基于深度学习的实验改进及教学的探究

摘 要：硝酸是氮元素化合物的典型代表，是元素化合物知识体系中重要的组成部分，也是重要的工业原料，在生产中有着广泛应用。在它的教学内容中，强氧化性是重点也是难点，不同浓度的硝酸氧化性强弱不同，产物也有差异。认真展开实验教学，获得第一手感性材料，有利于深刻理解硝酸强氧化性，也有利于进一步巩固氧化还原反应和离子反应原理。

关键词：《硝酸氧化性》；人格品质；反应原理

一、 实验教学目标的制定

（一） 学情分析

提到硝酸，学生第一反应是它的酸性，强氧化性是陌生的。硝酸和铜、碳的反应不符合学生原有的知识逻辑，为学生掌握这部分知识增加了困难。这就造成很多学生当时听懂，过后记忆混乱，方程式书写有困难，不能运用知识解决综合性问题。

（二） 教学策略

创建贴近生活实际的情境，以问题驱动为线索，引导学生进行基于深度学习的实验探究，自主构建知识，在此基础上帮助学生掌握元素知识学习的一般方法。

（三） 教学目标

【知识和技能】深刻理解硝酸的强氧化性。

【过程和方法】体验科学探究的过程，完成知识的建构。

【情感态度和价值观】尊重自然，倡导绿色化学。培养实事求是的人格品质。

二、 实验内容和方法设计

苏教版教材中关于硝酸的强氧化性是通过铜和浓（稀）硝酸的反应完成的，两个实验在一套装置内先后完成，节约药品，节省时间。本意是通过实验1生成的NO2排尽装置内的空气，为实验2创造无氧的环境，加入的5mL水既可以稀释浓硝酸，又可以吸收NO2，实际上红棕色却很难消失，不足以证明铜和稀硝酸反应生成了NO。并且实验一次性加入銅片，不利于控制反应的进程。装置复杂，不便做学生实验。

我的实验方案：

1. 对原装置的改进。气体发生装置：将试管改成带橡胶塞的玻璃瓶，减少药品的用量，实现实验的微型化；将铜丝绕成螺旋状，另一端插在胶塞上后，盖好瓶塞，铜丝可上下抽动，控制反应进程。使用前先用针筒作抽气处理2到3次，基本能将瓶内空气抽空，再用针筒吸取1～2mL浓（稀）硝酸注入瓶内。抽动铜丝，使之与溶液接触，反应一段时间，瓶内有明显的现象时，抽出铜丝，反应停止。

气体性质实验：将充有NO2气体的针筒插入蒸馏水中，观察现象；用针筒抽空气，注入铜和稀硝酸反应后的玻璃瓶内。

尾气和废液的处理：用针筒吸取NaOH溶液，注入反应后的玻璃瓶内，边加边振荡。

2. 补充实验。补充了硝酸和I-以及Fe2+的反应，更加全面地认识硝酸的强氧化性。

三、 实验教学过程

（一） 引入课题

播放“硝酸泄露现场及处理”的视频

教师提问：新闻中有哪些与我们的认知是不符合？甚至矛盾的呢？

学生注意到“载有35吨浓硝酸的铝罐车”，引发疑问：活泼金属与酸不应该反应产生氢气吗？

教师提示：前面学到有一种酸也能放在铝罐车中运输，学生恍然大悟：浓硫酸，钝化。

教师追问：说明浓硝酸还具有什么特性？学生猜测：强氧化性。

继续追问：它能跟哪些物质反应？学生通过与浓硫酸类比，推测铜、碳。

（二） 实验探究

活动与探究

（交流与讨论）PPT投影：

①浓稀硝酸哪个氧化性更强？为什么？②根据铜和浓稀硝酸反应生成气体颜色和性质，分别判断它们是什么气体？③为什么铜和浓稀硝酸反应生成溶液颜色不同，前者是绿色，后者是蓝色？

（学生汇总）

①从反应剧烈程度知道，浓硝酸氧化性更强；②与浓硝酸反应生成红棕色气体，且易溶于水，是NO2；与稀硝酸反应生成无色，遇空气变成红棕色的气体，是NO；③成分都是Cu（NO3）2，前者溶有大量NO2，变成绿色。

问题③的解决有困难，所以教师补充了“继续加水，变蓝色”的实验加以说明。

在明确反应产物的基础上，让学生正确书写方程式。

（宏微结合，加深认知）

请学生用双线桥分析电子得失情况，并结合N的原子结构分析为什么HNO3具有强氧化性。

学生发现：HNO3中的N是+5价，处于最高价态，所以具有强氧化性；不同浓度硝酸氧化性强弱不同，对应产物也有所不同，一般浓硝酸对应NO2，稀硝酸对应NO。

有学生提出疑问：如果反应过程中，浓硝酸变成稀硝酸呢？

马上就有学生反应过来：那就既有NO2又有NO。

（比较延伸，探求规律）

教师追问：浓硫酸的强氧化性是什么元素体现出来的？

稀盐酸，稀硫酸有无氧化性呢？

第一个问题，学生能够想到：浓硫酸中+6价的S具有强氧化性，能将Pt之前的金属氧化，产物是SO2；

第2个问题往往会否定，教师可以引导：所谓氧化性，就是在反应中元素化合价降低。学生意识到，其实稀盐酸和稀硫酸也是有氧化性的，表现为H+转化为H2，为弱氧化性，只能氧化金属活动性顺序表中排在H前面的金属（活泼金属）。

（知识拓展）

讲述“玻尔巧藏金质奖章”的故事，并介绍“王水”是浓硝酸和浓盐酸按体积比1∶3形成的混合物，可以溶解Pt和Au。

注意规律的一般性，也要注意特殊性。

常温下，Fe和Al在浓硝酸，浓硫酸中钝化。

（三） 学以致用

工业上生产Cu（NO3）2，哪种方案最好？

再次提醒同学注意环保，化学不仅要创造经济价值，更要考虑长治久安。

（四） 反思收获

如果让你用几个词语给硝酸做评价，你会说些什么？

四、 教学反思

本节课采用实验探究的方法教学，尽量发挥学生的主动性，尊重事实的基础上根据现象推测产物，归纳总结出反应方程式。有理有据。并结合已学过的硫酸盐酸的性质做比对，用氧化还原反应的原理透过现象分析本质。由点到线再到面，使得硝酸的氧化性不再只是书本上呆板的几行字，而变得丰满起来。学生课后反映说，这样的学习方式更轻松，方程式也不再需要刻意去背，自然而然从脑海中浮现出来。显然也在潜移默化中培养了学生的观察能力和逻辑推理能力，有利于创新人才的培养。

实验改进后的意义

1. 真正实现在隔绝空气的条件下，铜分别与浓稀硝酸的反应，让学生真实清晰地观察到NO和NO2的颜色；2. 尽量采用封闭措施，避免了硝酸，氮氧化物的逸出，并采用氢氧化钠溶液尾气处理，消除环境污染，向学生渗透绿色化学的意识；3. 采用小玻璃瓶，耐强酸腐蚀，透明度高，便于观察现象，也节约药品；4. 实验简单易操作，耗时短，现象明显，可考虑学生分组实验的推广。

作者简介：

蔡春梅，江苏省常州市，常州市三河口高级中学。