同制定了以下探究目标并展开研究:

    1.配制不含铁离子的硫酸亚铁溶液。

    2.得到不含或含有微量氧气的氢氧化钠溶液。

    3.如何避免反应过程中氧气的介入。

    由于学生知识有限,所以我指导学生利用网络查阅相关资料改进实验,学习相关实验技术,组内交流讨论,拓展思路,获取创新灵感;要求学生设计出简便的实验装置,不能超越学生现有认知水平,尤其是能微型化最好。

    三、制定实验方案

    1.探究如何配制硫酸亚铁溶液

    通过学习,学生对硫酸亚铁溶液的配制大致有两种思路:一种方法是用稀硫酸和还原铁粉反应制取;另一种方法是直接用硫酸亚铁晶体和还原铁粉、蒸馏水直接配制,再滴加少量稀硫酸充分振荡,防止溶液变浑浊。

    在实验室里我指导学生对这两种方法做了比较,首先都用KSCN溶液检验,证明方案可行。考虑到第一种方案有大量硫酸残留,将来所用氢氧化钠溶液浓度大,而第二种明显更便于操作,学生都建议采用后者。可是放置一天时间后,我们发现溶液表面出现了一层红棕色的膜状物,说明是表面的硫酸亚铁被空气氧化了。这就给我们提出了一个新问题:如何长时间保存硫酸亚铁溶液?

    有学生提出用油膜法隔绝硫酸亚铁溶液与空气的方法,于是我们用煤油和苯做了相关实验,放置一天后用KSCN溶液检验,还是有被氧化的迹象。经过讨论,我们决定从盛装溶液的试剂瓶入手,避免空气进入瓶子。有一位学生提出,他知道医院用的采血管是负压的,而且有塞子,说明密封性很好。我和学生的思路一下子被这个建议激活了,给后续的创新带来了预想不到的良好效果。后来,我们准备了采血管和各种规格的注射器,大家动手在采血管中配制硫酸亚铁溶液,之后又用注射器抽空管内剩余空间的空气。放置一天后,溶液表面无明显变化,用注射器吸取溶液,再次用KSCN溶液检验,果然无氧化现象。

    2.探究如何配制没有或溶有少量氧气的氢氧化钠溶液

    学生对氢氧化钠溶液的配制大致有以下四种思路:

    方案一:用碳酸氢钠溶液代替氢氧化钠[1]。

    方案二:先用蒸馏水溶解氢氧化钠再煮沸[2]。

    方案三:用氨水代替氢氧化钠。

    方案四:用金属钠和水反应制取氢氧化钠溶液。

    经过讨论,我们舍弃了用碳酸氢钠溶液代替氢氧化钠的方案,因为这是双水解反应,超出了现有学习水平。其次,新制氢氧化亚铁能溶解在氨水中。方案一就是我们课堂演示的做法,所以也舍弃。最后采用方案四制取氢氧化钠溶液。这是一个有创意的想法,但钠与水反应时,钠会漂浮在水面上,必须除去所得溶液中的氧气,否则和直接溶解氢氧化钠就没有差别。我对学生说,这是一个不小的挑战,如果有人想办法实现了就是一次了不起的创新。

    有四组学生根据所查阅的资料说可以把鈉用铝箔包起来,再扎些小孔,钠就可以在水下反应,生成的氢气还可以把水中的氧气赶出去。我知道这是旧版教材中收集钠与水反应产生的氢气的一种做法,可是生成的氢氧化钠还能和水继续反应,产生偏铝酸钠,偏铝酸钠也能和硫酸亚铁反应,生成的氢氧化铝白色沉淀就会影响氢氧化亚铁的观察。很快就有学生建议用透明胶带,这又是个好主意,透明胶带是学生常用的,我鼓励他们立即试一下,有的小组包得厚,有的包得薄,结果包裹起来的钠都浮在水面上了。看来还需要把包裹起来的钠固定在水下,大家都明白,如果在试管中是肯定不好实现的。突然,有一个学生兴奋地说,用注射器,把钠包起来钉在注射器的推柄上。学生立即活跃起来,我去找了些图钉给他们。学生通过试验取得了满意的效果,反应产生的大量气泡从注射器底部涌出。这不仅解决了上述难题,有小组还发现可以借助注射器的针头点燃产生的氢气,说明容器中氧气含量很少,反应完成后还推动活塞,使生成的氢氧化钠溶液充满整个空间,这就大大减少了氧气的溶解量。具体操作如下:

    从煤油中取出一小块钠,用滤纸吸取表面煤油,切下绿豆大小一粒钠,用透明胶带包裹起来,压扁后用针头扎几个小孔并穿在图钉上,再将图钉钉在20毫升一次性注射器活塞前段黑色部位固定,然后把活塞完全推入注射器筒内。

    用准备好的注射器从烧杯中吸取约15至20毫升蒸馏水,将注射器拿在手中直立向上,等待钠与水反应,在反应最剧烈时有大量气泡产生,在针头处点燃氢气会有明亮的火焰,证明氢气纯净。在反应完全后,向里推动注射器活塞排净筒内气体至充满液体留用。

    四、探究完成实验操作

    取一只事先撕去标签并将外表清洗干净的采血管,再将制备好的NaOH溶液直接注入采血管中约5毫升,用皮试用注射器吸取已经配置好的FeSO4溶液注入盛有NaOH溶液的采血管中,明显观察到白色沉淀;让学生近距离观察,白色沉淀能保留大约十分钟;再将采血管塞上塞子振荡,让学生观察沉淀颜色的一系列变化。

    参考文献:

    [1]张婧,赵萌,李明雪.氢氧化亚铁制备实验的改进与创新[J].广州化工,2018(16):145-160.

    [2]徐建飞,张平.制备氢氧化亚铁实验方案再探究[J].化学教学,2015(7):54-57.

    注:课题名称:乡镇中学学生化学实验创新与探究能力的培养,课题类别:2018年度甘肃省“十三五”教育科学规划重点课题,课题立项号:GS[2018]GHBZ0100。

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更新时间:2025/3/16 5:59:10