在实验中寻证据，在证据中探性质

刘建廷 班德利 曹兰林

摘要：以人教版必修1中《硫酸》为例，对浓硫酸的三大特性进行了实验探究，并对实验进行了创新和改进，让学生在实验中发现硫酸性质的证据，并能对硫酸的性质进行合理推论，达到提升学生的思考、学习能力的课堂效果。

关键词：硫酸;实录;氧化性;吸水性;脱水性;实验

文章编号：1008-0546（2020）11-0088-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.022

人教版化学必修1中硫酸的内容是第四章非金属及其化合物第四节氨、硝酸、硫酸中的重要内容，学生在初中已经学习了稀硫酸的性质，对于浓硫酸的性质也有一定的了解，不少学生对浓硫酸的三大特性也有所认识。并在初中阶段已经观察或做过浓硫酸使纸张脱水炭化和浓硫酸做干燥剂的实验，而高中教材中硫酸的性质简单明了，对应实验是验证脱水性和氧化性的实验。基于本节课的特点，笔者从实验入手，尝试建立学生学习元素化合物证据推理的思维模式。

一、教学实录

[引入]

观看视频：棉花种子脱绒包衣技术（图1）

师：视频中棉花种子脱绒处理利用了浓硫酸的什么性质？

生：脱水性？也有学生表示怀疑。

师：是不是脱水性呢？我们来研究一下浓硫酸的性质，然后答案一会就会揭晓了（引入课题硫酸的性质）。同时展示一瓶浓硫酸，拿出一张滤纸和一只毛笔。

师：下面请一名书法家同学来用浓硫酸在纸上写一个字。

生：（气氛热烈）相互推荐，推荐出J同学。（J同学上来书写了一个“化”字，如图2所示）

师：同学们发现了什么？浓硫酸写出的“化”字发生脱水炭化，浓硫酸的脱水性是指将有机物中的氢氧元素按照水的组成脱下来。

生：有学生说，老师，棉花种子脱绒处理就是利用了浓硫酸的脱水性，得到学生一致回应。

师：对，棉花种子脱绒就是利用了浓硫酸的脱水性，将包裹在棉籽表面的短绒脱水炭化，还有一些表皮坚硬厚实的种子也常用这一方法处理，如牡丹花、皂角等的种子。浓硫酸的腐蚀性这么强，如果我们做实验时，皮肤不慎沾上了浓硫酸怎么办？

生：讨论得出，如皮肤不慎沾上时，应立即用大量水冲洗（勿用手磨擦），然后在患处涂上3%-5%的小苏打。

师：浓硫酸还具有吸水性，同学们知道这一性质对应的用途吗？

生：干燥，除去气体中混合的水蒸气。

师：对，浓硫酸常被用作气体的干燥剂，如何能观察到浓硫酸吸水的现象呢？

生：（疑惑、热烈讨论）干燥二氧化碳、二氧化硫。

师：（追问）现象呢？

生：可以用干燥氯气的实验，干燥的氯气不能使干燥的红纸条褪色，而使湿润的红纸条褪色。

师：这是一个间接观察的现象，利用红纸条的干湿情况进行氯气是否含水的判断。下面我设计了一个可以直接观察的实验。

介绍实验装置：倒置烧瓶内是氨气，另一烧瓶中是5mL浓硫酸，针筒中是10mL浓盐酸。请同学x上来把浓盐酸推入烧瓶中，请同学们认真观察并思考。

生：（不少同学都站了起来，相当期待）现象：倒置烧瓶内产生大量白烟，乳胶管变扁（如图3）。

师：为什么产生白烟？

生：氯化氢和氨气生成氯化铵固体（NH3+HCI=NH4C1），压强减小，乳胶管变扁;氯化氢的产生除了浓盐酸有挥发性之外，也可能是由于浓硫酸吸收了浓盐酸中的水。

师：吸水性和脱水性有什么本质的区别？

生：讨论得出，吸水是吸收的游离态的水，而脱水是将有机物中的氢氧元素按照水的组成脱下来。

师：总结得很好，但注意化合物结晶水中的水也属于游离态的水。

师：我们研究了浓硫酸的脱水性和吸水性，接下来我们再来看一下课本“黑面包”实验，对此实验，我也做了一些改造：大试管内放2k.5g蔗糖，加约lmL水，振荡糊化;再向其中加入3～4mL浓硫酸，迅速套上气球后振荡，并请同学们触摸试管，观察现象（图4）。

