创设实验情境培养学生思维——对《氢氧化钠的性质》中实验的处理<br/>

创设实验情境培养学生思维——对《氢氧化钠的性质》中实验的处理

2013-12-28赵永胜

化学教与学 2013年5期

朱莉赵永胜

（1 徐州高级中学江苏徐州 221009；2 徐州市中小学教学研究室江苏徐州 221009）

实验是化学教学得以实施的基础，然而重视实验的基础地位并不是让学生去实验室摸摸“瓶瓶罐罐”那么简单。实验的运用在于发挥它的主导作用，在于给思维一个载体，给知识一个情境。只有在情境中的实验才不机械枯燥，只有在实验中的思考才能源远流长。

“实验”—“情境”—“思维”，只有这三者合为一体、相辅相成、融会贯通才能够真正地实现高效课堂，才能够切实地体现学生的主体地位。

氢氧化钠的性质主要包括：潮解（干燥剂）、溶解的热效应、与二氧化碳反应变质、与硫酸铜反应生成蓝色沉淀等［1］。对于这些不算繁琐的知识点，花一节课的时间让学生去记住并不困难，然而如何以实验为载体创设情景，让学生在观察中发现、在发现中思考、在思考中获得才是应该采取的积极态度。

一、氢氧化钠溶解的热效应实验

化学演示实验是配合化学课堂教学内容，由教师示范操作或个别学生做演示而其他学生观察思考的一种实验形式，是中学化学课堂教学中最生动、最有效的直观教学，也是应用最广泛的教学手段。利用演示实验进行教学时，一定要关注演示实验的可视性，如何提高实验的可视性，让每位学生都能比较容易地观察到实验，应该是我们在实验教学中必须思考的问题。

对于氢氧化钠固体溶解的热效应实验，为了增强其演示的可视性，下面展示改进实验方案的思维过程。

方案1：向盛有水的试管中加入一定量的氢氧化钠固体并振荡，用手触摸试管外壁，感觉前后的温度变化。

实验结论：氢氧化钠固体在水中溶解放热。

实验评价：本实验简单方便，但是参与度较低，并不是每位学生都有机会触摸。但是如果改为分组实验，这个方案倒是可以。

方案2：改用温度计测量温度的变化。

实验评价：增加了实验的可视性，但仍不够开放。

方案3：将试管注入少量热水，加热至沸腾，移开火焰，水停止沸腾，加入氢氧化钠固体少量，发现溶液又重新沸腾。

实验评价：现象明显，新颖有趣，但是后排的学生依然存在观察不清的问题。

方案4：将一个煮熟的去皮鹌鹑蛋放在一个口径合适的大试管中间位置，然后将大试管放在冷水中，可以看到鹌鹑蛋向下移动，向水中加入氢氧化钠固体，鹌鹑蛋又会向上移动。

实验评价：现象有趣，利用气体热胀冷缩的原理使鹌鹑蛋上下移动。该实验可以反复演示。

方案5：向试管中注入少量乙醚，塞上带有尖嘴玻璃导管的橡皮塞，将试管放入热水中，在玻璃导管的尖嘴处点燃，此时乙醚燃烧，然后将试管放入冷水中，火焰慢慢变小，此时将氢氧化钠固体加入冷水中，火焰立刻变大。

实验评价：现象明显，新颖有趣，利用乙醚的挥发性可以反复演示。而且所有的学生都能观察到。

设计说明：学生对演示实验都抱有浓厚的兴趣和好奇心，渴望通过实验观察到鲜明、新奇的实验现象。而一个成功的、设计合理的可视性极强的实验不仅可以满足学生的好奇心，还会极大地调动起学生的求知欲望。反之，实验现象不明显，无法使全班学生观察，就会压抑学生的求知欲望，致使他们情绪低落，那种由于好奇心得不到满足而产生的失望可能会影响到对整节课的学习。

二、对氢氧化钠与二氧化碳反应的实验处理

活动1：将氢氧化钠的浓溶液滴入充满二氧化碳的集气瓶中。

实验现象：气球变瘪。

实验结论：瓶内气压减小，二氧化碳被消耗。

活动2：氢氧化钠与二氧化碳反应后变成了什么物质？

学生猜想：变成了碳酸钠。

问题引导：请设计实验证明碳酸钠的存在。

学生方案：根据碳酸盐的检验方法，可以加入稀盐酸，如果有二氧化碳气体生成，气球应该变大。

方案验证：滴入试剂b（稀盐酸），有气泡产生，气球变大。

提出问题：我们不难看出，上述实验的关键在于气球的大小可以反映出集气瓶内压强的变化，从而帮助我们进行分析和判断。实验刚开始时，我们滴入氢氧化钠溶液，气球变瘪，说明瓶内气压减少，从而推测出二氧化碳被消耗，于是我们得出氢氧化钠与二氧化碳反应的结论。然而，这个推理过程却不够严密，你知道问题出在哪里么？

