“金属元素及其化合物”的“实验化教学”方法初探

2014-12-12李虎山

化学教与学 2014年12期

李虎山

摘要：元素及其化合物的传统教法是从元素的单质再到化合物，从物理性质再到化学性质按层次铺展而成。从实践的效果看，金属元素及其化合物的教学向实验化或实验探究化方向转移，则会取得更好的效果。文章就如何在“金属元素及其化合物”的教学中向实验化转移作阐述。

关键词：金属元素;化合物;实验观察;形象记忆;实验化教学

文章编号：1008-0546（2014）12-0033-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.012

中学化学的“金属元素及其化合物”始于初中，高中则对钠、铝、铁的单质及其化合物作重点介绍。课程的核心思想就是通过金属及其化合物性质的学习，提高学生对“化学是一门以实验为基础的科学”的认识，培养学生的实验意识、操作技能，观察能力和分析问题的能力。进而让学生系统掌握金属元素及其化合物的学习方法，并重点掌握几种典型金属及其化合物的性质、用途、制备方法，以应用于生产生活。

一、问题的提出

目前多数老师对“元素及其化合物”部分的教学拘泥于传统模式，从物理性质讲到化学性质（偶尔因讲化学性质之需引入课堂演示实验），最后从性质导出其用途，如此而已、效果平平。如果大胆创新、精心设置金属元素的“实验化教学”，则会将“元素及其化合物”贯穿于实验教学之中，让学生在眼见为实的教学中获得过目难忘的体验，并渐渐提升其观察、思维、探究等综合学习的能力！

二、解决的方法

下面就人教版《化学1》教材中“钠的单质及其化合物”的“实验化教学”设计分述如下：

1. 《钠及其重要化合物》的教学设计思路

金属钠很活泼必须保存在煤油中，否则会很快氧化变成白色的氧化钠，但氧化钠的稳定性较小，在非水状态下与空气接触，最终会转化成更稳定的Na2O2（淡黄色），这些变化在钠保存的煤油瓶中可以见到。Na2O2与水及二氧化碳的反应，因现象剧烈会给学生留下难以忘却的印象，其中之一的产物碳酸钠，正是本课中要重点讨论的钠盐之一……，所以只要按思路设计好实验流程就一定会在取得很好实验现象的同时取得良好的教学效果。

2. 基于以上思路的“实验化教学”课堂设计

[实验Ⅰ]出示保存钠的试剂瓶（表明钠比煤油的密度大），用镊子从煤油中取出表面有些发黄（后续解释：淡黄色的Na2O2更稳定！）的钠块，用滤纸吸干净其表面的煤油，小刀切割（质地很软），让学生迅速观看其断面（银白色、金属光泽，迅速与空气中的氧气反应生成白色的Na2O，而使断面迅速变灰暗），然后将其小心地放到盛有水的烧杯中观察现象（密度比水小，与水剧烈反应，放热并有氢气产生，故可能有火花！），反应结束后滴加1-2滴酚酞（钠与水反应生成氢气和强碱氢氧化钠）。

至此，教师只一两句话，提醒同学注意观察并记录实验现象，就能顺利完成钠的物理性质及部分化学性质的教学。此时无声胜有声！

[实验Ⅱ]另取吸干净表面煤油的钠两小块（皆约黄豆大小），分别置于直通管中并用酒精灯加热，观察到钠燃烧且有黄色火焰产生（钠元素的焰色），生成淡黄色固体（过氧化钠的颜色与状态），将生成的产物从直通管中取出，一份用脱脂棉包住让学生用吸管对其吹气，一会棉花剧烈燃烧起来（过氧化钠与CO2反应生成氧气并放热），另一份滴加水2滴左右，一会棉花同样剧烈燃烧起来（过氧化钠与H2O反应生成氧气并放热）。（本实验主要针对钠的化学性质以及过氧化钠的物理性质和化学性质而设计的）

3. 根据实验观察后的问题分析与思考

（1）从“实验Ⅰ”你得到钠有怎样的理化性质？

（2）你看到切开的钠表面的现象是？如果此次不用，则一段时间后再从煤油瓶中取出表面就会出现表面部分发黄的状况，你猜测可能的反应是。

（3）将金属钠投入水中你观察的现象，说明了钠又具有怎样的性质（包括物理和化学性质）？

（4）从“实验Ⅱ”你能得到钠的什么化合物的何种化学性质，其对应的化合物Na2O2又具有什么性质？这些性质会有哪些应用？

（5）综合上述实验，请你完整描述钠以及过氧化钠的主要的物理及化学性质。

以上问题主要是通过对实验现象的回顾，总结并挖掘出钠及其化合物的主要性质。

[实验Ⅲ]（一）取NaHCO3与Na2CO3样品展示后，分别各取一药匙溶于装有4mL水的大试管中，充分振荡，观察现象（粗略得到NaHCO3比Na2CO3溶解得更少！），留置备用。①分别取1mL左右的饱和两溶液，各滴2滴酚酞，观察现象;②另取两试管分别取1mL左右的两溶液，同时分别滴加等浓度的稀盐酸，观察现象;③再取1mL左右的溶液，分别滴加氯化钡溶液;④最后取余下的两饱和溶液，分别滴加澄清石灰水，观察现象。