生：蔗糖变黑，黑色物质膨胀并沿试管向上延伸，干瘪的气球迅速鼓起来，触摸试管，试管壁变热。

师：给出蔗糖分子式（c12H22O11），蔗糖为何变黑？黑色物质为何能够膨胀？气球为何能够鼓起来？

生：黑色物质是炭，由蔗糖脱水炭化而来;黑色物质膨胀以及气球鼓起来，是因为产生了气体。

师：那么气体的成份是什么呢？我们应该如何分析？

师：对比两位同学的方程式，发现其中一个有加热符号，另外一个同学没有，哪一个是正确的呢？为什么？

生：（触摸试管的同学发言）刚才试管很烫，说明有大量热放出，我认为浓硫酸吸水放热，产生的热量使炭和浓硫酸发生反应，所以应该有加热符号。

師：蔗糖和浓硫酸反应中，浓硫酸扮演了三个角色，首先是吸水性（一开始加入的1mL水），放热，然后脱水炭化，继续吸收脱出的水分，并放出大量的热，产生的热量累积，温度升高，炭和浓硫酸发生反应，产生大量气体，炭空隙增大膨胀。本实验体现了浓硫酸的三大特性：吸水性、脱水性和氧化性。

师：浓硫酸具有氧化性，可以和绝大多数非金属在加热条件下发生反应，如炭、硫、磷等;那么浓硫酸是否可以和金属铜发生反应呢？下面我们继续进行实验（图6），请同学们仔细观察现象并思考。

生：（通过实验观察）不加热条件下，浓硫酸和铜丝不反应，加热条件下铜丝和浓硫酸发生反应，溶液变成黑色，有灰白色固体生成，生成的气体推动针筒活塞向外移动，抽动铜丝，使反应停止。将针筒中的气体注入盛有品红溶液的试管中，观察到品红褪色。

师：我们将褪色后的品红在戴着针筒的条件下加热、冷却观察到复色再褪色;我们再把试管中含有灰白色固体物质的黑色溶液，缓缓倒入盛有少量水的小烧杯中，又观察到什么现象？

生：小烧杯中溶液变蓝。

生：相同是浓硫酸均做氧化剂，硫元素化合价都由+6降低为+4价。不同之处是和炭反应浓硫酸只做氧化剂，而和铜的反应，浓硫酸部分被氧化，既做氧化剂，又起到了酸陛的作用。

师：由以上讨论我们可以得出浓硫酸的强氧化性，可以和绝大多数金属（除去Au、Pt）发生氧化还原反应，金属一般被氧化为高价态，硫元素被还原为+4价的SO2。

师：最后同学们再把浓硫酸的性质做一个小结。

生：（讨论交流）①浓硫酸的物理性质;②浓硫酸三大特性：吸水性、脱水性、氧化性;③氧化性：浓硫酸和非金属、金属反应的实质是+6价的硫元素起到了氧化性的作用。

师：（补充小结）浓度不同、性质不同的原因是硫酸存在的粒子不同，稀硫酸的粒子是H⁺和SO4^2-;浓硫酸中主要是H2SO4分子，即结构决定性质。这个是事物变化的内因，是主因;而加热等条件是外因，是促进作用，比如即使加热Au、Pt也不会和浓硫酸发生反应，而浓硫酸可以和铝铁发生钝化，在其表面生成致密氧化膜而阻碍进一步反应，所以浓硫酸可以用铁罐车来运输、贮存。

二、反思

1.设计意图

化学科学发展的历史，几乎就是一部化学实验发展的历史，化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础，在中学化学教学中化学实验占据着重要的地位，认识化学实验是研究和学习物质及其變化的基本方法，是科学探究的一种重要途径，同时化学实验也是为化学教学目的服务的。

本节课对浓硫酸的三大特性都进行了实验，进行证据的寻找。脱水性实验学生书写“化”字的参与，激发了学生学习的热情;吸水性的实验多见吸收硫酸铜晶体中的结晶水——蓝色变白，或者苹果失水萎缩等实验。实验现象不够明显，且针对性也不够好。本实验采用浓硫酸吸水制取氯化氢的方案，并且用氨气吸收产生的氯化氢生成白烟的现象，该实验现象明显，针对性强，学生能够强烈地感受到浓硫酸的强吸水性。“黑面包”改进实验中缺失了闻到刺激的二氧化硫味道，环保的同时增加了思考的深度，学生依据原子守恒的微粒观和氧化还原反应原理对产物CO的判断超出了课前的预设，对产物判定的检验实验设计体现了学生活学活用的能力。铜丝和浓硫酸反应针筒收集验证SO2操作简洁，褪色后的品红在带着针筒的条件下还可以加热、冷却的复色再褪色的演示。

2.学生问题的延伸

课堂上和课下有一些同学提出了一些问题，这些问题我把它看做是学习与教学的延续。①浓硫酸的吸水是什么原理？②浓硫酸中+6价的硫和硫酸根离子中+6价的硫氧化性差距为什么这么大？③铜丝和浓硫酸反应溶液为什么会变黑？④课本中硫酸的用途有：制造化肥、医药、炸药、农药，其中硫酸体现了什么性质？很显然，这些问题有些已经超出了高中课本知识内容的范畴，解决途径不能是说以后再来，我采取为同学提供查阅资料的方法来解决，请同学通过网络，查阅百科、知网以及书籍等手段。查到的同学进行整理，甚至可以由兴趣小组形成实验方案进行实验探究，最后形成化学小资料的形式进行展示，激发了学生主动探索的兴趣，达到了学习与思考的进一步延伸。