学生：气球变瘪说明瓶内气压减小是没有问题的，关键是压强减小的原因。我们滴入的是氢氧化钠溶液，含有溶剂水，而二氧化碳本身就能溶于水且和水反应生成碳酸。所以单纯的根据气球瘪了，压强小了，就说明氢氧化钠和二氧化碳反应了，是不严密的。

教师：这个分析正中要害，那么我们应该如何改进呢？

学生：取两个完全相同的装有二氧化碳的塑料瓶，分别向其中加入等体积的水和氢氧化钠溶液，迅速拧紧瓶盖并振荡，若加入氢氧化钠的塑料瓶变瘪的程度更大，则可以证明氢氧化钠也与二氧化碳发生了反应。

实验：按照学生的方法进行实验。结果和学生的预测一致。

教师：对比的思想运用得很恰当，通过塑料瓶被压瘪的程度不同，直接证明了氢氧化钠与二氧化碳发生了反应。

设计说明：化学教学过程，就其本质而言，是学生在教师组织引导下，认识化学知识的过程，而技能、能力、方法和态度等都是通过这一化学认识过程来培养和训练的，在化学教学过程中要学生有效地掌握化学知识和方法，就必须对化学知识的认识过程展开，以便学生把客观形态的知识内化为主观形态的知识，使学生的学习成为有意义的学习。通过实验方案的不严密，引导学生设计出对比实验，这样不仅让学生学习到了知识，而且学习到了方法。

三、对氢氧化钠与二氧化碳反应产物的实验处理

演示实验：将上面塑料瓶中的氢氧化钠和二氧化碳反应后的液体倒入试管中少许，然后逐滴滴入稀盐酸，开始的一段内无气泡产生；继续滴加稀盐酸，有气泡产生。

问题：实验中我们确实看到了气泡，从而证明了碳酸钠的存在，那么刚开始加入稀盐酸的时候为什么没有气泡产生呢？

学生：是不是有其他物质先和稀盐酸反应了呢？

教师：那么你认为是什么物质呢？

学生：是不是没有反应完的氢氧化钠呢？

教师：我们现在就一起来研究一下氢氧化钠是不是也能与稀盐酸反应。

学生方案1：向装有少量氢氧化钠溶液的试管中加入稀盐酸。

实验现象：无气泡生成，溶液仍为无色。

实验评价：无明显现象，无法证明两者是否反应。

学生方案2：引入无色酚酞试液。

实验操作：向氢氧化钠溶液中滴入无色酚酞试液，溶液呈红色；逐滴加入稀盐酸，至溶液恰好变成无色，证明了氢氧化钠已经被盐酸消耗。

设计说明：课本中酸碱中和反应其实是下一节的内容，本节课涉及主要是出于教学情境发展的需要。在研究氢氧化钠性质的过程中让学生自然的完成了对此问题的处理，不仅灵活运用了教材也培养了学生发现问题、解决问题的能力，可谓一举两得。

四、对氢氧化钠与硫酸铜溶液反应的实验中出现“意外”的处理

课堂是未知的，精彩和意外随时都有可能发生，而不是一切都按照自己的预设进行，要善于运用课堂中的意外，要追求真实的课堂，巧妙的运用意外，生成智慧的课堂，用意外点亮课堂的精彩。每个意外都可能预示着一段精彩的教学开始。因此，教师要时刻关注学生的思维活动，不断调整自己的思维活动，通过教学机智和学生的智慧来解决意外。

意外事件：一位学生到前面将氢氧化钠溶液滴加到硫酸铜溶液中，在大家等待期望的现象出现时，意外发生了：先出现了气泡，然后才出现蓝色沉淀。

事件处理：

教师：出现这种现象，请同学们猜测一下可能有哪些原因。

学生甲：可能是试管不干净，里面含有酸造成的。

学生乙：可能是氢氧化钠溶液变质了。

学生丙：可能是硫酸铜溶液中含有酸。

学生丁：他和书上做的实验顺序不一样。书上是把硫酸铜溶液加入到氢氧化钠溶液中，而他正好是反过来的。

教师：同学们积极思考，认真讨论，猜测的有理有据，那么，我们如何通过实验进一步探究？

学生A：我准备验证甲的猜想。我的方案是：另取一只试管先用清水刷洗试管，重做上面的实验，边说边做。结果还是出现和原来一样的现象。我得出结论：学生甲的猜测是不正确的。

