“镁粉的探究”课堂教学案例

欧 群李德前

（1常州市第三中学 江苏 常州 213000；2徐州市西苑中学 江苏 徐州 221000）

一、课例说明

这是笔者自行开发的一节校本课程。

近年来我国相继举办了奥运会、亚运会、大运会等，很多学生在观看比赛后总会问笔者：体操比赛时运动员搓手的白色粉末是什么东西？举重运动员搓手的镁粉有何作用？初中化学研究镁粉吗？……笔者受此启发，在有关酸、碱、盐的学习结束后，决定选择体育竞技中使用的镁粉作为探究对象，引导学生通过实验探究、理论探讨、小组合作、阅读资料等方式，探究了镁粉的成分、性能和用途等。

本探究活动的背景素材富有时代性、趣味性、开放性和教育性，它很好地考查了学生提取信息、设计实验、学以致用的能力，也体现了化学就在身边、探究无处不在。

二、学习目标

笔者结合自身的教学经历和所教学生情况，制定了如下学习目标：

1.巩固有关酸、碱、盐的知识。

2.通过实验探究和阅读文献，了解水合碱式碳酸镁的成分、性能以及在体育运动中的应用。

3.知道结晶水合物的概念，会计算结晶水合物的相对分子质量。

4.培养提取信息能力，发展科学探究意识。

5.激发学习化学的兴趣，保持对身边物质探究的欲望，认识化学在体育竞技中的重要作用。

三、教学过程

1.发现问题

［播放录像］奥运会中我国体育健儿奋力拼搏（画面里有运动员站在镁粉筒前用白色粉末搓手的镜头；从画面上也可以清晰的看出器械表面附着的白色粉末）。

［引言］同学们在观看体育比赛时会发现，单杠、双杠、鞍马、举重等项目的运动员在比赛前都要用一种白色粉末反复搓手，而且器械表面也提前涂擦了白色粉末。有谁知道白色粉末的名称吗？

［学生1］电视里的解说员说，白色粉末叫镁粉。

［过渡］是的，这种白色粉末俗称镁粉。那你们想知道镁粉的哪些化学知识呢？

［学生2］我想知道镁粉是哪种化学物质。

［学生3］我想知道镁粉在体育比赛中的作用。

［学生4］我想知道镁粉因为何种特性而用于体育竞技。

［学生5］在哪里可以买到镁粉？

［过渡］同学们的这些问题都很有研究的价值。今天，我们就来探究镁粉的成分、特性和用途等。

［板书］课题：镁粉的探究

2.猜想与假设

［展示］从攀岩用品商店买来的镁粉（淘宝网上也能买到）。

［学生观察］通过触摸、看、闻、掂等方式观察桌上的镁粉（以初步感知镁粉的物理形态）。

［过渡］下面请同学们结合已有的知识经验和刚获得的信息，猜想镁粉可能是哪种物质。要先独立思考，然后与同座交流。

［小结］同学们对镁粉成分的猜想分别是：镁粉可能是氧化镁、镁粉可能是氢氧化镁、镁粉可能是碳酸镁。

3.设计验证方案

［过渡］猜想必须得到验证。请各小组选择一种猜想，然后设计验证方案。

［讲述］验证物质的成分其实就是区分或鉴定物质，通过对比找出各种待鉴物质的物理性质或化学性质的不同之处，若物理性质相同就根据化学性质来区分，若化学性质相同则看其产物是否相同。另外，同学们对氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁这3种物质了解不多，下面老师提供一些信息，供设计验证方案时参考。

［投影］资料卡片1：氧化镁能缓慢与水作用生成氢氧化镁。氢氧化镁难溶于水，其悬浊液能使酚酞试液变红；氢氧化镁受热能分解为2种氧化物。碳酸镁微溶于水，并在水里缓慢产生少量氢氧化镁，碳酸镁受热也能分解为2种氧化物。

