基于化学实验引领关注学科观念养成

2017-06-23魏海李德前

中小学教学研究 2017年5期

关键词：高锰酸钾过氧化氢试管

魏海+李德前

[摘要]

基于化学实验，设计实验室制取氧气的教学案例。在教学过程中，注重渗透对比实验、实验探究、控制变量等科学方法，重视培育学生的学科观念，关注学生核心素养的发展，因此提高了教学效益。

[关键词]

化学实验；制取氧气；学科观念；教学案例

一、简析教材

《制取氧气》是人民教育出版社2012年版九年级化学教科书第二单元课题3的内容。

本课题编排了实验室制取氧气的三种方法（加热高锰酸钾、分解过氧化氢、加热氯酸钾），并以此为载体介绍了分解反应、催化剂两个概念。

不管是在教科书的正文中，还是在课后习题、教辅资料里，本课题都渗透了实验室制取气体的两种发生装置（固体加热型、固液常温型）和三种收集装置，因而具有承上启下的作用，尤其为第六单元课题2（二氧化碳的制取研究）的学习打下坚实的理论基础。

二、了解学情

在第一单元的学习中，学生已经知道化学变化能生成新物质。在第二单元课题2的学习中，学生已经知道氧气的物理性质、认识了氧气的化学性质、熟悉了化合反应的概念；在课题2的有关实验中，教师多次使用了氧气，许多学生急于知道氧气是如何制取的并渴望能亲手制取氧气。

另外，在第一单元的学习中，学生已经知道排水集气法，药品的取用、固体加热、装置连接等基本操作也基本学会。

因此，本课题学习氧气的制取，并鼓励学生动手操作，是完全可行的。

三、阐述教学思路

化学实验具有实践性、趣味性、思维性和创造性等，因此基于化学实验的课堂教学，能够促进学生化学观念与核心素养的形成。

教学中，我们相信学生、敢于放手，不拘泥于以教师为中心的演示实验，重视激励学生走进化学实验室，乐于动手、勤于探究，使学生在动手操作中领悟有关实验步骤、体验学习成功、提高思维能力。注重通过化学实验培养实验技能、提高观察能力、渗透学科观念，并在互相合作、不断交流的氛围中增长新知识、解决新问题。

对于催化剂的教学，我们注重利用对照实验和控制变量法，引导学生认识催化剂的特征（一变两不变）。针对分解反应的教学，我们重视利用对比法，从化合反应的“多变一”特征，引出分解反应的“一变多”特征，从而促进学生把握概念的内涵和外延。

再者，为了提高课堂教学效率、体现教育现代化，我们注意利用多媒体适时辅助课堂教学。

四、预设学习目标

根据课程标准及教科书的要求，考虑所教学生的实际，并结合自己的教学经历，本课题的学习目标预设如下：认识实验室制取氧气的原理和方法，初步学会用高锰酸钾制取氧气；通过对分解反应与化合反应的对比，学习比较法，并认识分解反应的特征；通过对催化剂的探究，学习控制变量法，并了解催化剂的特征；知道反应物状态和反应条件决定气体发生装置，气体的性质决定气体的收集方法；基于化学实验，培养操作技能和严谨的态度，发展乐于探究、勇于创新的科学精神；激发学习化学的主动性，树立学好化学的信心，初步树立化学学科的转化观、能量观、实验观和化学价值观等学科观念。

五、谋划教学流程

[引言]做化学实验经常要用到氧气，在实验室里常采用加热高锰酸钾、分解过氧化氢或加热氯酸钾的方法制取氧气。

1.加热高锰酸钾制取氧气

[出示]高锰酸钾固体。

[板书]高锰酸钾[加熱]锰酸钾+二氧化锰+氧气

[展示]加热高锰酸钾制取氧气的发生装置（见图1）。

[强调]因为高锰酸钾受热分解时其颗粒会发生崩裂，为防止高锰酸钾粉末进入导气管里，一般在靠近试管口处放一团棉花。

[讲述]凡是加热固体制取气体的发生装置都使用图1装置，该发生装置名为“固体加热型”。如果固体受热时不发生崩裂，则无需在试管口处放置棉花。

[投影]实验室收集气体的三种常见方法（见表1）。

[播放视频]加热高锰酸钾制氧气（教师提前录制好，其中对操作步骤和注意事项的介绍用汤姆猫的声音，以激发学生的学习兴趣）。

主要的音频文字如下：

（1）检查装置气密性：通常利用气体热胀冷缩的原理，采用微热的方法。先把导气管口伸入液面以下密封，然后用手紧捂试管外壁微热，如果观察到导气管口有气泡冒出，且松开手后导气管内有一段水柱，则装置是不漏气的。

（2）药品装入试管：用纸槽或药匙将KMnO4送入试管，药品尽量平铺以扩大受热面，使之充分反应。在塞入单孔塞之前还必须放一团棉花于试管口，以防加热时高锰酸钾粉末进入导气管。

（3）固定气体发生装置：将试管固定在铁架台上，铁夹夹持在距离试管口1/3处，同时试管口略低于试管底，这样可以避免药品中的湿存水倒流，使炽热的试管炸裂。

（4）点燃酒精灯加热试管：先预热试管，后集中加热药品；如果药品的量多，要从前向后（试管底方向）加热药品，从而预防高锰酸钾粉末被氧气流带至试管口，同时灵活控制高锰酸钾的分解速率。

（5）收集氧气：如果用排水法收集氧气，应在实验前将集气瓶内装满水，将玻璃片从瓶口一侧推向另一侧至盖住瓶口，这样集气瓶内就不会有气泡残留；再把集气瓶连同玻璃片一起快速倒立在水槽内；加热高锰酸钾时先冒出的气泡是空气，当气泡均匀、连续出现时才是较纯的氧气，此时可以开始收集；当看到气泡从集气瓶口冒出，则瓶内已集满氧气；然后在水下用玻璃片盖住瓶口，将集气瓶拿出水槽并快速正放在水平桌面上。如果用向上排空气法收集氧气，导气管口要接近瓶底，这样可以最大限度地排尽瓶内空气，使收集到的氧气比较纯净；常用带火星的小木条放在集气瓶口去检验氧气是否集满，若木条立即复燃，则瓶内氧气已收集满。

（6）将导管撤离水槽：如果用排水法收集氧气，在实验结束之时，先将导气管从水中撤离，再熄灭酒精灯。若先熄灭酒精灯，试管内气压骤减，水槽内的水会顺着导气管进入炽热的试管，使其炸裂。

（7）熄灭酒精灯：要用灯帽盖灭酒精灯，注意第一次盖灭后要拿起灯帽再盖一次，使空气进入灯帽内，以防灯帽内出现负压，下次使用时不好打开。

[小结]以上七步操作，可用七个字概括“查、装、定、点、收、离、熄”，并用谐音“茶庄定点收利息”来现象记忆。

[学生实验]用加热高锰酸钾的方法制取氧气，并验证。教师巡视、指导和点评。

2.分解过氧化氢制取氧气

[展示]过氧化氢溶液和二氧化锰粉末。

[演示]教师演示图2所示的实验。

[填表]教师引导学生完成表2。

[小结]催化剂能改变反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后不变，简称“一变两不变”。

[板书]过氧化氢[二氧化锰]水+氧气

[讲述]除了二氧化锰之外，硫酸铜溶液、新鲜的土豆片、新鲜的猪肝、铁锈等，对过氧化氢的分解也具有催化作用。

[展示]实验室分解过氧化氢制氧气的发生装置（见图3）。