学生B：上台取少量的氢氧化钠溶液于试管中，加入稀盐酸。现象：产生气泡；得出结论：氢氧化钠吸收了空气中的二氧化碳变成了碳酸钠。学生乙的猜测是正确的。

学生C：用玻璃棒蘸取少量的硫酸铜溶液于石蕊试纸上，试纸变红。得出结论：硫酸铜溶液中确实含有酸。学生丙的猜测是正确的。

学生D：按照书上的做法进行实验，结果直接出现了蓝色沉淀。学生丁的猜测是正确的。

教师：为了防止铜离子水解，常在酸性条件下配制硫酸铜溶液。谁能来解释产生气泡的原因？

学生E：当把变质的氢氧化钠溶液滴加到酸化的硫酸铜溶液中，由于酸很多，酸会和氢氧化钠和碳酸钠反应，从而生成二氧化碳而产生气泡。当滴加顺序反过来时，则氢氧化钠过量，会首先把硫酸铜溶液中的酸反应掉，所以碳酸钠不会在与酸反应，所以也就不会产生气体，而是直接生成蓝色沉淀了。

设计说明：在化学教学中，需要我们尽可能地把探究式实验教学落实到化学教学中去，通过“提出问题、猜想与假设、制定计划、进行试验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流”等活动的过程，进行创造教育。在化学实验教学中，能用于实验探究的问题可能来自自然现象、社会生活和生产实践，也可能来自学习的过程中，还有可能来自教师精心设计的问题情境，无论是什么情况，始终要让学生产生发现问题和解决问题的渴求和欲望。对于教材中某些验证性的实验如果改为探究性的实验，可将学生带入科学探究的情境中，从而不断增强他们发现问题和解决问题意识和能力。

实验说明：氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液的反应，滴加试液的量和顺序不同，现象也可能不同。

1.向NaOH 溶液中滴CuSO4溶液

①恰好完全沉淀，此时pH 为6～7。向2mL NaOH溶液中滴5 滴CuSO4溶液，两者恰好完全反应，所得反应产物为蓝色絮状沉淀。久置后上层溶液无色，即生成氢氧化铜和硫酸钠。化学反应方程式：2NaOH＋CuSO4＝Cu（OH）2↓＋Na2SO4

氢氧化铜［Cu（OH）2］生成的原因是一个铜离子正好与两个氢氧根离子生成氢氧化铜。氢氧化铜为一种蓝色固体，难溶于水，加热易分解，微显两性。

②NaOH 溶液稍过量。但局部环境可认为NaOH 和CuSO4恰好完全反应，所得反应产物仍为蓝色絮状的氢氧化铜沉淀。加热后生成黑色氧化铜沉淀。

③氢氧化钠溶液大量过量。向盛有1／3 试管的氢氧化钠溶液中滴入3～4 滴硫酸铜溶液。久置后，上层溶液呈无色，而沉淀层为一种蓝白杂色的糊状沉淀，此为铜酸钠。化学反应方程式：4NaOH＋CuSO4＝Na2［Ca（OH）4］↓＋Na2SO4

铜酸钠［Na2Cu（OH）4］的形成原因相当复杂，删繁就简，是氢氧根离子与铜离子结合成氢氧化铜后，由于溶液中氢氧根离子偏多，而氢氧化铜又微显两性（氢氧化铜可写为Cu（OH）2及H2CuO2）故又结合两个氢氧根离子，再与钠离子结合生成铜酸钠。

铜酸钠是一种相当不稳定的蓝白色物质，难溶于水，它只有在碱性条件下才能存在，溶液稀释后，它即分解成氢氧化铜和氢氧化钠。化学反应方程式为：Na2Cu（OH）4＝2NaOH＋Cu（OH）2。在久置之后，它会风化分解，化学反应方程式为：Na2Cu（OH）4＝2NaOH＋Cu（OH）2。

2. 向CuSO4溶液中滴NaOH 溶液

硫酸铜溶液过量，此时溶液pH＜6。向盛有1／3 试管的硫酸铜溶液中滴入4～5 滴氢氧化钠溶液，此时，硫酸铜溶液过量，生成蓝绿色块状沉淀。溶液久置后呈蓝色，蓝绿色沉淀即为碱式硫酸铜。

化学反应方程式为：4CuSO4＋6NaOH＝Cu4（OH）6SO4↓＋3Na2SO4

在实验中，氢氧化钠处于不足，故氢氧根离子相对铜离子也就不足，使氢氧根离子无法完全结合所有铜离子，故它代替一部分硫酸根离子，生成碱式硫酸铜。碱式硫酸铜［Cu4（OH）6SO4］是一种蓝绿色固体，受热可分解生成硫酸铜和氢氧化铜，但受热时间比氢氧化钠分解的时间还要长，生成蓝色与黑色并存浊液。化学反应方程式为：