［设计方案］各组依据自己的猜想，去设计验证方案。教师巡视、参与、指导，并提醒学生：镁粉中的杂质非常少，不会对验证实验产生干扰；组长汇报验证方案。

［总结并投影］将各组设计方案（草案）汇总如下表所示：

组 名 猜想与假设 实验验证方案 可能的实验现象双城记忆 镁粉是氧化镁 取样加入稀盐酸。 若溶解，但不冒气泡，则猜想正确。自由奇迹 镁粉是氧化镁 取样加入稀盐酸，若不冒气泡，再取样加热。 若溶解不冒气泡，加热也无明显变化，则猜想正确。尖峰飞跃 镁粉是氢氧化镁 取样加热。 若试管口处出现较多水珠，则假设正确。绘梦之卷 镁粉是氢氧化镁 取样，加水振荡，再滴入几滴酚酞试液。 若变红，则假设正确。超越梦想 镁粉是碳酸镁 取样加入稀盐酸，将可能产生的气体通入石灰水。若冒气泡，且气体能使石灰水变浑浊，则猜想正确。八度空间 镁粉是碳酸镁 取样加热，将可能产生的气体通入石灰水。 若产生使石灰水变浑浊的气体，则猜想正确。

［过渡］请同学们看看各组的验证方案，有无漏洞需要修补？

［学生1］我觉得“双城记忆”组验证氧化镁的方案不妥。因为取样加入稀盐酸，若溶解但不冒气泡的物质也可能是氢氧化镁。“自由奇迹”组验证氧化镁的方案就比较严密，在第一步加盐酸不能确定时再取样加热，若无明显的水珠出现、或样品质量不变等，就说明是氧化镁。

［学生2］我认为“绘梦之卷”组用酚酞试液验证氢氧化镁不妥。因为氧化镁、碳酸镁在水里都能产生少许氢氧化镁，所以氧化镁、碳酸镁的悬浊液也会使酚酞试液变红。

［学生3］我感觉“八度空间”组验证碳酸镁的方案没有“超越梦想”组的简便。

［小结］几位同学目光犀利、评价得当。那就请“双城记忆”组和“绘梦之卷”组修正自己的验证方案。

（这2组同学分别协商后，“双城记忆”组决定采用“自由奇迹”组的验证方案；“绘梦之卷”组决定采用“尖峰飞跃”组的验证方案）

4.实验验证和结论

［学生实验］依据本组验证方案做实验（所需实验用品教师已提前备好）。教师巡视、参与、指导，组长汇报实验结果。

［“尖峰飞跃”组］我们组取样稍微加热后，就发现试管口处出现较多的水，样品也明显减少，所以猜想“镁粉是氢氧化镁”是正确的。

［“绘梦之卷”组］我们组的现象同“尖峰飞跃”组一样，所以我们组的假设也是正确的。

［“自由奇迹”组］我们取样加入了盐酸，样品溶解了，但是冒出了气泡，所以我们组的猜想错误。原方案中设计的后续加热操作，我们没有再做。

［“双城记忆”组］我们组的现象同“自由奇迹”组一样，所以我们组也猜错了。

［“超越梦想”组］我们取样加入盐酸后，样品溶解并冒气泡，该气体能使澄清的石灰水变浑。所以我们猜想“镁粉是碳酸镁”是正确的。

［“八度空间”组］我们取样加热后，样品明显变少并产生气体，该气体能使澄清的石灰水变浑浊。所以我们的猜想也是正确的。

［设问］现在出现了2个正确的猜想，这是怎么一回事呢？

［学生1］可能镁粉是混合物吧？

［学生2］可能镁粉的组成比较复杂吧？

［学生3］可能镁粉是复合成分吧？我在书上看到过这类物质。

［小结］刚才这几位同学的说法都有道理，镁粉确实是几种不同成分的复合物。同学们刚才的猜想、实验仍有不完整的地方，主要是由于大家的化学知识面窄，这也说明了科学探究的复杂性、曲折性。