就上述实验观察到的不同现象，提出如下问题：

（1）①的现象说明什么？有何应用？

（2）②的现象说明什么？实验中的离子方程式分别如何书写？你联想到哪些应用或用途？

（3）③的现象表明绝大多数碳酸氢盐是可溶于水的，这一结论对吗？本实验又有何应用？

（4）④表明Ca（OH）2、Ba（OH）2溶液能否鉴别NaHCO3与Na2CO3？用离子方程式表明原因。

（5）要比较Na2CO3与NaHCO3溶液的碱性谁更强，NaHCO3与Na2CO3与盐酸反应谁更快，上述①和②的做法合理吗？若不合理如何改进？

同学的讨论自然会涉及到浓度问题，顺着学生的思路，推出如下实验：

[实验Ⅲ]（二）使用与电脑连接好的pH传感器探头，分别测定两瓶浓度都为0.3mol/L的NaHCO3与Na2CO3溶液（课前已经配好）的pH值。投影出测定结果NaHCO3为8.4，Na2CO3为10.5。另取两溶液1-2mL分别向其中同时加入1滴管（约0.4mL） 0.5mol/L的盐酸，观察产生气泡的快慢。endprint

[讲述]精确的pH传感器测得的数据充分说明了无论饱和还是等浓度的NaHCO3和Na2CO3碱性都是Na2CO3更强，所以它才有“纯碱”的俗称啊！

[实验Ⅳ]进行如右图所示的实验，观察现象：

结论是： ;

对应的方程式是 ;

本实验的直接应用是。

很显然，无需赘述，所有的实验和问题的讨论目标指向的都是NaHCO3与Na2CO3这两种钠的重要化合物核心知识点——“主要性质和重要用途”，作为钠及其化合物的教学，其主要的核心内容全部在本设计中充分体现出来，这比什么样的课堂设计都要直观明了，效果都将是直接可靠而且几乎是深刻难忘的。

三、检测与分析

课后一周，笔者在所教的两个平行班高一（4）班（“实验化教学”的班级）和高一（9）班（所有知识点讲解全都覆盖，但用传统方法加演示实验进行）做过一次比较性小测试（4大题共50分）：

1. 钠与氧气反应会得到（4分），其（产物）与水和CO2反应的化学方程式分别是：（8分）;现有金属钠一小块，将其置于空气中，最终将变成

（4分），整个过程中涉及的主要化学方程式：

（6分）;如果将其置于干燥的空气中，最终变成

（2分）;

2. 有两瓶无色溶液分别是NaHCO3与Na2CO3，试用尽可能多的方法鉴别它们：（6分）;

3.向等浓度等体积的Na2CO3、NaHCO3溶液中分别加入足量的稀盐酸，放出气体的速率大（填“前者”、“后者”或“一样”，下同）（2分）;产生气体的体积大（2分）;当加入少量稀盐酸溶液时，发生反应的离子方程式分别为（4分）; （4分）;

4.某Na2CO3样品中可能含有NaHCO3，如何检验？如有NaHCO3存在，则如何除去？（8分）

对比实验与采集的数据（数据4舍5入全部取整）见第46页表格。

四、实践与思考

实验测定的数据虽不能完全说明“实验化教学”方法一定优于传统的教授模式，但从实验数据至少可以体会到本法在学生掌握与记忆物质性质上的优势还是相当明显的——挖掘了学生观察能力提升其学习的质量与品味！如此，就值得去推行去尝试！因为“教育就是生长，其本质是人的发展，也就是说，教育的过程就是发掘人的天性、潜能以及潜在价值的过程。”

实验教学的优点是提高学生的学习兴趣同时，可以将整个元素及化合物的知识巧妙地穿插在所设计的实验中，让学习者去观察、发现甚至进行探究性尝试。

以金属的知识为线索，通过阅读、查阅资料、实验观察及现象分析、讨论和概括等一系列教学行为，培养学生获取知识及信息加工的能力，通过比较、归纳等手法，让学生逐步掌握学习元素化合物知识的一般方法，这正是“实验化教学”应用于这一课题的独一无二的优势所在。

参考文献

[1] 江苏省教育考试院.2013江苏省普通高中学业水平测试（选修科目）说明[M].南京：江苏教育出版社，2013