［投影］资料卡片2：镁粉的化学名称叫水合碱式碳酸镁，是由“MgCO3”、“Mg（OH）2”和“H2O”三部分组成，化学式为 xMgCO3·yMg（OH）2·zH2O，其中 x、y、z 的值随生产条件的改变而略有不同，我国生产的水合碱式碳酸镁主要以 4MgCO3·Mg（OH）2·4H2O 形式存在。镁粉中的水叫结晶水，是物质组成的一部分，像胆矾（CuSO4·5H2O）中就含有5个结晶水分子；结晶水合物受热易分解（一般在200～500℃），从而失去结晶水；结晶水与物质潮湿状态含有的游离水不同，游离水只存在于物质的表面或裂隙中，不是物质的组成，在100℃时游离水就会从物质中完全逸出。

［板书］（1）镁粉的成分是水合碱式碳酸镁［4MgCO3·Mg（OH）2·4H2O］

［讲述］在计算水合物的相对分子质量时，化学式中的“·”表示加而不是乘。

［练习］计算 CuSO4·5H2O 或 4MgCO3·Mg（OH）2·4H2O的相对分子质量。

［学生1］胆矾的相对分子质量是250。

［学生2］镁粉的相对分子质量是466。

5.理论探讨和结论

［过渡］搞清了镁粉的成分，那么大家一定想知道镁粉在体育比赛中具有什么作用，以及为什么会有这种作用。

［投影］资料卡片3：体育竞技中使用的镁粉是经过45μm筛孔滤出来的水合碱式碳酸镁粉末，密度是2.16g／cm3，具有良好的吸水性。科学测试表明，镁粉吸水时水分完全是在粉末的空隙里和表面上。

［投影思考题］根据上述资料判断，下列有关镁粉的说法错误的是（ ）。

A.镁粉是非常细的轻质粉末

B.镁粉易溶于水

C.镁粉具有良好的吸湿性

D.镁粉吸水是物理变化

［学生1］我觉得选D，因为镁粉吸水后与水反应变成了新物质。

［学生2］我觉得不能选D，因为镁粉吸水时，水只是被吸附在粉末的空隙里，并未生成新物质。应该选B，虽然镁粉易吸水但它不易溶于水，前面已经介绍它是微溶物质。

［小结并板书］（2）镁粉质轻、粉末很细、吸水性良好

［设疑］赛场上运动员手握器械时，他们希望手与器械间的摩擦力是很大还是较小？

［学生1］当然摩擦力大了好，这样运动员就不容易从器械上掉下，器械也不会从手中滑落。

［释疑］是的。由于镁粉质轻、很细、吸水性良好，所以当手心潮湿时镁粉就能稳固地附着在手心里。比赛中当运动员手握器械时，手心与器械间凹凸不平的镁粉层能增大摩擦力；同时镁粉填平了手掌的褶皱和纹路，使握力更加实在和均匀。这有利于运动员握紧器械，使动作随心所欲。

［播放录像］体操项目的运动员在器械上急剧转动。

［设疑］此时，镁粉的作用还是增大摩擦力吗？

［学生2］若增大摩擦力就会阻碍运动员的转速，应该是减小摩擦力。

［释疑］是的。在鞍马、单（双）杠等项目中，当运动员在器械上急剧转动时，细小颗粒的镁粉相当于衬垫，为手和器械之间铺设了一层“小球”作滚动摩擦，从而减小了摩擦力。

［小结］可见，镁粉能改善手对器械的把握，使摩擦力易于控制，或增大、或减小。就像水一样，有时它是增大摩擦力，如点钞前弄湿手指；有时它是减小摩擦力，如将玻璃管湿润后插入软胶管。不难想象，运动员如果不用镁粉就很难在器械上完成一系列高难度动作。

［板书］（3）镁粉能使手与器械间的摩擦力易于控制

［讲述］镁粉用于体育竞技只是其用途的百分之一。它的用途很广泛，课后同学们可以自行查阅文献。

6.拓展延伸

［提问并过渡］不少体育项目都要使用镁粉去调节手与器械间的摩擦力，除了上述提到的单（双）杠、鞍马、举重和攀岩外，你还知道哪些体育项目用到了镁粉？

［学生1］吊环、高低杠、平衡木。

［学生2］还有铅球、投掷等。

［提问］体育器械表面一般很光滑，镁粉很难附着在上面；天气干燥时镁粉也不容易粘到手上（适时投影相关图片）。遇到这种情况该如何解决？

［学生3］可事先在器械上抹一层粘性液体，然后再涂擦镁粉。

［追问］是的，那么这种粘性液体应具备哪些性质呢？

［学生4］应该没有腐蚀性，以免伤害手；要不易燃烧，因为体育场馆严禁烟火。

［学生5］要容易擦洗，这样不影响环境卫生；应该不易挥发，从而较长时间里都能牢牢地附着在器械表面。

［评价］同学们说得头头是道，非常全面。这种液体就应该具备这些性质。

［投影思考题］下列液体中，哪种符合上述要求（ ）。

A.酒精溶液 B.色拉油 C.自来水 D.蜂蜜

［学生6］酒精不能用，因为易燃烧、易挥发；色拉油也不行，因为它不溶于水，用后很难洗掉，也影响赛场卫生；水也不行，它易挥发。蜂蜜粘性好，易得到，价格低，不易燃，不挥发，对皮肤友好，所以我选D。

［小结并板书］（4）在器械表面涂抹蜂蜜，有利于镁粉附着

［播放录像］北京奥运会上运动员在双杠上先涂蜂蜜，再抹镁粉。

7.表达与交流

［过渡］请同学们用最简要的话表达：本节课你最大的收获是什么？你还有什么疑惑？

［学生1］我知道了镁粉的“真实身份”是水合碱式碳酸镁。

［学生2］我知道了体育镁粉不仅能增大摩擦力，还可以减小摩擦力。

［学生3］我明白了镁粉能用作体育摩擦剂是因为它很轻、很细、很能吸水。

［学生4］我深深的体会到，解决身边的化学问题时，需要我们具备扎实的基础知识、熟练的实验操作。

［学生5］我渴望自己在单双杠运动中能用上镁粉，这样既不容易掉杠，又让我们真实体验了镁粉的神奇效力。

［学生6］我觉得学校的体育装备应配备镁粉，以确保我们在单双杠、铅球等运动项目中的安全。

［学生7］我还想知道镁粉是如何生产出来的。

［小结与评价］这节课同学们能积极参与，大胆表现，踊跃发言，热烈讨论，及时交流，所以收获很多。刚才你们对知识的总结，也是言简意赅。你们若想了解更多关于镁粉的知识，可在课外通过文献快速获得结论，如果仍有疑问，欢迎与老师交流。

［布置作业］请同学们完成本节课的探究报告（教师提前印好留有空白的探究报告），并在同学中交流；也请同学们把本节课学到的知识介绍给你的家人和朋友。

四、教学反思

本课例注意从学生已有的知识和经验出发，以身边的化学物质为切入口，在真实的情景中巩固了酸、碱、盐的性质和实验设计等知识和技能，认识了水合碱式碳酸镁的成分、性能等，增强了学生的探究意识和科学素养，使学生感受了化学与体育的密切关系，体会了“处处留心皆学问”。整节课，教师平等参与、民主引领、适时指导、多元激励，学生全程参与、全员投入、积极主动、兴趣浓厚、表现突出、收效显著。

当然，由于受现阶段知识的限制，学生的探究还是肤浅的，有待完善的。

［1］HG／T2959－2000，工业水合碱式碳酸镁［S］

［2］李德前.水合碱式碳酸镁及其在体育运动中的应用［J］.化学教育，2010（05）：10－12

［3］赵致真.奥运中的科技之光［M］.北京：高等教育出版社，2008：195